Tout a commencé avec en 2015 un montage d’essai qui a été dans mes premières réalisations de programmes sur PIC. L’idée étant venue de produire le son de sonnerie du PN, mon ami Pierre en a réalisé l’implantation dans le PIC. C’est ce montage qui est à l’origine des cartes de sonorisation pour d’autres éléments du réseau. Ce montage assurait déjà les 3 fonctions de base : motorisation des barrières, sonnerie et feux clignotants.

L’un des avantages de l’absence de jeu dans le mécanisme est que les barrières sont fermement tenues pendant tout le mouvement ce qui évite des vibrations peu réalistes.

Le fil de nylon se fait oublier aisément. Il est invisible lorsque les barrières sont levées, ce qui est le cas le plus fréquent.

Sur cette vidéo on peut voir un contact de fin de course qui permet au programme d’avoir un repère servant d’origine. À la mise sous tension, le charriot commence par aller contre ce contact en baissant totalement les barrières qui ensuite reprennent la position ouverte si la voie est libre. On évite ainsi de faire aller butter le charriot sur une extrémité si jamais les barrières étaient restées dans une position inconnue au moment de l’extinction du réseau (par exemple en cas de panne d’électricité).

On voit aussi que la barrière à l’arrière se déplie mal ! C’est un point délicat, il ne faut pas grand chose pour que le filet reste coincé car il est très léger. Je pense que l’ensemble a besoin de se roder en fonctionnant.

La carte Pololu drv8834 pilote le moteur. La vitesse de rotation peut être réglée de manière à obtenir une vitesse de mouvement réaliste. Le système que j’ai adopté élimine tout jeu dans la commande de sorte que l’action est immédiate même en changeant de sens (pas d’hystérésis).

Les éléments du kit LMJ avant de commencer. Tout est très fin et prometteur d’un résultat réaliste.

Le montage des supports de barrière est facilement réalisé. La roue de commande est factice et ne peut pas servir à commander le mouvement de la barrière sur le modèle.

La fosse en laiton est destinée à être intégrée à la plate-forme du décor.

Il n’y a pas de pièces à recouper. Le petit tube est déjà fourni à la bonne longueur.

Petit problème cependant, le trou pré-percé dans le bronze de la barrière est un peu décentré de sorte que le tube ne se présente pas en face du trou de la pièce en laiton photo-découpé. Cette dernière est sans doute aussi prévue un peu trop juste. Je me suis sorti de cette situation en agrandissant un peu le trou dans le bronze. et surtout les deux trous dans la pièce de laiton.

Au final l’ensemble se présente bien.

Le tube ainsi que l’axe qui le traverse sont soudés à la barrière. L’ensemble s’articule librement entre les supports. On distingue près du pivot un petit levier percé d’un trou et destiné à la motorisation du kit (flèche sur la photo).

La fabrication des filets est assez facile grâce à l’astuce du fabricant qui nous fait mettre en place les fils avant de dégrapper les supports.

Les fils très fins sont livrés tout prêts, coupés à longueur et pliés, dans un petit sachet de plastique. On enfile l’un d’eux dans les deux trous des barres horizontales, et l’on retourne le tout en maintenant d’un doigt pour que le fil ne ressorte pas.

Une fois à plat on recourbe le fil pour qu’il reste en place. J’ai veillé à former une boucle qui ne bride pas la pièce de laiton afin d’autoriser la rotation et que le filet pende bien vertical.

On place ainsi les différents fils du filet dans l’ordre. Une fois ce travail achevé, on dégrappe les barres horizontales.

Le filet se fixe à la barrière par deux pattes de laiton passant dans des trous de la lisse. Pour donner un peu plus de rigidité à la barre de soutien, j’ai mis un point de colle sur cette barre au point milieu pour la solidariser de la lisse.

On vérifie que le filet se déforme sans effort lorsqu’on incline la barrière.

La barrière en position verticale, le filet vient coller tout contre.

La seconde barrière se monte à l’identique. Ce travail demande un peu de patience mais se réalise sans difficulté.

La barrière du haut de cette photo est équipée d’un fil de manœuvre formé d’un fil de laiton rigide venant s’accrocher dans le petit levier vers le pivot. Nous verrons plus loin comment j’ai en fait réalisé la motorisation.

Les portillons finement gravés se montent sans problème. Ils sont articulés sur un axe vertical formé d’un fil de sorte qu’on peut les mettre facilement dans une position ouverte si on le souhaite. On pourrait même les motoriser mais j’ai rejeter cette idée car il faudrait dans ce cas également animer un piéton !

Comme il s’agit d’un passage à commande manuelle, le kit prévoit la manivelle de commande qui sera située à côté de la maison de garde-barrières. À noter que certains modélistes placent l’axe de rotation des barrières à l’opposé de la maison du garde et de la manivelle, de l’autre côté de la route. Cela doit être assez rare car on cherche certainement dans la réalité à avoir une liaison par câble la plus simple possible (longueur de câble les plus faibles possibles et pas de traversée de route). Pour des barrières doubles équipant des chaussées très larges, il n’y a bien sûr pas le choix.

La motorisation sera réalisée avec ce module récupéré sur un lecteur de CD (ou DVD) d’ordinateur. J’ai tout démonté pour ne garder que le charriot qui coulisse librement sur deux tringles polies. La commande est faite par un moteur pas-à-pas bipolaire que l’on voit en bas à gauche. Le charriot portait toute l’électronique de la tête de lecture-écriture du CD. J’ai tout retiré ce qui explique la structure complexe de cet objet. Attention de ne pas utiliser n’importe comment la diode laser présente sur le charriot. Des étiquettes sur le boitier du lecteur avertissent du danger. Ici pas de problème, la diode a été retirée. Elle n’est dangereuse que si elle est alimentée. Notre bricolage est sans aucun risque une fois la diode retirée. La seule alimentation conservée est formée de la nappe orange de 4 fils arrivant au moteur.

En vue de l’utilisation de ce mécanisme pour animer mon PN, j’ai percé 4 trous pour fixer 4 tiges filetées qui vont porter les barrières.

Les tiges filetées portent des plaquettes métalliques visées dessus destinées à la fixation sous la plate-forme de roulement de la voie. Les planchettes minces en contreplaqué vont porter les barrières.

Les pattes de fixations sont prête à recevoir une vis pour la fixation par en dessous de la plate-forme de roulement qui va venir s’encastrer exactement entre les deux plaquettes de bois portant les barrières. Les supports de barrières sont collés en place. L’artisan a prévu des trous pour fixer par de petits clous mais je n’ai pas jugé utile de mettre les clous.

Le charriot peut se translater parallèle à le voie et aux barrières.

Vue en gros plan montrant la plaquette support formée de deux épaisseurs de contreplaqué de 5 mm. Au niveau des fosses portant les barrières une seule épaisseur de 5 mm afin de libérer la place pour le passage des fils de commande. Le trou dans le fond de la fosse a reçu deux tubes cathéters de très petit diamètre (origine J. Le Plat avec les fils à mémoire de forme). Un fil de commande est fixé en oblique à l’arrière de la barrière, l’autre est fixé à un petit ressort fixé au bâti. Les mouvement des deux fils sont antagonistes.

Le rôle des tubes en plastique très glissant est de guider les fils de commande et éviter des frottements sur des zones rugueuses car on ne peut pas obtenir une liaison totalement rectiligne et aussi au passage du trou dans le métal (voir plus loin le schéma général).

Les fils tirant sur les barrières pour les lever sont directement accrochés au charriot. Faisant opposition à ce mouvement, les fils reliés aux ressorts que l’on voit fixé au châssis.

La peinture des divers éléments ne pose de difficultés que pour les filets qu’il ne faut pas empâter sous peine de les bloquer et empêcher leur mouvement lors du relevage des barrières. Je n’ai pratiquement pas mis de peinture sur les barres horizontales pour ne pas boucher les trous.

Les premiers essais de mise en place des fils de commande mettent en évidence la fragilité du fil de cuivre que j’ai d’abord utilisé (Ø 0,2 mm). Je le remplace par du fil de pêche en nylon de même diamètre qui est bien plus solide.

Un des deux fils est collé à l’arrière de la lisse. Il tire sur la barrière pour la relever.

Les fils de pêche doivent être passés dans les tubes cathéters. Loupe très utile !

Tout est en place pour les premier essais. Un montage sur plaque d’essai est réalisé avec la carte Pololu de pilotage de moteur pas-à-pas (la même carte utilisée pour le moteur de l’éolienne)

J’ai conçu avec le logiciel Canari un circuit imprimé (gravé par Seeed) pour la commande du PN.

Le circuit commande le moteur pas-pas, les feux clignotants avec allumage et extinction progressive et le son de la sonnerie.

La carte est montée, il reste à mettre les composants sur leur support. On voit sur le côté droit le PIC 18F26K80, l’oscillateur à quartz, le circuit d’interface du bus CAN et l’ampli audio pour la sortie du son.

Gros plan sur la carte.

Les passages à commande manuelle qui existent encore de nos jours sont munis de systèmes d’avertissements lumineux et sonores semblables à ceux des PN automatiques.

Mon réseau se situe vers fin des années 50 début années 60. Dès les années 50, la SNCF équipe ses passages gardés avec les annonces automatiques (Voir Signalisation et automatismes ferroviaires, tome 2, p 87).

Schéma de principe du mécanisme vu de côté.

Vue en coupe perpendiculaire à la voie. Le passage à niveau est constitué d’un ensemble d’un seul bloc en forme de U se montant par en dessous et venant encadrer la voie. L’avantage est la simplicité d’installation et la possibilité de faire les réglages du mécanisme à la table et non pas sous le réseau. En gris, la plate-forme portant la voie avec un tasseau de renforcement.

La carte de commande doit réaliser plusieurs fonctions : la commande des barrières, celles des feux et la sortie du son de la sonnerie sur un haut-parleur.

Les barrières sont mues par un moteur pas-à-pas facile à piloter par un PIC, surtout en utilisant la carte Pololu drv8834 spécialisée mentionnée ci-dessus. Les avantages de ce système sont nombreux. Il est facile de se procurer une ancienne platine de lecteur de CD ou DVD. Les moteurs pas-à-pas qui les équipent sont faciles à programmer et totalement silencieux. La mécanique d’un bloc de platine CD est précise : pas de jeu, fonctionnement très doux. Le réglage de la vitesse du moteur est totalement contrôlée par le programme donc facile à choisir de façon à avoir un mouvement réaliste. Pour ma part j’ai réglé sur 5 s le temps de mouvement des barrières.

Le déclenchement des procédures de fermeture ou d’ouverture du PN se fera en utilisant la détection de présence disponible au niveau des cartes de canton. Mon PN est situé au milieu d’un canton. Il suffit de couper ce canton en 2 zones et de les alimenter avec des modules séparés pour disposer d’une information de présence sur chaque zone qui précède ou suit le PN. On bénéficie de la sensibilité de détection du block (environ 50 kΩ). Cette organisation ne pose pas de difficulté particulière car je dispose de quelques modules de pilotage de zone encore non utilisés. L’information d’occupation ou de libération de zone est transmise à la carte par des messages CAN déjà disponibles sur le bus car utiles à d’autres périphériques comme la tablette de commande. La carte est donc munie d’une interface CAN pour recevoir ces messages. Lorsque la zone A ou B devient occupée et si le train se dirige vers le passage à niveau, la procédure de fermeture est activée : l’annonce se fait avec allumage de feux clignotants et sonnerie. Quelques secondes plus tard les barrières se baissent. La sonnerie s’arrête alors mais les feux clignotent encore. Dès que le dernier wagon a quitté la zone A (juste après le PN), les barrières se relèvent et les feux cessent de clignoter.

Les messages CAN utilisés permettent de connaitre l’état d’occupation d’une zone ainsi que le sens de circulation du train dans la zone.

Les sections d’arrêt de ces zones particulières se croisent et font la longueur du PN (arrêt 1a et arrêt 2a du schéma). Ce recouvrement que l’on n’a pas entre deux cantons complets permet de provoquer l’ouverture vraiment dès que le PN est dégagé, et ceci dans les deux sens de circulation. C’est une astuce qui utilise le fait que chaque module d’alimentation de zone permet la détection séparée dans la zone d’arrêt située à l’extrémité dans le sens de marche. Ici le canton, au sens où la SNCF l’entend, est constitué des deux zones A et B. Ce système est similaire à celui de la réalité qui utilise des circuits de voie ou des pédales pour réaliser des détections de présences dans des zones qui peuvent être plus petites qu’un canton (par exemple des zones d’aiguilles).

Pour l’allumage des feux clignotants nous respectons bien sûr la fréquence de 70 battements par minute ce qui fait un peu plus de 1 Hz. Comme pour les signaux nous simulons l’inertie thermique des filaments par un allumage et une extinction progressive. Le programme du PIC prend en charge cette inertie.

Enfin, le son a été récupéré sur une vidéo d’un vrai passage à niveau. Comme le son est répétitif, seul le motif sonore de base est mémorisé dans le PIC, ce qui prend très peu de place en mémoire. C’est le programme qui passe en boucle cet échantillon et reproduit ainsi la sonnerie continue. On peut ainsi contrôler très simplement la durée de la sonnerie. Le programme du PIC respecte le mieux possible la séquence utilisée en réalité. Nous avons seulement raccourci le temps de l’annonce (délai depuis le début de la sonnerie et des feux et jusqu’à ce que les barrières commencent à se baisser), car les longueurs de nos cantons sont trop courtes pour cela. Il ne faut tout de même pas que le train arrive avant que les barrières ne soient fermées.

Le programme produit une PWM sur l’une des pattes de sortie en échantillonnant à 44100 Hz (comme les CD !). Cette PWM est modulée avec les échantillons du son en mémoire. Le signal est envoyé sur l’entrée d’un amplificateur audio LM386. Le montage est le même que pour les cartes de sonorisation, en plus simple, car le son peut être stocké intégralement dans le PIC sans mémoire extérieure vue sa durée très brève.

Le PIC 18F26K80 est suffisamment puissant pour assurer toutes ces fonctions. C’est ce modèle que nous utilisons pour la plupart de nos cartes.