Bouw een DCC-commando station voor modelspoor met Arduino – gratis app inclusief

Onderdelen en benodigdheden

Apps en online diensten

• LocoMotive – gratis versie (Google Play Store)
• LocoMotive DCC – uitgebreide versie (€5,99, met CV 1-255 read/write)

Over dit project

Wat maakt dit systeem uniek? Een heel simpel elektronisch circuit genereert het DCC-signaal en de baanvoeding, maar de app op je smartphone doet het echte werk. De processor van je telefoon stelt de DCC-pakketten samen (instructies voor locomotieven, wissels, functies), wat de Arduino taak enorm vereenvoudigt.

Updates & versies

• 16 aug 2019: Nieuwe app "LocoMotive DCC" met CV 1-255 read/write (betaald).
• 18 mei 2019: App update: tot 28 functies met bewerkbare titels, zichtbaarheid, momentaire opties; 4 locs tegelijk met snelheidsbalken (betaald, ~€3).
• 17 feb 2019: HC-06 antenne verlengen met 31,2 mm koperdraad (¼ golflengte 2,4 GHz) voor bereik.
• 29 jan 2019: Momentaire optie op F2/F3 voor hoornsignalen; preset max snelheid per loc.

Dit is het meest efficiënte DCC-commando station dat je kunt bouwen: minimale componenten, maximale functionaliteit. De gratis app LocoMotive werkt op Android 4.1+.

Kenmerken

• Besturing van 1 tot 20 locomotieven
• Ideaal voor kleine tot middelgrote banen
• 2A belasting (tot ~16 OO/HO locs) met LMD18200; uitbreidbaar met zwaardere H-brug
• Kortsluitbeveiligd met instelbare overstroombeveiliging (in code)
• Lichten, rijrichting, functies F1-F8
• Functienamen, zichtbaarheid, momentaire actie bewerkbaar
• Wissels/accessoires: tot 8 paren uitgangen met eigen namen
• Eigen locnamen en max snelheid per loc
• Programmeren CV1 (adres)
• Read/Write CV 1-255 (alleen betaalde app)
• Eigen accessoire-adressen toevoegen
• DC voeding 12-20V (Z/N/OO/HO/O/G schaal)

Totale kosten: ~€20 (onderdelen via eBay). PCB beschikbaar op eBay.

Stap 1: Arduino Sketch

De Arduino ontvangt via Bluetooth (HC-06) complete DCC-pakketten als tekststrings van de app, decodeert ze en genereert de NMRA-standaard klokpulsen (preamble, separator, data bytes, XOR-check). De LMD18200 krijgt het DCC-signaal op de DIR-pin, PWM-pin blijft HIGH.

Hoofdloop (vereenvoudigd)

void loop() {
  if (bluetooth.available() > 0) {
    inString = bluetooth.readStringUntil('\n');
  }
  if (inString.substring(0,1) == "D") { string(); } // DCC pakket ontvangen
  delay(20);
}

Voorbeelden ontvangen strings

• DD, 3, 63, 12, 48 → 4-byte snelheidspakket: Loco 3, snelheidstap 12, XOR=48
• DD, 1, 129, 128 → 3-byte functiepakket: Loco 1, F1 aan, XOR=128

NMRA standaard: S-9.2.1

Stap 2: Fritzing Schema & Opbouw

Belangrijk: HC-06 aansluiting: PCB Rx → Module Rx, PCB Tx → Module Tx (geen kruisverbinding!). Antennedraad (31,2 mm koper, geïsoleerd) verlengt bereik.

Stroommeting: 0,1 Ω meetweerstand geeft 0-200 mV op A0 (≈ 50 mA per stap). Bij >2A schakelt Arduino pin 13 (Brake) de LMD18200 uit. Stroomwaarde wordt elke seconde via Bluetooth naar app gestuurd.

Stap 3: Android App

• Gratis: LocoMotive (Google Play Store)
• Betaald (volledig): LocoMotive DCC (Google Play Store, ~€5,99)
• Handleiding bij betaalde versie meegeleverd.

Code: locomotive_dcc_sep19.ino

// 1 Sep 2019 - voor Android App 'Locomotive DCC' met LMD18200
// CV read/write toegevoegd
#include <SoftwareSerial.h>
SoftwareSerial bluetooth(8,9); // RX, TX

int C, sensorValue;
long t=0, lastmillis=0, interval=1000;
String inString;
int a[8];
int preamable_type = 0;
int Address;
float CV_VAL, cv_val, cv_val0, cv_val1, cv_val2, cv_val3, cv_val4, cv_val5, cv_val6, cv_val7;
int test_num, cv_write_val, Cs;
boolean cv_logic, ok;
int num;

#define TIMER_SHORT 0x8D  // 58 µs
#define TIMER_LONG  0x1B  // 116 µs
unsigned char last_timer=TIMER_SHORT, flag=0, every_second_isr=0;
#define PREAMBLE 0
#define SEPERATOR 1
#define SENDBYTE 2
unsigned char state=PREAMBLE, preamble_count=16, outbyte=0, cbit=0x80;
unsigned char xdata=0, data=0, data_f=0, data_f1=0, data_f2=0;
int locoAdr = 9;

struct Message { unsigned char data[7]; unsigned char len; };
#define MAXMSG 3
struct Message msg[MAXMSG] = {
  { {0xFF,0,0xFF,0,0,0,0}, 3 }, // idle
  { {locoAdr,0,0,0,0,0,0}, 3 }  // loco msg (128 stappen)
};
int msgIndex=0, byteIndex=0;

void SetupTimer2() {
  TCCR2A=0; TCCR2B= (1<<CS21); // prescaler 8
  TIMSK2 = (1<<TOIE2);
  TCNT2=TIMER_SHORT;
}

ISR(TIMER2_OVF_vect) {
  unsigned char latency;
  if (every_second_isr) {
    PORTD = B01100000; // D5=DIR, D6=PWM HIGH
    digitalWrite(5,1); digitalWrite(6,1);
    every_second_isr=0;
    latency=TCNT2; TCNT2=latency+last_timer;
  } else {
    PORTD = B01000000; // D5=DIR signaal, D6=PWM LOW
    digitalWrite(5,0); digitalWrite(6,1);
    every_second_isr=1;
    switch(state) {
      case PREAMBLE:
        flag=1; preamble_count--;
        if (preamble_count==0) { state=SEPERATOR; msgIndex=(msgIndex+1)%MAXMSG; byteIndex=0; }
        break;
      case SEPERATOR:
        flag=0; state=SENDBYTE; cbit=0x80; outbyte=msg[msgIndex].data[byteIndex];
        break;
      case SENDBYTE:
        flag = (outbyte & cbit) ? 1 : 0;
        cbit >>= 1;
        if (cbit==0) {
          byteIndex++;
          if (byteIndex >= msg[msgIndex].len) {
            state=PREAMBLE;
            preamble_count = (preamable_type==0) ? 16 : 24;
          } else { state=SEPERATOR; }
        }
        break;
    }
    latency=TCNT2;
    TCNT2 = latency + (flag ? TIMER_SHORT : TIMER_LONG);
    last_timer = flag ? TIMER_SHORT : TIMER_LONG;
  }
}

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  analogReference(INTERNAL);
  pinMode(13,OUTPUT);
  bluetooth.begin(9600);
  delay(500);
  Serial.println("Bluetooth Started");
  bluetooth.println("Bluetooth Started");
  DDRD = B01100000;
  SetupTimer2();
  t=millis(); lastmillis=millis();
  digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(13,HIGH); // bridge uit
  int get_cv_val = cv_calc(test_num);
}

void current() {
  int value=0;
  for (int i=0;i<5;i++) { value+=analogRead(A0); delay(1); }
  sensorValue=value/5;
  C = 10.8 * sensorValue; // mA (interne 1.1V ref, 0.1Ω → 10.8 mA/stap)
  if (C > 2000) {
    Serial.println("Over Current");
    bluetooth.println("Short!");
    digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(13,HIGH);
    bluetooth.println(C);
  }
}

void loop() {
  if (bluetooth.available()) { inString = bluetooth.readStringUntil('\n'); Serial.println(inString); }

  if (inString.startsWith("D")) string();                    // DCC pakket
  else if (inString.startsWith("C")) { digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(13,LOW); } // reset na overstroom
  else if (inString.startsWith("G")) { digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(13,LOW); current(); bluetooth.println(C); } // stroom opvragen
  else if (inString.startsWith("A")) { digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(13,LOW); get_cv_data(); cv1_prog(); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(13,HIGH); } // CV1 schrijven
  else if (inString.startsWith("get")) { cv_val=0; digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(13,LOW); get_cv_num(); cv_read(); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(13,HIGH); } // CV read
  else if (inString.startsWith("add")) { cv_write_val=0; digitalWrite(6,HIGH); digitalWrite(13,LOW); get_cv_new_val(); repeat_cv_write(); digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(13,HIGH); } // CV write
  else if (inString.startsWith("V")) { delay(50); bluetooth.print("CV1 updated"); Serial.println(Address); }
  else if (inString.startsWith("E")) { digitalWrite(6,LOW); digitalWrite(13,HIGH); } // noodstop
  inString="";
}

// Helper functies: string parsing, packet assembly (3/4 byte), CV read/write/verify, etc.
// Zie volledige code in origineel voor details: cv_calc, cv_read, cv_write, repeat_cv_write,
// reset_packet, page_preset_packet, cv1_write_packet, cv_verify0/1_packet, valid_packet,
// amend_len3/4, assemble_3/4_byte, print_data, get_cv_num, get_cv_data, get_cv_new_val.

Behuizing & Schema

Schema: Fritzing-bestand bluetooth_android_dcc_lmd18200_S8NTVsI4LY.fzz + app-instructies.