O modelismo ferroviário conta com recursos eletrônicos avançados que os modelistas devem conhecer. Partindo do antigo trem miniatura que tinha apenas uma fonte de alimentação controlada por um reostato o modelismo ferroviário evoluiu a ponto de utilizar técnicas digitais e dentre elas a mais conhecida é o DCC ou Digital Command Control. Neste artigo explicaremos como ele funciona.
Nas ferrovias em miniatura tradicionais em que havia um único trem sendo controlado, o processo era simples. Bastava usar os trilhos para a alimentação e controlar diretamente a tensão aplicada através de uma caixa de controle.
Essa caixa podia ser um transformador com diversas tomadas ou ainda um reostato. Nas versões mais modernas, o reostato poderia ser do tipo eletrônico, utilizando um transistor de potência, conforme mostra a figura 1.
No entanto, este tipo de controle tem um inconveniente. Somente um trem pode ser controlado quando trafegando por uma mesma linha.
Como o modelismo ferroviário evoluiu e era comum termos mais de um trem trafegando num sistema de linhas, como resolver o problema de se controlar as composições de forma independente.
Diversos sistemas foram desenvolvidos ao longo do tempo como o controle em cada locomotiva que receberia uma tensão única e teria um sistema de controle remoto, mas a solução melhor surgiu com o DCC.
O DCC
A ideia de se sobrepor sinais digitais que levem informações a uma linha de alimentação é antiga. Já se fez isso com a linha de fornecimento de energia no passado, quando se estou um sistema de aviso de catástrofes usando a linha de energia e um pequeno modem que ficaria na casa das pessoas.
Em nossos dias, a ideia de se sobrepor à tensão da rede de energia a Internet (Internet over power line) ainda está sendo alvo de estudos. O ambiente ruidoso é o principal obstáculo a sua adoção.
Para o modelismo, já nos anos 40 se utilizava um sistema que permitia o comando de dois trens na mesma linha usando uma tensão alternada nos trilhos. Conforme mostra a figura 2, nas locomotivas havia diodos de modo que uma delas operava com os semiciclos positivos da alimentação e a outra com os negativos.
Assim, controlando a intensidade dos semiciclos positivos era possível alterar a velocidade de uma locomotiva e dos negativos, a velocidade da outra. Bastava usar um diodo em cada locomotiva para reconhecer os sinais do canal A ou B. O sistema evoluiu a partir de então e nos anos 70 já era possível o controle de até 16 trens, mas cada fabricante tinha o seu sistema.
Foi então que a NMRA (National Model Railroad Association – Associação Americana de Ferreomodelista dos Estados Unidos) propôs a criação de um padrão que fosse adotado por todos, o DCC.
A ideia seria a de se sobrepor um sinal digital a alimentação dos trilhos, de modo que a alimentação não seria influenciada mantendo, por exemplo, luzes das composições acesas e outros recursos ativados, e tudo feito de forma compatível com sistemas anteriores.
E o controle poderia ir além da velocidade. Cancelas, sinais, desvios também poderiam ser controlados através da alimentação fornecida pelos trilhos. Isso, sem dúvida era um passo enorme para o desenvolvimento de matrizes inteligentes.
Para o controle, bastaria incluir num vagão ou na própria locomotiva o circuito decodificador, conforme mostra a figura 3.
Com o DCC até 9999 locomotivas podem ser controladas.
O padrão NMRA para DCC
A finalidade do padrão é definir um protocolo de comunicações entre a estação de comando (que também fornece energia para os trilhos) e cada estação receptora que pode estar na composição ou ao longo dos trilhos recebendo através deles o comando.
O transmissor (estação de comando) gera pulsos que são aplicados à linha tendo entre 56 e 59 microssegundos e os bits 0 tem duração entre 97 e 98 microssegundos, conforme mostra a figura 4.
Na figura 5 temos um trem de pulsos típico.
Na figura 6 temos a estrutura completa de um pacote de dados.
O sinal de comando deve ter uma amplitude entre 8V e 22V. Isso significa que a estação de comando deve ser capaz de fornecer os pulsos com uma amplitude de pelo menos 8V numa carga de 1k ohms (resistiva), conforme mostra a figura 7.
Nas condições indicadas, neste circuito de teste, a corrente medida deve ser de pelo menos 2 mA e a tensão deve estar entre 8 e 22 volts. Diversas estações de comando podem ser ligadas a uma mesma linha.
No link dado a seguir o padrão NMRA completo em inglês pode ser consultado: chrome-extension://efaidnbmnnnibpcajpcglclefindmkaj/viewer.html?pdfurl=https%3A%2F%2Fwww.nmra.org%2Fsites%2Fdefault%2Ffiles%2Fstandards%2Fsandrp%2Fpdf%2FS-9.1.2_2012_07.pdf&clen=33931&chunk=true
No receptor temos um decodificador que fornece o sinal ao tipo de carga que se pretende acionar, por exemplo, um simples comando liga/desliga ou a velocidade do motor.
Na figura 8 temos o layout básico de um sistema usando o DCC.
Nesse sistema temos a divisão da ferrovia em setores que são comandados de forma independente através de “gaps” e sensores de ocupação.
O importante para o modelista é que diversos fabricantes oferecem seus produtos como módulos de comando, módulos receptores que podem ser usados nas mais diversas funções na linha ou na maquete possibilitando assim a elaboração de projetos inteligentes.
Os fabricantes fornecem ainda ampla literatura disponível pela internet sobre o modo de seu uso e o que é mais importante. A adoção de padrão único faz com que não importe de quem você adquira seu módulo, pois estando dentro dos padrões DCC da NMRA ele certamente funcionará.
