Model vlaka WiFi kontrola korištenjem MQTT: 9 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Imajući stari sistem modela vlakova na TT skali, imao sam ideju kako pojedinačno kontrolirati lokote.

Imajući ovo na umu, otišao sam korak dalje i shvatio što je potrebno ne samo za kontrolu vlakova, već i za dodatne informacije o cijelom rasporedu i kontroli nečega drugog (svjetiljke, željeznički prekidači …)

Tako se rađa modelni sistem vlakova koji kontrolira WiFi.

Korak 1: Operativni principi

Glavni princip je kontrola svakog elementa pojedinačno, bilo iz jednog kontrolera, bilo iz više izvora upravljanja. Ovo inherentno zahtijeva zajednički fizički sloj - najočiglednije WiFi - i zajednički komunikacijski protokol, MQTT.

Centralni element je MQTT posrednik. Svaki povezani uređaj (vlak, senzor, izlaz …) smije komunicirati samo putem posrednika i može primati podatke samo od posrednika.

Srce uređaja je WiFi kontroler zasnovan na ESP8266, dok posrednik MQTT radi na Raspberry pi.

U početku Wi -Fi pokrivenost osigurava WiFi usmjerivač, a sve se povezuje putem bežične veze.

Postoje 4 vrste uređaja:

- Kontroler vlaka: ima 2 digitalna ulaza, 1 digitalni izlaz, 2 PWM izlaza (za upravljanje 2 pojedinačna istosmjerna motora), - Senzorski kontroler: ima 7 digitalnih ulaza (za ulazne prekidače, optosenzore …), - Izlazni kontroler: ima 8 digitalnih izlaza (za šinske sklopke …), - WiFi daljinski: ima 1 inkrementalni ulaz kodera, 1 digitalni ulaz (za daljinsko upravljanje vozovima).

Sistem takođe može raditi sa Node-Red-a (sa tableta, računara ili pametnog telefona …).

Korak 2: MQTT razmjena podataka i konfiguracija

Na temelju MQTT protokola, isprva se svaki uređaj pretplati na određenu temu i može objaviti na drugoj temi. Ovo je osnova komunikacije mreže za upravljanje vozovima.

Ove priče o komunikaciji postavljaju se putem poruka u JSON formatu, kako bi bile kratke i čitljive ljudima.

Gledajući iz dalje perspektive: Mreža ima WiFi usmjerivač sa vlastitim SSID -om (naziv mreže) i lozinkom. Svaki uređaj mora znati ovo 2 za pristup WiFi mreži. MQTT posrednik je također dio ove mreže, pa da bi mogao koristiti MQTT protokol, svaki uređaj mora znati IP adresu brokera. I na kraju, svaki uređaj ima svoju temu za pretplatu i objavljivanje poruka.

Praktično, dati daljinski upravljač koristi istu temu za objavljivanje poruka za koje je određeni vlak pretplaćen.

Korak 3: Kontrolor vlaka

Da bismo upravljali vozom s igračkama, u osnovi su nam potrebne 3 stvari: napajanje, WiFi kontroler i elektronika vozača motora.

Napajanje električnom energijom ovisi o stvarnom planu korištenja: u slučaju LEGO -a, ovo je kutija za baterije Power Functions, u slučaju "oldschool" kompleta vlakova TT ili H0, to je napajanje 12V na pruzi.

Wi -Fi kontroler je kontroler Wemos D1 mini (baziran na ESP8266).

Elektronika upravljačkog programa motora je modul zasnovan na TB6612.

Kontroler vlaka ima 2 individualno kontrolirana PWM izlaza. Jedan se akutno koristi za upravljanje motorom, a drugi za svjetlosnu signalizaciju. Ima 2 ulaza za senzor zasnovano na trskama i jedan digitalni izlaz.

Kontroler prihvaća JSON poruke putem WiFi i MQTT protokola.

SPD1 kontrolira motor, na primjer: {"SPD1": -204} poruka se koristi za pomicanje motora unatrag pri 80% snage (maksimalna vrijednost brzine je -255).

SPD2 kontroliše intenzitet LED svjetla osjetljivog na smjer: {"SPD2": -255} poruka čini (unatrag) LED da svijetli svom punom snagom.

OUT1 kontrolira stanje digitalnog izlaza: {"OUT1": 1} uključuje izlaz.

Ako se stanje ulaza promijeni, kontroler šalje poruku prema njemu: {"IN1": 1}

Ako kontrolor primi valjanu poruku, izvršava je i daje povratnu informaciju posredniku. Povratna informacija je zapravo izvršena naredba. Na primjer: ako posrednik pošalje {"SPD1": 280} tada motor radi punom snagom, ali će povratna poruka biti: {"SPD1": 255}

Korak 4: LEGO kontrola vlaka

U slučaju LEGO voza, sheme su malo drugačije.

Napajanje dolazi direktno iz kutije za baterije.

Postoji potreba za mini stepenim pretvaračem za napajanje 3,5 V za Lolin ploču zasnovanu na ESP8266.

Priključci su izvedeni pomoću LEGO 8886 produžne žice, prepolovljene.

Korak 5: Daljinski upravljač

Kontroler objavljuje samo poruke u vlaku (definirano BCD prekidačem).

Okretanjem kodera, daljinski upravljač šalje poruke {"SPD1": "+"} ili {"SPD1": "-"}.

Kada voz primi ovu poruku "inkrementalnog tipa", mijenja svoju izlaznu vrijednost PWM -a za 51 ili -51.

Na ovaj način daljinski upravljač može promijeniti brzinu voza u 5 koraka (svaki smjer).

Pritiskom na inkrementalni koder šalje se {"SPD1": 0}.

Korak 6: Kontroler senzora

Takozvani senzorski kontroler mjeri stanja svojih ulaza i, ako se bilo koji od njih promijeni, objavljuje tu vrijednost.

Na primjer: {"IN1": 0, "IN6": 1} u ovom primjeru 2 ulaza su promijenila stanje istovremeno.

Korak 7: Izlazni kontroler

Izlazni kontroler ima 8 digitalnih izlaza koji su spojeni na modul temeljen na ULN2803.

Prima poruke putem pretplaćene teme.

Na primjer, poruka "OUT4": 1, "OUT7": 1} uključuje 4. i 7. digitalni izlaz.

Korak 8: Raspberry Pi i WiFi usmjerivač

Imao sam korišćeni TP-Link WiFI ruter, pa sam ga koristio kao pristupnu tačku.

MQTT posrednik je Raspberry Pi sa instaliranim Mosquitto -om.

Koristim standardni Raspbian OS sa MQTT -om koji sadrži:

sudo apt-get install mosquitto mosquitto-klijenti python-mosquitto

TP-Link usmjerivač mora biti konfiguriran tako da ima rezervaciju adrese za Raspberry, tako da nakon svakog ponovnog pokretanja Pi ima istu IP adresu i svaki uređaj se može povezati s njim.

I to je to!

Korak 9: Gotovi kontroleri

Evo gotovih kontrolera.

TT ljestvica loko ima tako male veličine da je Lolin ploča morala biti sužena (izrezana) da bi bila dovoljno mala da stane u vlak.

Prevedene binarne datoteke mogu se preuzeti. Iz sigurnosnih razloga, produžetak kante je zamijenjen txt.