【火车模型】真正让你控制火车运行的方式——DCC

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火车能在轨道上飞奔的原理：

最简单的说：当轨道接通电源后，车头内的马达，就通过金属车轮从轨道取得电源，这样火车就会欢快地在轨道上跑起来了。

目前火车的操控方式主要有两种，DC(模拟)与DCC(数码)。

DC就是在轨道上加载直流电(DC)，然后通过控制器控制轨道上的电压,从而达到控制马达转速高低或者电流极性的改变，让火车可以快快慢慢，前前后后… 由于DC是直接控制轨道上的电压高低，所以如果场景同时跑几辆车而且又没有做区段(block)的话，那么这几辆车就会要快大家一快，要慢大家一起慢。

所以DC是"control your track, not your train."控制轨道而不是火车。

而DCC才是真正能让你控制火车运行的方式:

Throttle 主要负责把指令传到Command Station，是你和DCC系统之间的人机界面(User Interface)，而Command Station是DCC系统的核心，它负责把指令，编码为数字信号的数据包(encode)，发送到Booster，最后由Booster把这些信号，加载到电流上，传送到轨道。

可以看到，经过Booster出来的电流，即不是DC，也不是普通的波形AC，而是一种方波形的电流(square wave)，长波代表数字0，而短波代表数字1。这样就实现了在轨道上传递数字信号。所以如果使用万用表去测量轨道的电压值，那么永远也得不到正确的数值。但有时候当轨道的导电出了问题，需要debug的时候，如果荷包里的银子够，你可以买这个: RRampMeter，如果不想搞的这么豪华，那么也可以自己DIY一个DCC电压测量表。一个整流桥配上电容即可，其实就是一个最简单的交直流转换电路。

如果从throttle发出的指令是指挥某一个车头的运转，那么这个指令里就会包含这个车头的地址(address)。DCC的车头里，都有一片 decoder(或者叫mobile decoder)，它负责接收轨道上的数字信号，然后进行解码。所谓车头的地址，就是这个decoder的地址。如果decoder对数字信号解码后，发现这个指令是发给它的，那么就会根据数据包里具体的指令来操作车头，如把轨道上方波的电流，再转换成直流或者交流，以驱动马达，或者点亮前灯后灯，让蒸机冒烟，或者让你的车车唱歌，如果你的decoder是sound decoder。而如果这个指令不是发给它的，那么decoder就继续执行着它上一次所收到的指令。

因此在DCC里，轨道上是始终加载着电流的，而车头是根据你发出的指令，而不是轨道电压的变化，进行运转，而每个车头里decoder的地址又都不一样， 所以DCC里就轻松地实现了一个Layout里，可以同时跑多辆车，而且每辆车都可以做自己的事情。(Decoder 的出厂缺省地址default address通常为3，你可以在编程轨programming track上进行重新设定，请参看你的DCC系统的说明书)

欧洲的DCC厂家,象Lenz, ESU, Uhlenbrock等,都比较喜欢把throttle, command station, booster做在一起,变成一个控制器,而美国的厂商象Digitrax, NCE等喜欢把这些分开做,反正各有各的道理,选什么都可以.

DCC系统不仅可以数字的方式控制你的车头,也可以用数字的方式,来控制道岔,信号灯,平交道栏杆…等等一切场景里可以动的部分,甚至是你的灯光.这个时候你就需要stationary decoder或者叫accessory decoder

基本流程其实和你发指令给车头里的mobile decoder一样,通过throttle发出一个控制指令到command station, 然后command station再经过编码,把这个指令发给某一个stationary decoder,去控制它做一些事情,比如搬某一个道岔,或者点亮某一个信号灯.

就象要给每个车头里的mobile decoder设定地址一样,每个stationary decoder也需要指定它的地址,这样command station才能把你的指令发到正确的stationary decoder.同时,就象你发给mobile decoder的指令是在轨道上传输的,发给stationary decoder的命令也需要在连接所有stationary decoder的总线(bus)上传输,或者通过轨道电源总线传输.

在数码化的战国年代里,各家厂商都搞自己的标准,经过几十年的拼杀,目前bus的标准上似乎Digitrax研发的Loconet有可能成为赢家,市场上支持Loconet的stationary decoder产品也最多.

说到标准,其实我们通常所说的DCC也是一种标准,由Lenz主导研发,同样在数码化的战国年代里,各厂家也搞了不少自己的数码化标准,如FMZ, Marklin Motorola, DCC等,不过现在看来,由于NMRA(National Model Railroad Association 美国的国家火车模型协会,负责制定各种标准.)是以DCC为标准,所以现在各厂家基本都支持DCC了.我偷懒,就用DCC作为数码化的代名词了

DCC里还支持区段占用支持(occupancy detection),也就是command station通过回报单元(feedback module),可以侦测到场景线路上车辆的具体位置.这是一个非常重要的功能,有了它,DCC的场景才可以实现在电脑控制下的全自动运转

Occupancy detection的原理其实非常简单,由于DCC的线路里轨道上始终是有电流的,而且即使车辆不动,流经Mobile decoder也会被消耗掉一点电流,所以从Booster出来的电流,不直接接到轨道上,而是先接到feedback module再接到轨道上,这样feedback module就可以通过是不是电流被消耗掉了来判断,某一个区段是不是被占用了,然后把这个占用信息再回报给command station.

有了这些设备后,再把你的command station连上电脑装上软件,这样你就可以实现电脑控制的行车啦.可以直接通过鼠标在屏幕上的点击,而改变道岔或者信号灯的状态,或在控制台界面操控火车的运行.也可以先排一定个时程表,然后让电脑控制火车作完全的自动行车.

今后DCC的发展方向:

1. 芯片与Command Station之间的双向沟通技术，可以使Command Station准确的知道每一节车厢在轨道里的位置。

2. 芯片装在每一个车头每一个车厢里.

3. 芯片更加小型化.

4. 模拟真实世界的路由系统与信号系统.