Automatische Signalsteuerung für einspurige Strecke
18/09/2013 21:02
Jetzt kommt ein technisch aufwendiger Teil, der nicht ganz so einfach aufzubauen war. Zunächst die Problemstellung:
Im letzten Ausbauschritt wird die Modelleisenbahnanlage um eine „Unterfahrung der gesamten Anlage“ erweitert; gemeint ist damit eine einspurige Strecke unterhalb der Basisplatte. Die Schienen liegen auf ausgesägten dünnen Holzplatten, diese wiederum wurden über Winkel von unten an die Basisplatte geschraubt. Ziel ist es, die insgesamt 3 Abfahrten nach unten zu verbinden und somit eine Unterführung der Anlage zu realisieren. Außerdem befindet sich im vorderen Anlagenteil ein Schattenbahnhof (ebenfalls im Untergeschoss), da hier teilweise 2 Basisplatten übereinander platziert wurden. Auch dieser Schattenbahnhof soll über die Unterfahrung für Züge zugänglich gemacht werden.
Im Prinzip sieht das Ganze so aus: auf der rechten Seite führen 2 Abfahrten in den Untergrund - einmal vom Güterbahnhof und einmal vom großen Viadukt. Auf der linken Seite gibt es eine Abfahrt, welche von der oberen der neuesten doppelstöckigen Platte zur unteren führt. Dort befindet sich der Schattenbahnhof. Dieser soll als „Parkplatz für längere Züge“ diesen, damit man Züge gleicher Epoche dort abstellen kann.
So, jetzt zur eigentlichen Aufgabe. Da die gesamte Strecke im Untergrund nicht sichtbar ist, möchte ich eine Überwachung der Strecke einbauen, um so ein Einfahren von mehr als einem Zug zu vermeiden. Dazu gibt es an jeder Abfahrt ein Schaltgleis, welches erkennen kann, ob ein Zug ein- oder ausfährt. Auch an der Zufahrt zum Schattenbahnhof hin wird ein Schaltgleis platziert.
Diese 4 Einfahr- bzw. 4 Ausfahrsignale sollen von einer Elektronik ausgewertet werden. Sobald ein Zug in den Untergrund einfährt, sollen zahlreiche Lichthaupt- und Lichtvorsignale geschaltet werden, auch einige mechanisch betätigte Form-Hauptsignale sollen geschaltet werden. Insgesamt soll so über Signalstellung optisch angezeigt werden, dass keine Einfahrt in die Strecke möglich ist. Falls mehrere mechanische Signale geschaltet werden müssen, sollen diese zeitlich nacheinander betätigt werden (damit diese ausreichend mit Strom versorgt werden und sicher schalten). Auch die Lichtvorsignale sollen zeitlich früher als die Licht-Hauptsignale geschaltet werden.
Um diese komplexe Steuerung zu realisieren, habe ich mich intensiv mit der Funktionsweise und Programmierung von Mikrocontrollern beschäftigt. In der Experimentierplatine von myAVR bin ich fündig geworden, und konnte eine Ansteuerung von Leuchtdioden und von Relais (für die mit Wechselstrom betriebenen mechanischen Signale) realisieren. Auch ein weiteres Schmankerl kann ich jetzt mit integrieren: ein zweizeiliges LCD-Display kann Text darstellen. Dort werden zukünftig mehr Informationen angezeigt - beispielsweise ob die Strecke belegt ist und wenn ja, von wo der Zug eingefahren ist.
Über 2 Reed-Kontakte, welche noch innerhalb der Strecke platziert werden, kann eine Gleisbelegt-Meldung erzeugt werden. Auch diese Information soll von der elektronischen Steuerung mittels Mikrocontroller ausgewertet werden.
Falls ihr nicht wisst, was ein Mikrocontroller ist und wie er arbeitet: Es handelt sich dabei um einen Chip, welcher über zahlreiche Ein- und Ausgänge verfügt. Wenn an einem Ausgang eine Diode eine Lichtsignals angeschlossen wird, kann dieses Signal dadurch gesteuert werden. Auch können diese Zugänge wahlweise als Ausgang oder Eingang programmiert werden. Ein Mikrocontroller ist im Prinzip ein kleiner Computer, der allerdings um den Faktor 1000 langsamer arbeitet. Aber diese langsame Ausführung reicht für die Ausführung dieser Aufgaben gänzlich aus. Er kann wahlweise mit Assembler oder C/C++ programmiert werden. Dieser Mikrocontroller befindet sich steckbar auf der Programmierplatine. Sobald er korrekt programmiert wurde, kann dieser aus dem Sockel gehobelt und auf eine komplett neue Platine gesteckt werden. Hierauf werden dann später alle Komponenten gelötet, welche für die Steuerung notwendig sind. Diese Platine kommt in ein Kunststoffgehäuse, welches von unten an die Basisplatte geschraubt wird. Dabei ist dann das LCD-Display sichtbar und informiert über den aktuellen Zustand der Strecke.
Hier dargestellt ist die Entwicklungsplatine: Das Herz ist der Mikro-Controller auf der zweiten Abbildung. Dieser steuert über seine Ein- und Ausgänge sowohl Relais (größere Verbraucher wie die mit Wechselspannung geschalteten Märklin-Formsignale) als auch Dioden (später sind das die reinen Lichtsignale). Zusätzlich gibt es eine LCD-Anzeige, auf der der aktuelle Belegt-Zustand der einspurigen Strecke dargestellt wird.
Mit dieser Übungsplatine wird der Mikro-Controller programmiert und auf seinen späteren Einsatzzweck hintrainiert. Anschließend wird er auf eine komplett neue Platine gesteckt, auf der sich dann nur die Hardwarekomponenten befinden, die für die Streckensteuerung notwendig sind.
1.) Aus der reinen Wechselspannung 2 unterschiedliche Gleichspannungen erzeugen
Als Basis für die Energieversorgung aller beteiligen Komponenten wird ein alter Märklin Wechselspannungs-Trafo eingesetzt. Dieser wird auf die feste „Fahrstufe 150“ eingestellt.
Damit verbunden ist folgendes Ausgangsspannungssignal: Wechselspannung mit 25 Volt Amplitude, Effektivspannung von 17,6 Volt.
Diese Spannung soll über eine Gleichrichter-Schaltung einmal auf +5 Volt (Logikschaltkreise) und parallel auf +15 Volt (Leistungsschaltkreise) gebracht werden. Zur Gleichrichtung wird eine Gleichrichter-Schaltung mit 4 Dioden verwendet (gleicher Aufbau wie beim elektrischen Drehkran).
Im letzten Ausbauschritt wird die Modelleisenbahnanlage um eine „Unterfahrung der gesamten Anlage“ erweitert; gemeint ist damit eine einspurige Strecke unterhalb der Basisplatte. Die Schienen liegen auf ausgesägten dünnen Holzplatten, diese wiederum wurden über Winkel von unten an die Basisplatte geschraubt. Ziel ist es, die insgesamt 3 Abfahrten nach unten zu verbinden und somit eine Unterführung der Anlage zu realisieren. Außerdem befindet sich im vorderen Anlagenteil ein Schattenbahnhof (ebenfalls im Untergeschoss), da hier teilweise 2 Basisplatten übereinander platziert wurden. Auch dieser Schattenbahnhof soll über die Unterfahrung für Züge zugänglich gemacht werden.
Im Prinzip sieht das Ganze so aus: auf der rechten Seite führen 2 Abfahrten in den Untergrund - einmal vom Güterbahnhof und einmal vom großen Viadukt. Auf der linken Seite gibt es eine Abfahrt, welche von der oberen der neuesten doppelstöckigen Platte zur unteren führt. Dort befindet sich der Schattenbahnhof. Dieser soll als „Parkplatz für längere Züge“ diesen, damit man Züge gleicher Epoche dort abstellen kann.
So, jetzt zur eigentlichen Aufgabe. Da die gesamte Strecke im Untergrund nicht sichtbar ist, möchte ich eine Überwachung der Strecke einbauen, um so ein Einfahren von mehr als einem Zug zu vermeiden. Dazu gibt es an jeder Abfahrt ein Schaltgleis, welches erkennen kann, ob ein Zug ein- oder ausfährt. Auch an der Zufahrt zum Schattenbahnhof hin wird ein Schaltgleis platziert.
Diese 4 Einfahr- bzw. 4 Ausfahrsignale sollen von einer Elektronik ausgewertet werden. Sobald ein Zug in den Untergrund einfährt, sollen zahlreiche Lichthaupt- und Lichtvorsignale geschaltet werden, auch einige mechanisch betätigte Form-Hauptsignale sollen geschaltet werden. Insgesamt soll so über Signalstellung optisch angezeigt werden, dass keine Einfahrt in die Strecke möglich ist. Falls mehrere mechanische Signale geschaltet werden müssen, sollen diese zeitlich nacheinander betätigt werden (damit diese ausreichend mit Strom versorgt werden und sicher schalten). Auch die Lichtvorsignale sollen zeitlich früher als die Licht-Hauptsignale geschaltet werden.
Um diese komplexe Steuerung zu realisieren, habe ich mich intensiv mit der Funktionsweise und Programmierung von Mikrocontrollern beschäftigt. In der Experimentierplatine von myAVR bin ich fündig geworden, und konnte eine Ansteuerung von Leuchtdioden und von Relais (für die mit Wechselstrom betriebenen mechanischen Signale) realisieren. Auch ein weiteres Schmankerl kann ich jetzt mit integrieren: ein zweizeiliges LCD-Display kann Text darstellen. Dort werden zukünftig mehr Informationen angezeigt - beispielsweise ob die Strecke belegt ist und wenn ja, von wo der Zug eingefahren ist.
Über 2 Reed-Kontakte, welche noch innerhalb der Strecke platziert werden, kann eine Gleisbelegt-Meldung erzeugt werden. Auch diese Information soll von der elektronischen Steuerung mittels Mikrocontroller ausgewertet werden.
Falls ihr nicht wisst, was ein Mikrocontroller ist und wie er arbeitet: Es handelt sich dabei um einen Chip, welcher über zahlreiche Ein- und Ausgänge verfügt. Wenn an einem Ausgang eine Diode eine Lichtsignals angeschlossen wird, kann dieses Signal dadurch gesteuert werden. Auch können diese Zugänge wahlweise als Ausgang oder Eingang programmiert werden. Ein Mikrocontroller ist im Prinzip ein kleiner Computer, der allerdings um den Faktor 1000 langsamer arbeitet. Aber diese langsame Ausführung reicht für die Ausführung dieser Aufgaben gänzlich aus. Er kann wahlweise mit Assembler oder C/C++ programmiert werden. Dieser Mikrocontroller befindet sich steckbar auf der Programmierplatine. Sobald er korrekt programmiert wurde, kann dieser aus dem Sockel gehobelt und auf eine komplett neue Platine gesteckt werden. Hierauf werden dann später alle Komponenten gelötet, welche für die Steuerung notwendig sind. Diese Platine kommt in ein Kunststoffgehäuse, welches von unten an die Basisplatte geschraubt wird. Dabei ist dann das LCD-Display sichtbar und informiert über den aktuellen Zustand der Strecke.
Hier dargestellt ist die Entwicklungsplatine: Das Herz ist der Mikro-Controller auf der zweiten Abbildung. Dieser steuert über seine Ein- und Ausgänge sowohl Relais (größere Verbraucher wie die mit Wechselspannung geschalteten Märklin-Formsignale) als auch Dioden (später sind das die reinen Lichtsignale). Zusätzlich gibt es eine LCD-Anzeige, auf der der aktuelle Belegt-Zustand der einspurigen Strecke dargestellt wird.
Mit dieser Übungsplatine wird der Mikro-Controller programmiert und auf seinen späteren Einsatzzweck hintrainiert. Anschließend wird er auf eine komplett neue Platine gesteckt, auf der sich dann nur die Hardwarekomponenten befinden, die für die Streckensteuerung notwendig sind.
1.) Aus der reinen Wechselspannung 2 unterschiedliche Gleichspannungen erzeugen
Als Basis für die Energieversorgung aller beteiligen Komponenten wird ein alter Märklin Wechselspannungs-Trafo eingesetzt. Dieser wird auf die feste „Fahrstufe 150“ eingestellt.
Damit verbunden ist folgendes Ausgangsspannungssignal: Wechselspannung mit 25 Volt Amplitude, Effektivspannung von 17,6 Volt.
Diese Spannung soll über eine Gleichrichter-Schaltung einmal auf +5 Volt (Logikschaltkreise) und parallel auf +15 Volt (Leistungsschaltkreise) gebracht werden. Zur Gleichrichtung wird eine Gleichrichter-Schaltung mit 4 Dioden verwendet (gleicher Aufbau wie beim elektrischen Drehkran).