Modell vonat WiFi vezérlés az MQTT használatával: 9 lépés

2025 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2025-01-23 14:48

Régi TT léptékű vonatmodellrendszerrel rendelkeztem, ötletem volt, hogyan lehet egyénileg szabályozni a mozdonyokat.

Ezt szem előtt tartva, egy lépéssel tovább mentem, és rájöttem, hogy mi szükséges ahhoz, hogy ne csak a vonatokat irányítsuk, hanem további információkkal is rendelkezzünk a teljes elrendezésről és valami másról (lámpák, vasúti kapcsolók…)

Így születik meg a WiFi által vezérelt modell vonatrendszer.

1. lépés: Műveleti tervek

A fő elv az, hogy minden elemet egyedileg vezéreljen, akár egyetlen vezérlőből, akár több vezérlőforrásból. Ehhez eleve szükség van egy közös fizikai rétegre - nyilvánvalóan a WiFi -re - és egy közös kommunikációs protokollra, az MQTT -re.

A központi elem az MQTT Broker. Minden csatlakoztatott eszköz (vonat, érzékelő, kimenet …) csak a Brókeren keresztül kommunikálhat, és csak a Brókertől fogadhat adatokat.

Az eszközök szíve egy ESP8266 alapú WiFi vezérlő, míg az MQTT bróker Raspberry pi -n fut.

Eleinte a Wifi lefedettséget egy WiFi router biztosítja, és minden vezeték nélküli kapcsolaton keresztül történik.

4 típusú eszköz létezik:

- Vonatvezérlő: 2 digitális bemenettel, 1 digitális kimenettel, 2 PWM kimenettel (2 egyenáramú motor vezérléséhez), - Érzékelővezérlő: 7 digitális bemenettel rendelkezik (bemeneti kapcsolókhoz, optoszenzorokhoz stb.), - Kimenetvezérlő: 8 digitális kimenettel rendelkezik (sínkapcsolókhoz), - WiFi távirányító: 1 inkrementális jeladó bemenettel, 1 digitális bemenettel rendelkezik (a vonatok távoli vezérlésére).

A rendszer Node-Red-ről is képes működni (táblagépről, számítógépről vagy okostelefonról …).

2. lépés: MQTT adatcsere és konfiguráció

Az MQTT protokoll alapján először minden eszköz feliratkozik egy adott témára, és közzétehet egy másik témában. Ez az alapja a vonatirányító hálózat kommunikációjának.

Ez a kommunikációs történet a JSON formátumú üzeneteken keresztül történik, hogy rövid és ember által olvasható legyen.

Távolabbról nézve: A hálózat rendelkezik WiFi útválasztóval saját SSID -vel (hálózatnév) és jelszóval. Minden eszköznek ismernie kell ezt a kettőt a WiFi hálózat eléréséhez. Az MQTT bróker is ennek a hálózatnak a része, így az MQTT protokoll használatához minden eszköznek ismernie kell a közvetítő IP -címét. Végül minden eszköznek megvan a saját témája az előfizetésekhez és az üzenetek közzétételéhez.

Gyakorlatilag egy adott távirányító ugyanazt a témát használja az adott vonatra előfizetett üzenetek közzétételéhez.

3. lépés: Vonatvezérlő

A játékvonat vezérléséhez alapvetően három dologra van szükségünk: tápegységre, WiFi -kompatibilis vezérlőre és motorvezérlő elektronikára.

Az áramellátás a tényleges használati tervtől függ: LEGO esetén ez a Power Functions akkumulátor doboza, "oldschool" TT vagy H0 méretű szerelvény esetén a pálya 12V -os tápegysége.

A WiFi -kompatibilis vezérlő egy Wemos D1 mini (ESP8266 alapú) vezérlő.

A motorvezérlő elektronika TB6612 alapú modul.

A vonatvezérlő 2 egyedileg vezérelt PWM kimenettel rendelkezik. Akut módon az egyiket motorvezérlésre, a másikat fényjelzésre használják. 2 inpus a nádérintéses érzékeléshez és egy digitális kimenet.

A vezérlő WiFi és MQTT protokollon keresztül fogadja a JSON üzeneteket.

Az SPD1 vezérli a motort, például: {"SPD1": -204} üzenet a motor visszafelé mozgatására szolgál 80% -os teljesítmény mellett (a maximális fordulatszám -255).

Az SPD2 szabályozza az "irányérzékeny" LED -fényerősségét: {"SPD2": -255} üzenet a (visszafelé) LED -et teljes erejével ragyog.

Az OUT1 vezérli a digitális kimenet állapotát: {"OUT1": 1} bekapcsolja a kimenetet.

Ha a bemenet állapota megváltozik, a vezérlő ennek megfelelően üzenetet küld: {"IN1": 1}

Ha a vezérlő érvényes üzenetet kap, végrehajtja azt, és visszajelzést ad a brókernek. A visszacsatolás a ténylegesen végrehajtott parancs. Például: ha a közvetítő {"SPD1": 280} -ot küld, akkor a motor teljes erővel működik, de a visszajelző üzenet a következő lesz: {"SPD1": 255}

4. lépés: LEGO Train Control

A LEGO vonat esetében a vázlatok kissé eltérnek.

Az áram közvetlenül az elemtartóból származik.

Szükség van egy mini step down konverterre, amely 3,5 V feszültséget biztosít az ESP8266 alapú Lolin kártyához.

A csatlakozásokat LEGO 8886 hosszabbító dróttal készítik, félbevágva.

5. lépés: Távirányító

A vezérlő csak üzeneteket tesz közzé a vonatnak (a BCD kapcsoló határozza meg).

A kódoló elforgatásával a távirányító vagy {"SPD1": "+"} vagy {"SPD1": "-"} üzeneteket küld.

Amikor a vonat megkapja ezt az "növekményes típusú" üzenetet, 51 vagy -51 -gyel módosítja a PWM kimeneti értékét.

Így a távirányító 5 lépésben (irányonként) változtathatja a vonat sebességét.

Az inkrementális kódoló megnyomásával a (z) "SPD1": 0} üzenet jelenik meg.

6. lépés: Érzékelő vezérlő

Az úgynevezett érzékelővezérlő méri a bemenetek állapotát, és ha bármelyikük megváltozik, közzéteszi ezt az értéket.

Például: {"IN1": 0, "IN6": 1} ebben a példában 2 bemenet váltott állapotot egyszerre.

7. lépés: Kimeneti vezérlő

A kimeneti vezérlő 8 digitális kimenettel rendelkezik, amelyek egy ULN2803 alapú modulhoz vannak csatlakoztatva.

Előfizetett témáján keresztül fogad üzeneteket.

Például az {"OUT4": 1, "OUT7": 1} üzenet bekapcsolja a 4. és a 7. digitális kimenetet.

8. lépés: Raspberry Pi és WiFi útválasztó

Volt egy használt TP-Link WiFI routerem, ezért ezt használtam hozzáférési pontként.

Az MQTT bróker egy Raspberry Pi, amelyhez Mosquitto telepítve van.

A szabványos Raspbian operációs rendszert használom, az MQTT -vel telepítve:

sudo apt-get install mosquitto mosquitto-customers python-mosquitto

A TP-Link útválasztót úgy kell konfigurálni, hogy legyen címfoglalása a Raspberry számára, így minden újraindítás után a Pi azonos IP-címmel rendelkezik, és minden eszköz csatlakozhat hozzá.

És ez az!

9. lépés: Kész vezérlők

Itt vannak a kész vezérlők.

A TT skála loko olyan kicsi, hogy egy Lolin táblát szűkíteni (vágni) kellett ahhoz, hogy elég kicsi legyen ahhoz, hogy elférjen a vonatban.

Az összeállított bináris fájlok letölthetők. Biztonsági okokból a tároló bővítését txt -re cseréltük.