Arduino 自制 DCC 命令站：蓝牙控制模型铁路，免费 App 支持 CV 读写

项目亮点

• 极简硬件：Arduino Pro Mini + LMD18200 H 桥 + HC-06 蓝牙，成本约 ¥150。
• App 端生成包：Android App “LocoMotive” 在手机侧构造完整 NMRA DCC 数据包，Arduino 仅负责波形输出，大幅降低单片机负载。
• 功能完整：1~20 号机车控制、128 速度等级、F1~F8 功能键、道岔/配件控制、CV1 地址编程、CV 1~255 读写（付费版）、过流保护、电流回传。
• 即插即用：PCB 板载螺丝端子、电源稳压、天线加长接口，组装即用。

系统架构

数据流向：

1. App 通过 HC-06 发送 ASCII 指令串，如 DD,3,63,12,48,（机车 3、速度步数、速度值、XOR 校验）。
2. Arduino 解析指令，填充 DCC 报文结构体（前导码 + 数据字节 + 分隔符 + XOR）。
3. Timer2 中断以 58 µs/116 µs 交替翻转 D5/D6 引脚，生成标准 DCC 双极性方波。
4. LMD18200 接收 DIR(D5)/PWM(D6) 信号，向轨道输出 ±14 V / 2 A 轨道电压。

硬件清单与 PCB 关键参数

天线增强改造

HC-06 板载天线增益低，建议在天线焊盘焊接 31.2 mm 单股铜线（2.4 GHz 1/4 波长），并套热缩管绝缘，通讯距离可从 5 m 提升至 15 m 以上。

固件核心：Timer2 精确波形生成

中断服务程序 (ISR) 逻辑

ISR(TIMER2_OVF_vect) {
  if (every_second_isr) {          // 每两次中断翻转一次电平
    PORTD = B01100000;             // D5=1(DIR), D6=1(PWM) → 正脉冲
    TCNT2 = latency + last_timer;  // 补偿延迟
  } else {
    PORTD = B01000000;             // D5=1, D6=0 → 负脉冲/间隔
    // 状态机推进：前导码→分隔符→数据位→下一字节
    switch(state) {
      case PREAMBLE:  /* 发送 16/24 个 '1' */ break;
      case SEPERATOR: /* 发送单个 '0' */   break;
      case SENDBYTE:  /* 按位发送数据字节 */ break;
    }
  }
  every_second_isr ^= 1;
}

关键常量：TIMER_SHORT=0x8D (58 µs)、TIMER_LONG=0x1B (116 µs)，严格符合 NMRA S-9.1 标准。

指令解析与报文组装

• string() 解析逗号分隔 ASCII，存入 int a[5]。
• 3 字节指令（功能/配件）→ assemble_3_byte()，自动计算 XOR。
• 4 字节指令（速度/编程）→ assemble_4_byte()。
• CV 编程使用 24 个前导码（preamble_type=1），符合 NMRA 编程轨要求。

过流保护与电流回传

void current() {
  int val = 0;
  for (int i=0;i<5;i++) { val += analogRead(A0); delay(1); }
  sensorValue = val/5;
  C = 10.8 * sensorValue;  // mA，内部 1.1 V 基准下 1 步≈10.8 mA
  if (C > 2000) {          // 2 A 触发保护
    digitalWrite(6, LOW);  // 关 DCC 波形
    digitalWrite(13, HIGH); // 拉高 Brake 引脚短路输出
    bluetooth.println("Short!");
  }
}

App 每秒请求电流值（发送 G），实时显示轨道负载，过流自动锁定需 App 发送 C 复位。

App 功能对比

组装与调试步骤

1. 焊接 PCB：按 BOM 顺序焊接电阻、电容、IC 座、端子、排针，最后插入 Pro Mini、LMD18200、HC-06。
2. 上传固件：locomotive_dcc_sep19.ino（含 CV 读写版）。
3. 接线：轨道接 2Pin 端子，电源接 14 V 笔记本适配器（外径 5.5/内径 2.1 mm）。
4. 手机安装 App，蓝牙配对 HC-06（密码 1234），App 点击连接。
5. 新机车首次使用：编程轨模式写入 CV1 地址，或主线编程（需隔离）。
6. 实测电流：App 主界面显示实时 mA，确认无短路后正常运行。

常见问题 FAQ

机车不走、灯不亮

检查轨道极性、LMD18200 散热片是否短路、电源电压是否 ≥12 V。

蓝牙搜不到 HC-06

模块未上电或天线短路；检查 3.6 V 齐纳二极管焊接方向。

CV 读写失败

确认机车解码器支持 CV 读回（需编程轨或 RailCom）；调整 Cs = C+50 灵敏度阈值。

多机车控制冲突

DCC 协议本身支持多机车，App 切换机车号即可；同一地址机车会同步动作。

扩展建议

• 替换 LMD18200 为 BTS7960B（43 A）驱动 O/G 标大比例模型。
• 集成 RailCom 反馈模块，实现真正的 CV 读回与机车位置检测。
• 移植固件至 ESP32，增加 Wi-Fi 控制、固件 OTA 升级、Web 界面。
• 开发 iOS 版 App（需 MFi 认证或使用 BLE 模块如 HM-10）。