TrainPi osa 1: sulautettu Raspberry Pi -tietokone digirataa ohjaamassa

Tässä juttusarjassa käsitellään projektia, jossa tehdään Raspberry Pi -tietokoneesta digiradan keskusyksikkö ja ohjauslaite. Raspberry Pi on suosittu, pieni ja halpa yhdelle piirilevylle koottu tietokone, josta on useita versioita. Halvin on noin 5 euron hintainen Pi Zero, joka tosin on kirjoitushetkellä jatkuvasti loppuunmyyty. Tähän käyttöön pitäisi kelvata minkä tahansa version.

Raspberry Pi

Raspberry Pi poikkeaa tavanomaisesta tietokoneesta pienuutensa ja halpuutensa lisäksi sikäli, että siinä on helposti käytettävissä ns. GPIO-nastoja. GPIO on lyhenne sanoista General Purpose Input/Output eli yleiskäyttöinen kaksisuuntainen linja. Toisin sanoen jokainen GPIO-nasta voidaan (tietyin rajoituksin) ohjata toimimaan joko sisäänmenona tai ulostulona. Tämä ominaisuus helpottaa koneen liittämistä sellaisiin laitteisiin, joissa ei ole valmista tietokoneporttia.

Mikään Raspberry Pi -versio ei ole hirveän tehokas. Kuitenkin tehoa riittää jopa kevyen toimisto-ohjelmiston pyörittämiseen. Toisaalta koneella ei ole tässä yhteydessä tarkoitus tehdä mitään muuta kuin ajaa digiradan ohjausohjelmistoa, joten kaiken ylimääräisen voi karsia pois. Näin teho riittää varmasti.

Järjestelmän rakenne

Pelkällä Raspberry Pi -koneella ei vielä pitkälle pötkitä. Se korvaa keskusyksikön ja mahdollisesti erillisen ajolaitteen, mutta vahvistin tarvitaan joka tapauksessa. GPIO-nastasta saatava kiskosignaali (harmaa kolmio) ei ole riittävän vahva, jotta sillä voisi ajaa junaa suoraan, eikä sen jännitetaso muutenkaan ole digijärjestelmälle riittävä. Dekooderi tarvitaan veturin ohjaukseen edelleen, samoin opastimien ja muiden laitteiden, jos niitä aiotaan ohjata digitaalisesti.

 

Järjestelmän periaatekuva

Kuva 1. Järjestelmän periaatekuva. Selvyyden vuoksi virtajohdot on jätetty merkitsemättä.

Jos halutaan tietoa varatuista raiteista ja muista tapahtumista, tarvitaan jonkinlainen palautemoduuli. Periaatteessa GPIO-nastoihin voisi kytkeä palautetta antavia painikkeita, transistoreita tai releitä suoraankin, mutta tällaisessa on huomioitava jännitetasojen yhteensovittaminen ja mahdolliset sähköiset häiriöt. Sitäpaitsi palautelinjojen määrät kasvavat nopeasti ohi GPIO-nastojen määrän, ja valmiiden komponenttien hyödyntäminen on usein helpompaa kuin uusien rakentaminen. Parempi on, että GPIO-nastoihin liitetään vain palauteväylä (sininen kolmio). Palauteväyliä ovat Märklinin suosima S88, LocoNet (joka toimii myös ajolaiteväylänä) sekä Lenzin ja Rocon XpressNetin yhteydessä käyttämä väylä.

Raspberry Pi sisältää USB- ja HDMI-liitännät, joihin saadaan näyttö, näppäimistö ja hiiri. Näistä saadaan paikallinen käyttöliittymä. Sen avulla voidaan ajaa junia sekä käyttää vaihteita ja opastimia. Samoja toimintoja voi käyttää myös päätelaite verkossa Ethernet-liitännän kautta. Jos halutaan käyttää tavanomaisia digijärjestelmän ajolaitteita, tai vaikka itse rakennettuja, GPIO-nastoihin voidaan liittää haluttu ajolaiteväylä (ei kuvassa). Ajolaiteväyliä ovat Märklinin käyttämä CAN (jota käytetään myös autoissa), LocoNet ja XpressNet (joka on periaatteessa RS485). Väylät saattavat vaatia oman liitäntäpiirinsä GPIO-nastojen lisäksi.

Kaiken tämän pyörittämiseen tarvitaan tietysti käyttöjärjestelmä ja ohjelmisto, joiden tallennuspaikkana toimii SD-kortti. Raspberry Pi ei käytä perinteistä kiintolevyä, vaan sikäli kuin tietoa tallennetaan, se tapahtuu SD-kortille. Tässä tapauksessa ei tarvitse tallentaa tietoa kovinkaan paljoa. Luonteva valinta käyttöjärjestelmäksi on Raspberry Pin tapauksessa Linux. Ohjelmistoja on jo valmiina olemassa useita, kysymykseksi tulee lähinnä sopivimpien etsiminen ja sovittaminen tähän käyttöön. Tähän palataan sarjan seuraavissa osissa.

Mitä seuraavaksi?

Artikkeleita kirjoitetaan sitä mukaa kuin projekti etenee. Tarkoitus on saada aikaan sellainen paketti ohjelmistoa ja ohjeita, jonka avulla kuka tahansa kiinnostunut voi rakentaa vastaavan järjestelmän.

Osa 2: Pysähdytäänpä hetkeksi

Osa 3: Annetaan palautetta

Merkitty: , , , , , ,
0 comments on “TrainPi osa 1: sulautettu Raspberry Pi -tietokone digirataa ohjaamassa
2 Yhteydet/Seurannat varten "TrainPi osa 1: sulautettu Raspberry Pi -tietokone digirataa ohjaamassa"
  1. […] ensimmäisessä osassa kerrottiin, että tarvitaan vahvistin, jotta tietokoneen tuottama komentojono saadaan kiskoissa […]