Honzíkovy vláčky

Rozhraní pro zapojení lokomotivních dekodérů

Autor: RNDr. Jan Plutnar, Ph.D. Vydáno: 20.9.2017

S rozvojem digitálního ovládání modelového kolejiště se mj. postupem doby vynořily různé způsoby připojení řídících (tj. mobilních či lokomotivních) dekodérů k elektrickému obvodu lokomotivy. Mnoho výrobců, zejména malovýrobců, železničních modelů na výrobu vlastních dekodérů rezignovalo, ale pro zachování možnosti následné digitalizace samotným zákazníkem montuje do svých modelů jen rozhraní, kterým lze řídící dekodér do lokomotivy připojit.

  V následujícím přehledu pomineme ty dekodéry, které neodpovídají standardům NMRA a NEM pro DCC (např. dekodéry pro systém Selectrix fy Doehler&Haass, resp. Trix) a zabývat se budeme pouze rozhraními pro připojení řídících DCC dekodérů.

  Pro úplnost snad bude účelné připomenout rozdíly pojmů rozhraní a konektor, což bývá občas nejasné méně zkušeným modelářům, jak upozornil jeden z recenzentů této statě. Lze souhlasit s tím, že širší význam má v češtině slovo rozhraní. Jak uvádí např. Wikipedie.cz, „rozhraní (z angl. Interface) označuje v informatice zařízení, program nebo formát, zajišťující správnou komunikaci a přenos dat mezi odlišnými zařízeními nebo programy. Podle toho, zda je rozhraní součástí počítačového hardwaru, nebo softwaru, mluvíme o hardwarovém nebo softwarovém rozhraní. Hardwarovým rozhraním může být např. počítačová síť nebo sběrnice“ – ZDE.

  Za konektor je pak považovaná slaboproudá elektrotechnická součástka, která zajišťuje opakovatelné, snadno rozebíratelné a bez nástrojů, zpravidla zasunovací spojení vodičů (kabelů). Konektorem, případně konektorovým spojením se nazývá nejčastěji propojení slaboproudých vedení, včetně vysokofrekvenčních nebo datových signálů – ZDE.

  Všechny níže uvedené typy konektorů jsou popsány normami NMRA S-9.1.1 a NEM 650, 651, 652, 654, 658, 660, 662 a 663 a vycházejí, resp. adaptují proprietární (neboli značkové, patentované, uzavřené) konektory různých výrobců. Zastavíme se u každého z nich, pro přehlednost v pořadí podle čísla normy NEM.

.

NEM 650

Shrnuje tři varianty konektorů, jejich konstrukční parametry a elektrické charakteristiky.  Rozložení pinů pak popisují jednotlivé normy NEM 651, 652 a 653.

.

NEM 651 (NMRA-Small nebo S)

  Základní a nejstarší (spolu se svým osmipólovým bratříčkem) z konektorů pro připojení dekodérů. Původně uveden firmou Minitrix, bohužel se mi nepodařilo zjistit, ve kterém roce. Jednoduché uspořádání šesti pinů pro přenos napětí z kolejí (2 piny), do motoru (2 piny) a jednoho pólu k předním a zadním světlům. Norma předpokládá společný kladný pól pro napájení osvětlení získaný usměrněním napětí z kolejí (obvykle z kostry modelu).

Obr. 1 – Dekodéry s rozhraním dle NEM 651, nahoře vlevo s piny přímo na dekodéru (Lenz), vpravo vyvedené na vodičích mimo dekodér (Fleischmann), dole řešení Doehler&Hass s plochým kabelem

.

  Vždy je voleno řešení samec na dekodéru, samice na tištěném spoji v lokomotivě. V zásadě jsou používány dva způsoby vyvedení kontaktů z dekodéru, a to buďto přímou montáží pinů na desku dekodéru, případně jejich napájením na vodiče vycházející z dekodéru. Druhé řešení je do značné míry flexibilnější ve smyslu možnosti zvolit si vhodné místo pro uložení dekodéru v modelu téměř bez ohledu na úmysly výrobce (který často příslušný samičí konektor umístí naprosto nevyhovujícím způsobem, za což mu modeláři zejména menších měřítek nejsou příliš vděčni).

  Zajímavou variantu připojení dekodérů s tímto rozhraním nabízí firma Doehler&Haass – jejich dekodéry mají připájený plochý šestižilový kabel, jehož délka se přizpůsobí poměrům v lokomotivě a volný konec zasune do patice (viz obr. 1c).

  Nevýhody tohoto rozhraní jsou patrné na první pohled – piny jsou poměrně rozměrné (5 mm dlouhé) a jejich uspořádání umožňuje dva různé způsoby spojení. Nicméně je navržen tak, že nesprávné zapojení dekodéru není pro jeho elektroniku fatální, pouze nebude správně fungovat. Ze schématu je patrné, že dojde pouze k prohození výstupů pro napájení motoru s výstupy pro napájení předních a zadních světel. Maximální dlouhodobé proudové zatížení je 500 mA, špičková zátěž (krátkodobá) nesmí přesáhnout 750 mA. Svojí velikostí je toto rozhraní vhodné pro modely měřítka TT (1:120) i N (1:160), kde se ve starších modelech vyskytuje poměrně často.

Obr. 2 – Rozvržení výstupů dekodéru dle NEM 651 (pro zobrazený dekodér pouze ilustrativní, nemusí odpovídat skutečnému zapojení na desce)

.

NEM 652 (NMRA-Medium nebo M)

  Větším bratříčkem již zmíněného šestipinového rozhraní je osmipinové rozhraní dle NEM 652, používané zejména v modelech měřítka H0 (1:87), byť například firma Kato je použila v některých svých modelech v měřítku N. Narozdíl od menšího rozhraní NEM 651 jsou piny seřazeny do dvou řad po čtyřech, dva piny navíc slouží k rozvodu společného kladného pólu a jedné funkce. Rozložení zapojení pinů je voleno tak, že nesprávným zapojením dekodéru do rozhraní dojde pouze k znefunkčnění osvětlení (a reverznímu chodu motoru). Maximální proudová zátěž by neměla překročit 1,5 A, špičková zátěž (krátkodobá) pak 3 A.

Obr. 3 – Dekodér s vyvedeným rozhraním dle NEM 652 a detail samčí části konektoru

.

  Stejně jako u předchozího rozhraní se samčí část konektoru umisťuje k dekodéru, ovšem kvůli své velikosti téměř výhradně mimo jeho plošný spoj, připájený na vodičích. Dekodéry s rozhraním přímo na těle vyrábí například firma Gaugemaster a pravděpodobně by se našly i další.

Obr. 4 – Dekodér s konektorem přímo na těle (vlevo), příklad umístění rozhraní v modelu H0 (vpravo)
.

Tab 1 –  Zapojení pinů rozhraní NEM 652

.

NEM 654 (NMRA-Large nebo L)

  Pravděpodobně nejméně používaným rozhraním je právě toto čtyřpólové rozhraní. Podle parametrů svého návrhu je určeno pro velká měřítka počínaje 0 k větším (průměr pinu 1,25 mm, maximální dlouhodobá proudová zátěž 4 A a špičková 6 A). Piny jsou uspořádány do dvou řad po dvou, vzájemně posunutých o polovinu vzdálenosti mezi piny. Toto rozhraní zprostředkovává přenos napájení z kolejí do dekodéru a z dekodéru k motoru. Narozdíl od předchozích rozhraní je v tomto případě na straně dekodéru samičí část. Dnes se podle všeho toto rozhraní příliš nepoužívá, zejména proto, že neumožňuje snadné napojení dekodéru k ovládání osvětlení a dalších funkcí.

Obr. 5 – Zapojení rozhraní dle NEM 654

.

NEM 660 (MTC 21)

  V roce 2005 představil Märklin 21 pinové rozhraní vyvinuté firmou ESU pro jeho potřeby. Již po jeho představení byl design rozhraní poměrně dlouho diskutován a v podstatě nebylo plánováno jeho standardizování. Z diskuzí nad návrhem vzešlo nakonec v roce 2007 rozhraní PluX22. Nicméně ještě předtím, než došlo k jeho normalizaci v rámci NMRA, objevily se na trhu dekodéry a lokomotivy s rozhraním MTX. Bohužel se postupně objevily tři různé verze tohoto 21 pinového rozhraní, které jsou vzájemně nekompatibilní a při osazení nevhodného dekodéru může dojít k jeho poškození. Firma Märklin do své verze rozhraní zabudovala možnost napájení svých třífázových modelových motorů C-Sinus a také vstupy pro sběrnici ZugBus (Train Bus – TB, dnes SUSI). Jejich umístění na pinech 5 a 6 (NEM 660) či 3 a 4 je právě jedním ze zdrojů nekompatibility dekodérů s různou dobou výroby. Kromě zmíněných firem dekodéry s tímto rozhraním v současnosti vyrábí ještě například firmy Zimo, Uhlenbrock či Rautenhaus, NMRA však výslovně doporučuje jejich náhradu dekodéry s rozhraními PluX.

Obr. 6 – Dekodér ESU lokpilot s rozhraním MTC-21 (vlevo), lokomotiva osazená dekodérem (vpravo)
.

  Propojovací konektor rozhraní je napájen přímo na desku dekodéru a narozdíl od předchozích je na dekodéru samičí část. Rozhraní disponuje 21 piny (dvě řady po 11 pinech, v jedné řadě je jeden krajní pin zaslepen pro zajištění správné orientace dekodéru při instalaci), použito je průmyslové rozhraní 1/20“ s 22 piny. Zajímavostí také je, že dekodér se instaluje protažením pinů deskou dekodéru, v podstatě obráceně k očekávanému způsobu nasazení. Kromě standardní sady vstupů/výstupů toto rozhraní počítá i se zvukovými funkcemi dekodéru (resp. jeho připojení k reproduktorům lokomotivy) či Hallových sond, které mohou být použity například k synchronizaci pohybu soukolí parní lokomotivy se zvukem dekodéru. Ovšem tyto funkce se příliš neprosadily, dnes jsou tyto výstupy využity pro rozhraní RailCom a S.U.S.I. Norma kromě zapojení jednotlivých pinů také přesně definuje rozměry, které dekodéry musí splňovat.

Obr. 7 – Dvě různé verze zapojení pinů v MTC 21, resp. MTX (vlevo)
.

NEM 658 (PluX 8/12/16/22) 

  Konektory typu PluX vznikly víceméně jako reakce na problémy s implementací konektoru MTX, resp. s nedokumentovanými změnami provedenými firmou ESU a také jeho přijetím ostatními výrobci. Byť je počet pinů nejširší varianty (PluX 22) shodný s dekodéry MTC21 či MTX, obě rozhraní jsou vzájemně nekompatibilní.

Stejně jako v případě NEM 660 řeší norma popisující rozhraní PluX kromě zapojení signálů k dekodéru také jeho maximální rozměry. Zásadním mechanickým rozdílem oproti MTC21 je umístění samčí části rozhraní na dekodér, další rozdíly jsou pak v rozložení jednotlivých signálů. Rozhraní je navrženo tak, aby bylo možné konstruovat dekodéry, které budou používat i menší počet pinů, zejména z důvodu nedostatku místa pro instalaci dekodéru (typicky v případě měřítka N). Je-li v lokomotivě instalováno plnohodnotné rozhraní PluX22, lze do něj instalovat i dekodéry s menším počtem pinů. Nicméně délka pinů může pro malá měřítka představovat při instalaci dekodéru do lokomotivy komplikaci.

  Existují minimálně dvě různé varianty tohoto rozhraní lišící se polohou nezapojeného, indexovacího pinu. Ve starší specifikaci je umístěn na pozici 4 (ovšem v číslovacím schématu analogickém číslování MTC 21, odpovídá pozici 7 v Plux), v platné normě (2015) na pozici 11. V platné verzi je také změněno přiřazení funkčních výstupů jako důsledek nepotřebného třetího GPIO pinu na pozici 1. Varianta s indexovacím pinem v pozici 4 (7) však nebyla nikdy vyráběna.

Obr. 8 – Rozložení pinů v rodině konektorů PluX. (+) pól na pinu 6 je používán k připojení záložních (Stay Alive) kondenzátorů

.

  Přestože původní návrh rozhraní PluX počítal se třemi různými variantami sestávajícími z 8, 16 a 22 pinů, časem se objevila dvanáctipinová varianta a naopak osmipinová varianta byla v souvislosti s nástupem rozhraní Next18 postupně z normy vyřazena a aktuálně platná verze (z roku 2015) s ní již nepočítá. Dekodéry s tímto rozhraním jsou stále produkovány a v nabídce prakticky všech výrobců dekodérů.

Obr. 9 – Dekodér Uhlenbrock 76560 s rozhraním PluX22

.

NEM 662 (Next18, Next18S)

  Specificky pro potřeby rozvoje digitalizace modelů malých měřítek (TT, N) bylo vyvinuto mikrorozhraní Next18. Úspora, respektive nedostatek místa v modelech těchto měřítek je kritickým parametrem pro návrh dekodéru. Proto rozhraní rodiny PluX nenašlo u modelářů a výrobců, zejména u měřítka N, mnoho pochopení (příliš dlouhé piny vyžadují poměrně dost místa pro instalaci dekodéru).

  Rozhraní Next18 používá miniaturní osmnáctipinový konektor podobný konektorům používaným v mikroelektronice, navržený a vyráběný firmou Coratec. Konektor má malou světlou výšku, spojení obou jeho částí vyžaduje pouze minimální manipulační prostor (1,25 mm). Piny jsou zapojeny relativně symetricky tak, aby při případném nesprávném zapojení dekodéru nedošlo k poškození jeho elektroniky. Stejně, jako v případě předchozích norem, i NEM 662 definuje kromě rozložení pinů i rozměry dekodérů, a to pro dvě varianty – zvuku prostou (Next18) a ozvučenou (Next18S). Obě varianty používají shodné zapojení pinů, zvukové verze dekodérů používají piny 7 a 16 pro provoz reproduktorů namísto funkčních výstupů AUX 5 a AUX 6. Zdvojení pinů pro sběr napájení umožňuje také použití dekodérů v modelech s vyšší proudovou zátěží (konektor je konstruován pro maximální proud 0,5 A / pin). Pro funkční výstupy AUX3-AUX6 norma definuje maximální proudovou zátěž 2 mA a předurčuje je tím primárně k použití jako logické výstupy. Nicméně některé firmy (např. Zimo) umožňují přepnutí některých z nich (AUX3 a 4) na plnohodnotně zatížitelné výstupy. Přes svoje nesporné kvality je však toto rozhraní u výrobců lokomotiv nepříliš populární, neboť jeho instalace vyžaduje pokročilé technologie pro osazování DPS, kterými, zejména malosérioví výrobci, nedisponují.

Obr. 10 – Konektory rozhraní Next18
.

Tab. 2 – Rozložení funkcí pinů rozhraní Next18S

.

NEM 663 (PluG)

  Naopak pro modely velkých měřítek (zahradní železnice) byla přijata norma definující použití až padesátipinového rozhraní PluG pro provoz modelů s odběrem větším než 2 A. Rozhraní dekodéru je sestaveno z jedné až čtyř desetikolíkových lišt s roztečí 2,54 mm a jedné desetipinové dutinky, s maximální proudovou zátěží 3 A. Dekodéry s tímto rozhraním dodává například německá firma Massoth Elektronik. Domnívám se, že rozšíření tohoto rozhraní v našich zeměpisných šířkách bude minimální, dovolil bych si tedy odkázat případné zájemce o popis rozložení jeho pinů na příslušnou normu.

Obr. 11 – Dekodér vybavený rozhraním PluG16

.

Poznámka: K barvám vodičů dle NMR

  Přestože u výše zmíněných dekodérových rozhraní nenajdeme vodiče (s výjimkou dekodérů dle NEM 651 a 652 s odsazeným rozhraním) v této poznámce uvedeme barevné „kódy“ používané v souladu s doporučením NMRA (S-9.1.1) a MOROP (NEM 650) pro snadné rozlišení výstupů dekodérů. Normy NEM ovšem znají pouze sedm základních barev, barvy pro vyšší funkce nejsou definovány a jsou ponechány na vůli výrobců. Tyto barvy se běžně používají v tabulkách popisujících funkce jednotlivých dekodérů, byť na samotných dekodérech obvykle nejsou přítomny. Použity jsou ve stejném významu i v našem textu.

.

Závěr

  V tomto přehledu si neklademe za cíl přinést nějakou senzační novinku z oblasti výroby lokomotivních dekodérů. Považujeme ale za praktické, že běžně dostupné informace, specifikované v normách NMRA a NEM, jsou v komentované podobě soustředěny do jedné stati.

  Lze předpokládat, že za pár let bude nutné dnes publikované informace korigovat, neboť lze očekávat další miniaturizaci elektronických součástek a tudíž celých obvodů, včetně lokomotivních dekodérů. A ruku v ruce s tím jistě dojde i k miniaturizaci konektorů. Což o to, pro malá měřítka (N, Z) to jistě bude přínosné. Otázkou ale bude, jestli se ještě bude moci prostý, byť vzdělaný, zkušený a vybavený modelář pustit svépomocí do digitalizace modelů lokomotiv, jen tak s páječkou, dejme tomu i lupou a odvahou k tvůrčí práci. Anebo už bude odkázán pouze a jenom na profesionální výrobce. Možná se tak uzavře kruh, který je naznačen ve druhé větě v perexu tohoto příspěvku, tedy že sami výrobci se budou bránit reklamacím od těchto jinak zdatných modelářů, kterým se prostě digitalizace se super-miniaturizovanými dekodéry nepovede. A budou modely již ve výrobě dekodéry vybavovat, a možnosti amatérské digitalizace se budou účinně bránit. Ale to je ještě daleko…

Autor děkuje za cenné rady a doporučení Jindrovi Fučíkovi (DCC Jindra Fučík), Martinu Pintovi (Lokopin) a Bohouši Partykovi (Mašinky.info).

Revize textu (oprava tab. 2) na základě upozornění čtenáře provedena 21. 9. 2017 10:40 hod. Omlouváme se. 

Zdroje:

www.morop.eu
www.nmra.org
atw.huebsch.at/dcc/nem_stecker22.htm
www.zimo.at
www.fleischmann.de
www.doehler-haass.de
www.coratec.de
www.massoth.com
www.uhlenbrock.de
www.gaugemaster.com
www.lenz-elektronik.de
www.esu.eu

Rubrika: Analog - digitál, Elektronika, TECHNIKA, ZPRÁVY
Počet přečtení: 14 254 | Tisknout: | Poslat: