¿Qué hay realmente en las vías cuando se usa un sistema digital?

¿Qué hay realmente en las vías cuando se usa un sistema digital?

© Juan Carlos Viana
Aunque se ha puesto todo el cuidado en la elaboración de esta información, el autor no se responsabiliza de cualquier daño material o personal que pudiera ocasionarse por seguir las instrucciones contenidas en estas páginas 

Todos los sistemas de control digital con presencia significativa en el mercado del modelismo ferroviario resuelven con el mismo método la problemática de añadir la señal de control a la señal de potencia que alimenta los motores de los modelos. En todos los casos se utiliza como señal base una señal de pulsos rectangulares cuya amplitud varía entre dos niveles de voltaje del mismo valor y polaridad opuesta (+V y -V). Sobre esta señal base se codifican valores binarios ('0' y '1') por variación de la duración de sus pulsos. Mediante estos valores binarios o agrupaciones de los mismos se pueden codificar paquetes de información que se intercambian entre la central digital y el decodificador y que éste interpreta como órdenes de control. El método de codificación de valores binarios y la estructura y significado de los mensajes que con ellos se construyen, es decir, el protocolo de comunicación, definen las diferencias entre los diferentes sistemas digitales. La utilización de una señal base con las mismas características es la clave que permite diseñar centrales capaces de manejar simultáneamente varios protocolos sobre la misma vía y decodificadores con capacidad de recibir e interpretar mensajes de diferentes estándares digitales.

En lo que sigue se describen, con cierto nivel de detalle, las principales características de los dos sistemas que más ampliamente se usan: NMRA DCC y Marklin Motorola (en sus versiones antigua y nueva). Con su lectura detallada, al lector le quedará claro que DCC y Motorola nada tienen que ver con utilizar vías de dos raíles o vías con carril central.
 

NMRA Digital Command Control (DCC)

Codificación de bits

De acuerdo con el estándar NMRA S-91 (Electrical Standards for DCC), los bits se codifican sobre la señal base como muestra la figura y se describe a continuación.

La siguiente figura muestra la forma en que se codificaría, según el estándar DCC, la secuencia de bits '100'. Para el primer cero, se ha elegido que el semiciclo positivo tenga la misma duración que el semiciclo negativo. Para el segundo, el semiciclo positivo tiene más duración, con lo que el valor medio de la señal no es cero, sino que tiene un valor positivo.

En la realidad, puesto que no son posibles las transmisiones de señal con ancho de banda infinito, las transiciones entre semiciclos no son nunca totalmente verticales y tienen pendiente finita. La figura siguiente muestra el valor máximo permitido por el estándar para tiempo de transición de la señal DCC en el entorno del cruce por cero (en concreto entre -4 y +4 volt). Las centrales digitales deben cumplir este valor máximo en el punto de salida de señal y para todo el rango de carga que permitan.

La norma permite superponer señales no DCC a la señal DCC con propósitos particulares siempre que los decodificadores puedan descartarlas y que no supongan una distorsión no monotónica en el paso de la señal por cero de amplitud mayor de +/-2.5 volt. La siguiente figura muestra un ejemplo de este tipo de distorsión, que hace que la señal, durante la transición negativa, realice una transición positiva intermedia.

Paquetes básicos DCC

De acuerdo con el estándar NMRA S-92 (Communications Standards for DCC), la estructura de una paquete NMRA válido es la siguiente:

Preámbulo 0 Byte de dirección 0 Byte de datos ... 1
Entre el byte de datos y el bit '1' final puede haber repetición de bytes de datos separados por bits '0'
Tanto en los bytes completos como en los campos de que pueden estar formados los bytes siempre se transmite el bit más significativo el primero y el menos significativo el último.

Puesto que los paquetes DCC enviados a los decodificadores pueden perderse por problemas de transmisión, las centrales digitales deben repetir su envío tan frecuentemente como sea posible. Debe ser posible configurar las centrales digitales para que transmitan un paquete completo al menos cada 30 mseg (tiempo medido entre los bits iniciales de cada paquete). Los decodificadores deben ser capaces de reaccionar correctamente frente a la recepción múltiple de paquetes, siempre que éstos se reciban separados al menos 5 mseg. en el tiempo. Debe tenerse especial cuidado de no enviar dos paquetes con direcciones idénticas en el rango 112-127 con separación inferior a 5 mseg., pues los decodificadores antiguos pueden interpretarlos como paquetes de modo de servicio. Si un  decodificador recibe un paquete no válido, debe de ser capaz en cualquier caso de reconocer el siguiente preámbulo válido como el comienzo de un nuevo paquete.

Según el estándar DCC, se anima a los constructores de decodificadores a que incluyan mecanismos de conversión automática para diferentes tipos de señales de potencia y formatos de control adicionales a DCC, siempre que dicha conversión automática pueda deshabilitarse por el usuario. Si la conversión automática está habilitada en el decodificador, éste debe mantenerse en modo DCC mientras reciba paquetes DCC válidos con tiempos entre bits iniciales menores o iguales a 30 mseg. Si está deshabilitada, el decodificador debe mantenerse en modo DCC independientemente de la temporización en la recepción de paquetes. Como caso particular de conversión automática puede citarse el paso de modo digital a modo convencional (analógico). Éste tiene asignado el código 00000001 de la NMRA y permite utilizar locomotoras con decodificador DCC en entornos no digitales en los que se utiliza tensión continua variable. Otras conversiones con código asignado por la NMRA son Radio (00000010), Zero-1 (00000100), TRIX (00001000) y CTC-16/Railcommand (00010000). Hay que indicar que el uso simultáneo de protocolo DCC y Motorola, por utilizar la misma señal base, no necesita de conversión automática.

El estándar NMRA S-92 (Communications Standards for DCC) define el siguiente conjunto de 4 paquetes básicos que constituyen el mínimo exigible para asegurar interoperabilidad entre sistemas diferentes y cuya estructura, que es conforme a la general de un paquete DCC es:

111111111111 0 0AAAAAAA 0 01DCSSSS 0 EEEEEEEE 1
La figura siguiente muestra un paquete que indica a la locomotora 76 que se ponga en el paso de velocidad 24 marchando hacia atrás.

En el documento de prácticas recomendadas NMRA RP-9.2.1 DCC Extended Packet Formats se extiende el conjunto de paquetes básicos con un amplio conjunto de paquetes en formato extendido. Hay que indicar que, aunque dicho documento no es un estándar NMRA, la mayoría de los fabricantes incorporan en sus centrales y decodificadores lo incluido en él, habida cuenta de la ampliación de capacidades de control que ello supone (direcciones extendidas, modo de servicio, control de multitracción, 128 pasos de velocidad, ...). A continuación se describe el conjunto de formatos de paquete extendidos, que siguen la norma general en cuanto a estructura de un paquete DCC válido, pero en vez de incluir 3 bytes de datos separados por '0', pueden incluir entre 3 y 6 bytes de datos separados por '0'. Para la descripción se utiliza

El primer byte de todo paquete de formato extendido contiene la dirección primaria de su destinatario. Esta dirección primaria puede tener valores dentro del siguiente espacio de direcciones (hay que aclarar que, para el caso de direcciones con más de 7 bits, el valor correspondiente a los bits de la dirección primaria debe completarse con bits adicionales del siguiente byte en el paquete, tal como se muestra en cada caso): El último byte de todo paquete en formato extendido es el de detección de errores, que se calcula mediante la operación de OR exclusivo bit a bit sobre todos los bytes de dirección y datos. Se aplica lo indicado en el apartado de paquetes básicos DCC, para el caso de no concordancia entre el valor calculado por un decodificador y el recibido.

En lo que sigue, se entiende por decodificador mutifunción aquel que se usa para controlar uno o más motores y/o funciones. Por su parte, un decodificador de accesorios es un dispositivo capaz de controlar un determinado número de funciones simples (desvíos, luces, ...) si es del tipo básico o capaz de controlar señales luminosas u otros accesorios complejos, si es del tipo extendido.
 

Paquetes con formato extendido para decodificadores multifunción

Paquetes con formato extendido para decodificadores de accesorios

Como ya se ha indicado, de acuerdo con la NMRA, un decodificador de accesorios es un dispositivo capaz de controlar un determinado número de funciones simples (desvíos, luces, ...). Para posibilitar el manejo de un gran número de dispositivos,  se permite que un decodificador de accesorios pueda responder a una o varias direcciones. Cada dirección de decodificador controla 4 pares de salidas (equivalentes a 8 salidas individuales), cada una de las cuales puede activarse permanentemente o durante un periodo de tiempo configurable (CV515 a CV518). La desactivación puede realizarse en cualquier momento.

Marklin Motorola

Codificación de bits

Marklin Motorola antiguo

Marklin Motorola nuevo


 

El Tren Digital


Fecha: 26/03/2003           Última actualización: 05/10/2006