Вместо предисловия
Что такое DCC ?
Digital Control Command (DCC). Система цифрового управления.
А можно просто, в нескольких словах, объяснить назначение DCC ?
Это достаточно частый вопрос начинающих моделистов. «Эта такая система, которая позволяет разным поездам ездить, как им придется, в разных направлениях с разными скоростями до тех пор, пока они все не столкнутся» - вот такой шутливый ответ достаточно точно описывает функции DCC...
Если цифровая – значит, это дорого ?
DCC, как система стандартов и их практической реализации, существует уже полтора десятилетия. Прогресс в области микроэлектроники и систем передачи и обработки сигналов напрямую сказался на ее доступности для конечного пользователя. Сегодня возможности систем начального уровня намного шире, чем у профессиональных систем 7-8-летней давности. Именно поэтому DCC стала объектом нашего с вами, читатель, пристального внимания.
Я ничего не имею общего с цифровой техникой, всякими компьютерами и, ко всему в завершение, совсем не умею держать паяльник, наверное, еще испорчу что-нибудь ?!
Управление DCC не сложнее управления видеомагнитофоном или цифровым записывающим устройством со встроенным таймером. Или, чуть сложнее управления электронным будильником. И явно проще среднего мобильного телефона. Во многих случаях пайка при работе по наладке DCC абсолютно не нужна.
Краткая история DCC
Основной предпосылкой создания DCC явилось естeственное желание управлять самим поездом (локомотивом), нежели напряжением на рельсах под ним.
Корни DCC в США восходят к сороковым годам 20 века, когда компания Lionel Trains представила на рынок 2-х канальную систему с управлением по частоте. К сожалению, эта система, несмотря на ее очевидную новизну и технологический приоритет, не являлась в той степени надежной, как это хотелось бы.
В ранних 60-х годах прошлого века General Electric (GE) представила 5-канальную систему ASTRAC для управления более чем одним поездом на одном изолированном участке.
В 1979 году системы Dynatrols Сarrier Сontrol и CTC-16 были представлены журналом Model Railroader. Обе в самом деле являлись первыми системами, позволявшими управлять отдельным поездом с достаточной степенью надежности. Проблемы, связанные с этими двумя системами, имели другой источник, нежели качество управления – обе были не совместимы друг с другом и с другими системами.
Начало 80-х ознаменовалось прорывными решениями в микроэлектронике, что резко снизило себестоимость применения цифровых технологий и расширило на порядки сферу их применения. Вскоре появляются первые цифровые системы и ... все так же несовместимые друг с другом.
Тогда за дело взялась NMRA, предложив стандарт сигнала цифрового управления и объединив процесс разработки дальнейших стандартов в рамках собственной организации. С 1994 года, когда первый бюллетень о DCC был опубликован, началась новая эра в жизни домашних магистралей. Рабочая группа DCC в рамках NMRA сегодня интенсивно работает над улучшением существующих стандартов и разработкой новых.
Аналогии между вычислительными системами до и после запуска Internet и фактом создания DCC на последующее развитие возможностей домашних магистралей – вполне уместна. С учетом масштабов событий, конечно ...
Этот короткий экскурс в прошлое был бы неполным без упоминания стандартов NEM и общей работы NMRA и MOROP над стандартами DCC. Вклад той же компании Lenz из Европы в разработку и реализацию стандартов и базовых элементов DCC сложно переоценить.
Однако, сегодняшний конечный результат не был бы возможен, не будь в процесс его реализации вовлечены такие гранды индустрии хобби в США, как-то: Digitrax, Quantum Technologies, Soundraxx и другие. И, конечно, определяющую роль в становлении цифровых систем управления в моделировании железных дорог, сыграли факты наличия емкого потребительского рынка в США и давние тамошние традиции этого семейного хобби длинной чуть ли не в столетие.
Описание DCC
DCC состоит из 5 основных блоков:
- пульта управления
- станции команд
- усилителя
- цепи рельсового пути с поданным на него DCC сигналом
- декодера команд
Основная идея DCC состоит в том, что на путь подается кодированный цифровой сигнал, который одновременно является источником тока для привода подвижного состава. Таким образом, DCC сочетает в себе цифровую сеть с прямой адресацией и систему электропитания одновременно.
Первым очевидным следствием из этого является отсутствие полярности тока на рельсах, т.е., искать клеммы «+» или «-» - не имеет смысла.
Работает система так: пульт управления позволяет выбрать по уникальному номеру декодер и указать команду для передачи, станция команд транслирует это в цифровой сигнал, который передается как пакет или их последовательность на рельсовый путь, с которого и считывается адресатом-декодером, который и исполняет эту команду.
Уместна аналогия с телефонной станцией, которая имеет режимы как двухстороннего соединения, так и конференции под управлением лидера (председателя). Другая аналогия с компьютерной сетью тоже уместна, где в качестве устройства передачи сигналов выступает связка: станция команд и рельсового пути с поданным на него сигналом DCC; в качестве узлов сети и потребителей информации выступают декодеры.
Функции и свойства DCC
Некоторые функции аппаратуры DCC
| Функции |
Примечание |
| Управление каждым отдельным локомотивом по его уникальному адресу (направление и скорость хода, световые и звуковые эффекты; прочее) |
На конкретной аппаратуре может поддерживаться только часть функций |
| Дистанционное управление стрелками |
- |
| Управление группой стрелок (маршруты или макро-команды) |
Может не поддерживатся аппаратурой начального уровня |
| Управление дополнительной автоматикой подвижного состава и пути вроде (дымовая система локомотива, привод прицепа, система сигналов) |
- |
| Реализация и управление уникальными конфигурациями пути, трудно реализуемых схемами на постоянном токе (петля и треугольник разворота, автоматическая реверсивная секция) |
- |
| Управление локомотивами и автоматикой пути по расписанию в реальном и масштабном времени |
В аппаратуре с расширенной функциональностью |
| Изменение адресов и динамических параметров локомотивов с целью придания максимальной правдоподобности
(плавный разгон и торможение, ограничение максимальной скорости, проч.) |
- |
| Управление с настольного или карманного компьютера (PDA) |
- |
| Возможность управления на одном пути несколькими операторами с использованием более одного пульта управления |
- |
| Передача на терминал оператора сведений о месте нахождения пожвиэного состава и занятых изолированных секций пути (функции транспондинга) |
На начало 2008 года стандарт еще не выработан окончательно |
| Управление многосекционными локомотивами |
Какие-то стандарты из трех ныне существующих могут быть не поддержаны |
Свойства DCC
DCC является помехоустойчивой системой. В случае пропажи надежной передачи сигнала (например, плохой контакт на рельсах), декодер будет выполнять последнюю переданную на него команду до тех пор, пока не сможет гарантированно получить новую.
DCC является открытой системой. То есть, ее стандарты опубликованы и любое устройство, выполненное по спецификациям DCC, будет работать с другими устройствами других производителей. Это правило не распространяется на расширенную функциональность конкретного производителя, которая может быть реализована вне стантарта. В таком случае, к ней существуют основные требования – не препятствовать функционированию устройств, выполненных по стандарту и не вносить искажения в сигнал DCC.
DCC является наращиваемой системой. Максимальное количество разных ее компонентов, как правило, ограничивается конкретным производителем аппаратуры управления. Однако, в пределах ограничений, количество компонентов (декодеров, станций команд, усилителей) может быть любым.
DCC поддерживается рядом стандартов, которые в настоящее время развиваются и расширяются. В то же время, эта система гарантирует совместимость устройств ранних стандартов с последующими.
Таким образом, DCC является наглядным примером грамотного перспективного планирования. Это и обусловило массовую поддержку этого стандарта многими производителями, появлению новых производителей, новых продуктов, и, как следствие, обеспечило доступность DCC для все большего круга потребителей.
Приницпы работы DCC
Вид сигнала DCC приведен выше на рисунке. Из него видно, что прямоугольный сигнал двух разных длительностей передает два состояния сигнала, которые и есть единицей или нулем соответственно. Кроме того, прямоугольная форма сигнала приводит к тому, что на рельсах постоянно есть напряжение одинаковой амплитуды, но разной полярности. Этот факт используется для схем питания декодеров и других компонентов. Т.е., реализуются в одной цепи функции питания компонентов и передачи цифрового сигнала.
Такая организация цепи отлично подходит к существующему много десятков лет классическому управлению моделями через цепь с использованием двух рельсов и токосъемниках на тележках потребителей, таких как локомотивы, вагоны с электропроводкой и стационарные устройства с управлением через цепь рельсов.
Основной единицей передачи информации в DCC служит пакет. Пакет состоит из последовательности байтов, описывающих текущую команду, выбранный адрес и данные самой команды. Порядок следования информации жестко предопределен стандартом DCC и называется форматом пакета. Не существует какого-то специального механизма в стандарте DCC, гарантирующего подтверждение о доставке пакета. Аппаратура DCC «надеется», что данный пакет будет получен адресатом. По принципу работы этот протокол напоминает идею низкоуровневого транспортного протокола Интернет UDP, пакеты которого также не имеют механизма гарантированной доставки.
С учетов специфики управления пакетами, новейшая аппаратура DCC может иметь параметр кратности отправки пакетов адресату, увеличивающий «шансы» его доставки (например, NCE PowerCab).
Другим следствием из факта отсутствия гарантий доставки пакета является правило исполнения последней полученной и успешно декодированной команды любым декодером.
