Hallo,
ich weiß jetzt nicht ob mein Thema hier unbedingt richtig ist, da es mehrere Bereiche umfasst.
Vorwort:
Also warum nicht voll digital, hätte ich gerne aber ich muß rücksicht auf meinen Vater nehmen der nicht mal einen Computer bedienen kann. Da wir dieses Hobby aber gemeinsam betreiben, muß ich eben Abstriche machen. Im folgendem werde ich eine digitale Steuerung mit hilfe von Microcontrollern entwickeln, da alles seine Zeit braucht wird es natürlich etwas dauern. Also immer mal wieder reinschauen.
Zielsetzung:
1. Microcontroller
2. kontaktfreie Erfassung der Position der jeweiligen Züge
3. kontaktfreie Erfassung der Länge der jeweiligen Züge
4. kontaktfreie Erfassung der analogen Aktorzustände
5. digitale Ansteuerung anloger Aktoren
6. digital gesteuerter Bahnverkehr
7. Anlagenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
8. Wagoninnenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
9. Datenübertragung per USB zum PC und Visualisierung der Anlage unter Linux
Ansätze:
1. Microcontroller
Hier kommen mehrere Arduino Mega 2560 zum Einsatz
Eckdaten:
Microcontroller: ATmega2560 [ATmega1280]
Operating Voltage: 5V
Input Voltage: 7-12V
Digital I/O Pins: 54 (14 PWM)
Analog Input Pins: 16
DC Current per I/O Pin: 40 mA
DC Current for 3.3V Pin: 50 mA
Flash Memory: 256 KB (8 KB sind durch Bootloader belegt)
[128KB (4 KB sind durch Bootloader belegt]
SRAM: 8 KB
EEPROM: 4 KB
Clock Speed: 16 MHz
Interessant sind hier die 14 PWM Ausgänge dies ermöglicht es Signale zu Modulieren. Der Handregler einer analogen Anlage erzeugt eine Rechteckspannung von ca. 13V und einer Frequenz von ca. 130 Hz es läßt sich also Programmgesteuert über diese Ausgänge der Fahrregler simulieren.
Der Controller kostet ca. 42 Euro.
Auf den Controller kommt noch ein Mux Shield dies ist eine I/O Erweiterung und besitzt 48 Ein-/Ausgänge. Abzüglich der 7 Ein-/Ausgänge die das Shield am Controller belegt, wird der Controller um 41 Ein-/Ausgänge erweitert. Das Mux Shield kostet ca. 25 Euro.
Ich bin noch nicht sicher, daß wird sich erst entscheiden wenn der eigendliche Gleis steht und ich weiß welchen Umfang das Programm und die erforderlichen Daten haben. Sollte sich herausstellen, daß die Speicher des Controllers nicht ausreichen, wird noch ein Wireless SD Shield zum Einsatz kommen. Wobei es mir hier um den SD-Kartenslot geht damit ich Daten lesen und speichern kann. Dieses Shield kostet ca. 23 Euro.
2. kontaktfreie Erfassung der Position der jeweiligen Züge
Auch hier ist mir eine Idee gekommen, diese muß ich aber erst noch auf Machbarkeit überprüfen. Und zwar hatte ich hier an RFID gedacht, es ließe sich damit jeder Lok eine ID zuweißen, die Loklänge würde drin stehen und ich könnte noch die Zuglänge dort speichern. Bezüglich der Zugposition habe ich folgenden Ansatz und zwar würde ich über die ganzen Gleis oder unter dem Gleis je nach Bereich die Antennen setzen dafür ist ein einfacher Draht ausreichend. Jetzt müßte ich die Signalstärke messen und mit den Antennen abgleichen auf diesem Wege müßte ich erstens die Position bestimmen und zweitens die Geschwindigkeit berechnen können.
Ich sehe hier allerdings noch ein Problem, wenn ich eine Nebenstrecke habe dürfte das so in etwa funktionieren, habe ich aber 2 oder mehr Strecken(abschnitte) eng neben einander (z.B. Schattenbahnhof oder Showstrecken) könnte ich nicht ohne weiteres bestimmen auf welchen Gleis oder in welche Richtung welcher Zug fährt. Da ich bisher noch nicht mit RFID gearbeitet habe, muß ich mich erst einlesen. Es kann also sein daß ich eine Lösung finde oder die Idee mangels Machbarkeit verwerfe.
Hier habe ich auch Neuigkeiten, nachdem ich mich etwas eingelesen habe, muß ich meinen ersten Gedankengang etwas korrigieren.
Als erstes komme ich zu den Transponder der in die Lok kommt aus kostengründen werde ich einen Transponder einsetzen der nur lesbar ist, daß heißt das alle anderen Daten bis auf die ID woanders gespeichert werden müßen. Ob ich einen passiven oder aktiven Transponder einsetze muß ich erst testen der passive braucht ungefähr 100ms zur Übertragung da erst ein Kondensator geladen werden muß.
Für das auslesen habe ich eine Bespielschaltung in einem Elektormagzin gefunden. Für diese Schaltung muß ich eine Ringspulenantenne bauen, diese muß ich aber erst berechnen, danach kann ich die Schaltung an die Antenne und an den Controller anpassen.
Die Richtungs- und Geschwindigkeitsmessung über diese Schaltung habe ich verworfen, da jede Antenne eine Leseschaltung benötigt.
3. kontaktfreie Erfassung der Länge der jeweiligen Züge
Hierfür werde ich folgenden Sensor verwenden:
Objekt-Sensor Avago Technologies HSDL-9100-021 Optischer Näherungssensor Reichweite Max. 60 mm (L x B x H) 7.1 x 2.75 x 2.7 mm
Also nachdem ich eine Nacht drüber geschlafen habe ist mir hier eine Idee gekommen, ursprünglich wollte ich die kompletten Gleise der Anlage mit diesen Sensoren überwachen. Dies wirft aber einige Probleme auf erstens bräuchte ich jede Menge dieser Sensoren das dürfte je nach Gleislänge in die hunderte gehen, zweitens, dafür besten dank an ateshci für den Hinweis, können die schnell verdrecken wenn sie im Gleisbett sitzen so wie ich es ursprünglich geplant hatte. Meine Idee geht jetzt dahin das ich jede Zuglänge nur einmal erfasse und zwar Unterflur z.B. Schadenbahnhof, dies bietet mir mehrere Vorteile erstens ich habe die Möglichkeit Sensoren zu sparen, zweitens ich kann die Sensoren über den Zügen platzieren und drittens weniger Aufwand. Zu drittens könnte ich ein passendes Stück Sperrholz nehmen und die Sensoren darauf platzieren, dies ließe sich dann als Modul über das entsprechende Gleis setzen.
Schaltplan: in Bearbeitung
4. kontaktfreie Erfassung der analogen Aktorzustände
Auch hier habe ich jetzt einen Ansatz und zwar werde ich unter den Weichenschieber ein kleines Magnet befestigen mit Hilfe eines Induktivgebers ließe sich dann der Zustand bestimmen.
5. digitale Ansteuerung anloger Aktoren
Diese werde ich mit Hilfe von Microrelais ansteuern:
Beschreibung der Schaltung:
Zum Einsatz kommen hier 24 Microrelais die Schaltspannung ist 12V DC, der Lastkreis arbeitet mit 16V AC und kann mit max 10A belastet werden. Bei den 3 ICs handelt es sich um Transistorarrays mit Freilaufdioden und gemeinsamen Emitter. SV1-3 sind die digitalen Eingänge liegt auf einem oder mehreren Eingängen ein High-Pegel schaltet der jeweilige Transistor im Array auf Ground durch und das ensprechende Relais zieht an. Es können alle Relais eines Arrays gleichzeitig betätigt werden (30mA Last pro Relais * 8 = 240mA, Belastung pro Array 500mA max). SV4-6 sind dann die analogen Ausgänge.
Die Komponenten kosten ca. 40-45 Euro.
Schaltplan:
siehe Anhang: Relaissteuerung.jpg
Bauteilliste und Steckerbelegung:
siehe Anhang: Relaissteuerung-Material-Belegung.pdf
6. digital gesteuerter Bahnverkehr
in Bearbeitung
7. Anlagenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
in Bearbeitung
8. Wagoninnenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
in Bearbeitung
9. Datenübertragung per USB zum PC und Visualisierung der Anlage unter Linux
erst wenn alles andere läuft
So das wars erstmal ich werde versuchen so Regelmäßig wie möglich dieses Thema zu aktuallisieren.
MfG
Anmerkung:
Da im Rahmen der Diskussion mehrfach die Kosten angesprochen wurden, werde ich ab jetzt die Bauteilkosten für jede Schaltung angeben. Diese können natürlich von Händler zu Händler variieren. Zur Zeit bin ich nur in der Planungsphase sobald diese abgeschlossen ist und ich die Testphase beginne werde ich einige Schaltungen umsetzen müßen. Allerdings nicht im dem Umfang ein kleines Beispiel statt 24 Relais würden zum Test erstmal 8 reichen. Wenn dann wirklich der eigendliche Gleis der Anlage steht und absehbar ist wieviele Schaltungen ich bauen und wieviele Komponenten ich haben muß, kann ich immer noch endscheiden welche Variante für mich günstiger ist. Der Aufwand ist mir eigentlich egal ich bastel halt gerne.
Updates:
1. Update 22.01.2013
ich weiß jetzt nicht ob mein Thema hier unbedingt richtig ist, da es mehrere Bereiche umfasst.
Vorwort:
Also warum nicht voll digital, hätte ich gerne aber ich muß rücksicht auf meinen Vater nehmen der nicht mal einen Computer bedienen kann. Da wir dieses Hobby aber gemeinsam betreiben, muß ich eben Abstriche machen. Im folgendem werde ich eine digitale Steuerung mit hilfe von Microcontrollern entwickeln, da alles seine Zeit braucht wird es natürlich etwas dauern. Also immer mal wieder reinschauen.
Zielsetzung:
1. Microcontroller
2. kontaktfreie Erfassung der Position der jeweiligen Züge
3. kontaktfreie Erfassung der Länge der jeweiligen Züge
4. kontaktfreie Erfassung der analogen Aktorzustände
5. digitale Ansteuerung anloger Aktoren
6. digital gesteuerter Bahnverkehr
7. Anlagenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
8. Wagoninnenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
9. Datenübertragung per USB zum PC und Visualisierung der Anlage unter Linux
Ansätze:
1. Microcontroller
Hier kommen mehrere Arduino Mega 2560 zum Einsatz
Eckdaten:
Microcontroller: ATmega2560 [ATmega1280]
Operating Voltage: 5V
Input Voltage: 7-12V
Digital I/O Pins: 54 (14 PWM)
Analog Input Pins: 16
DC Current per I/O Pin: 40 mA
DC Current for 3.3V Pin: 50 mA
Flash Memory: 256 KB (8 KB sind durch Bootloader belegt)
[128KB (4 KB sind durch Bootloader belegt]
SRAM: 8 KB
EEPROM: 4 KB
Clock Speed: 16 MHz
Interessant sind hier die 14 PWM Ausgänge dies ermöglicht es Signale zu Modulieren. Der Handregler einer analogen Anlage erzeugt eine Rechteckspannung von ca. 13V und einer Frequenz von ca. 130 Hz es läßt sich also Programmgesteuert über diese Ausgänge der Fahrregler simulieren.
Der Controller kostet ca. 42 Euro.
Auf den Controller kommt noch ein Mux Shield dies ist eine I/O Erweiterung und besitzt 48 Ein-/Ausgänge. Abzüglich der 7 Ein-/Ausgänge die das Shield am Controller belegt, wird der Controller um 41 Ein-/Ausgänge erweitert. Das Mux Shield kostet ca. 25 Euro.
Ich bin noch nicht sicher, daß wird sich erst entscheiden wenn der eigendliche Gleis steht und ich weiß welchen Umfang das Programm und die erforderlichen Daten haben. Sollte sich herausstellen, daß die Speicher des Controllers nicht ausreichen, wird noch ein Wireless SD Shield zum Einsatz kommen. Wobei es mir hier um den SD-Kartenslot geht damit ich Daten lesen und speichern kann. Dieses Shield kostet ca. 23 Euro.
2. kontaktfreie Erfassung der Position der jeweiligen Züge
Auch hier ist mir eine Idee gekommen, diese muß ich aber erst noch auf Machbarkeit überprüfen. Und zwar hatte ich hier an RFID gedacht, es ließe sich damit jeder Lok eine ID zuweißen, die Loklänge würde drin stehen und ich könnte noch die Zuglänge dort speichern. Bezüglich der Zugposition habe ich folgenden Ansatz und zwar würde ich über die ganzen Gleis oder unter dem Gleis je nach Bereich die Antennen setzen dafür ist ein einfacher Draht ausreichend. Jetzt müßte ich die Signalstärke messen und mit den Antennen abgleichen auf diesem Wege müßte ich erstens die Position bestimmen und zweitens die Geschwindigkeit berechnen können.
Ich sehe hier allerdings noch ein Problem, wenn ich eine Nebenstrecke habe dürfte das so in etwa funktionieren, habe ich aber 2 oder mehr Strecken(abschnitte) eng neben einander (z.B. Schattenbahnhof oder Showstrecken) könnte ich nicht ohne weiteres bestimmen auf welchen Gleis oder in welche Richtung welcher Zug fährt. Da ich bisher noch nicht mit RFID gearbeitet habe, muß ich mich erst einlesen. Es kann also sein daß ich eine Lösung finde oder die Idee mangels Machbarkeit verwerfe.
Hier habe ich auch Neuigkeiten, nachdem ich mich etwas eingelesen habe, muß ich meinen ersten Gedankengang etwas korrigieren.
Als erstes komme ich zu den Transponder der in die Lok kommt aus kostengründen werde ich einen Transponder einsetzen der nur lesbar ist, daß heißt das alle anderen Daten bis auf die ID woanders gespeichert werden müßen. Ob ich einen passiven oder aktiven Transponder einsetze muß ich erst testen der passive braucht ungefähr 100ms zur Übertragung da erst ein Kondensator geladen werden muß.
Für das auslesen habe ich eine Bespielschaltung in einem Elektormagzin gefunden. Für diese Schaltung muß ich eine Ringspulenantenne bauen, diese muß ich aber erst berechnen, danach kann ich die Schaltung an die Antenne und an den Controller anpassen.
Die Richtungs- und Geschwindigkeitsmessung über diese Schaltung habe ich verworfen, da jede Antenne eine Leseschaltung benötigt.
3. kontaktfreie Erfassung der Länge der jeweiligen Züge
Hierfür werde ich folgenden Sensor verwenden:
Objekt-Sensor Avago Technologies HSDL-9100-021 Optischer Näherungssensor Reichweite Max. 60 mm (L x B x H) 7.1 x 2.75 x 2.7 mm
Also nachdem ich eine Nacht drüber geschlafen habe ist mir hier eine Idee gekommen, ursprünglich wollte ich die kompletten Gleise der Anlage mit diesen Sensoren überwachen. Dies wirft aber einige Probleme auf erstens bräuchte ich jede Menge dieser Sensoren das dürfte je nach Gleislänge in die hunderte gehen, zweitens, dafür besten dank an ateshci für den Hinweis, können die schnell verdrecken wenn sie im Gleisbett sitzen so wie ich es ursprünglich geplant hatte. Meine Idee geht jetzt dahin das ich jede Zuglänge nur einmal erfasse und zwar Unterflur z.B. Schadenbahnhof, dies bietet mir mehrere Vorteile erstens ich habe die Möglichkeit Sensoren zu sparen, zweitens ich kann die Sensoren über den Zügen platzieren und drittens weniger Aufwand. Zu drittens könnte ich ein passendes Stück Sperrholz nehmen und die Sensoren darauf platzieren, dies ließe sich dann als Modul über das entsprechende Gleis setzen.
Schaltplan: in Bearbeitung
4. kontaktfreie Erfassung der analogen Aktorzustände
Auch hier habe ich jetzt einen Ansatz und zwar werde ich unter den Weichenschieber ein kleines Magnet befestigen mit Hilfe eines Induktivgebers ließe sich dann der Zustand bestimmen.
5. digitale Ansteuerung anloger Aktoren
Diese werde ich mit Hilfe von Microrelais ansteuern:
Beschreibung der Schaltung:
Zum Einsatz kommen hier 24 Microrelais die Schaltspannung ist 12V DC, der Lastkreis arbeitet mit 16V AC und kann mit max 10A belastet werden. Bei den 3 ICs handelt es sich um Transistorarrays mit Freilaufdioden und gemeinsamen Emitter. SV1-3 sind die digitalen Eingänge liegt auf einem oder mehreren Eingängen ein High-Pegel schaltet der jeweilige Transistor im Array auf Ground durch und das ensprechende Relais zieht an. Es können alle Relais eines Arrays gleichzeitig betätigt werden (30mA Last pro Relais * 8 = 240mA, Belastung pro Array 500mA max). SV4-6 sind dann die analogen Ausgänge.
Die Komponenten kosten ca. 40-45 Euro.
Schaltplan:
siehe Anhang: Relaissteuerung.jpg
Bauteilliste und Steckerbelegung:
siehe Anhang: Relaissteuerung-Material-Belegung.pdf
6. digital gesteuerter Bahnverkehr
in Bearbeitung
7. Anlagenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
in Bearbeitung
8. Wagoninnenbeleuchtung über Helligkeitssensoren
in Bearbeitung
9. Datenübertragung per USB zum PC und Visualisierung der Anlage unter Linux
erst wenn alles andere läuft
So das wars erstmal ich werde versuchen so Regelmäßig wie möglich dieses Thema zu aktuallisieren.
MfG
Anmerkung:
Da im Rahmen der Diskussion mehrfach die Kosten angesprochen wurden, werde ich ab jetzt die Bauteilkosten für jede Schaltung angeben. Diese können natürlich von Händler zu Händler variieren. Zur Zeit bin ich nur in der Planungsphase sobald diese abgeschlossen ist und ich die Testphase beginne werde ich einige Schaltungen umsetzen müßen. Allerdings nicht im dem Umfang ein kleines Beispiel statt 24 Relais würden zum Test erstmal 8 reichen. Wenn dann wirklich der eigendliche Gleis der Anlage steht und absehbar ist wieviele Schaltungen ich bauen und wieviele Komponenten ich haben muß, kann ich immer noch endscheiden welche Variante für mich günstiger ist. Der Aufwand ist mir eigentlich egal ich bastel halt gerne.
Updates:
1. Update 22.01.2013
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