DCC Servodekoder für 32 Servos

[Gordon]

DCC Servodekoder für 32 Servos + 8 Servos

Ich habe mich, angeregt durch verschiedene Beiträge in diesem Forum, auch mal mit der Servoproblematik beschäftigt und will
euch jetzt mal einen Zwischenstand über meine Entwicklung geben. Da meine Anlage noch in der Planungsphase ist, habe ich
mir erst mal ein par grundlegende Gedanken gemacht.
Die wichtigsten sind kein Computer, Steuerung digital, Kostenreduzierung durch Eigenbauten,
Reduzierung der Verdrahtung durch Einsatz der Digitaltechnik
Herausgekommen ist erst einmal ein Baustein der vom DCC Signal angesteuert wird und 32 Servos gleichzeitig ansteuern kann.
Um die Verdrahtung übersichtlich zu halten erfolgt die Polarisierung direkt am Servo mit Mikroschaltern. Damit sind kurze Leitungen
gewährleistet. Da ich ein PC-Netzteil für die Anlage verwenden werde läuft der Baustein mit 5V. Diese werden über ein Relais
verzögert an die Servos geschaltet. Jetzt braucht nur noch das DCC-Signal angeschlossen werden und zu jedem Servo eine
Steuerleitung verlegt werden fertig. Damit ist eine Forderung nämlich den Verdrahtungsaufwand zu senken erfüllt.
Zu den Kosten. Der Baustein kostet ca 8 € Materialpreis. Wenn ich einen Servo von "C" für 4,95 € und die Mikroschalter für die
Polarisierung dazurechne komme ich auf unter 6 € pro Antrieb, und das leise und langsam. Dieser Preis dürfte nicht zu toppen sein,
und damit ist eine weitere Bedingung erfüllt nämlich Kostenreduzierung. Im Vergleich zu käuflichen Lösungen kann man
da leicht 200 € sparen und dafür in rollendes Material investieren.
Als Anhang habe ich mal ein Bild vom Prototypen eingestellt. Der Code muß noch etwas optimiert werden und die Programmierung
für die Servowerte muß ich noch realisieren, ansonsten funktioniert das Programm. Getestet habe ich mit dem Compact von Lenz
und erstmal nur mit 10 Servos (mehr hab ich zur Zeit nicht). Wenn das Programm fertig ist werde ich weiter berichten.

Viele Grüße aus Brandenburg

 

[Arcon]

Hallo Gordon,

32 Servos. Der Hammer!

Aber mit nur einer Steuerleitung ist es ja doch nicht getan. 3 Strippen braucht jeder Servo. Und bei Deiner Konstruktion muß man die genormten Steckschnittstellen der Servos auseinandernehmen und separate Strippen ziehen. Meines Erachtens nimmt dadurch der Verdrahtungsaufwand nicht wirklich ab, zumal du ja neben den sonst üblichen 12-16 Volt Wechselspannung, die ja auch auf Deiner Anlage für handelsübliches Zubehör vorhanden sein müssen, zusätzlich noch mit 5 Volt arbeiten möchtest.
Ansonsten ist das Preis-Leistungs-Verhältnis ja top.

 

[Gordon]

@Arcon

Die geschalteten 5V vom Dekoder brauchen nur in einer Ringleitung verlegt werden, und bei jedem Servo eine Stichleitung. In der Nähe des
Servos kommt dann eine Steckerleiste auf der der Servo steckt und hier werden die 5V angeschlossen. Jetzt noch ein Kabel vom Dekoder
zu dieser Steckerleiste fertig.

 

[E-Fan]

@Gordon:

wenn das ne Eigenentwicklung ist!

Wie kann man die Servos programmieren, was lässt sich alles einstellen?

Du solltest aber bedenken das die Anschlußleitungen der Servos nicht allzu lang, eigentlich nicht mehr als 60cm, sein sollten weil es sonst zu starkem Datenjitter (verschliffene Flanken durch Spiegellungen auf der Leitung) kommt was unter Umständen dazu führen kann das die Servos verrückt spielen weil sie nicht in der Lage sind das Signal nicht richtig auszuwerten.
Man könnte das Problem umgehen wenn man Schmitt-Trigger nimmt um das Signal auf der Strecke mehrfach aufzufrischen. Solch ein Trigger reduziert das Jittering in nicht unerheblichem Maße und kostet nur ein paar Cent.

 

[Gordon]

@ Arcon

Noch mal zur Stromversorgung. Ein PC Netzteil hat auch 2x 12V mit je 12A. Das sollte auch für umfangreiches Zubehör reichen.
Kostenpunkt übrigens 4,95 € bei Pollin, auch ein Beitrag zur Kostensenkung. Der Dekoder läuft übrigens im Moment auf der
Standby Spannung des PC Netzteils, das heißt das Netzteil ist noch nicht gestartet.

 

[Gordon]

@ E-Fan

Ja die Software ist eine Eigententwicklung und ist komplett in Assembler geschrieben. Es kann für jeden Servo die Endlage rechts links und die Geschwindigkeit eingestellt werden. Die nachträgliche Programmierung ist noch nicht fertig, zur Zeit sind die Werte in Tabellen im Speicher festgelegt. Mit den Leitungslängen werde ich mal Versuche machen. Was sicherlich vermieden werden muß, daß die Steuerleitungen längere Zeit paarallel zu anderen Steuerleitungen liegen
und zum DCC Signal

 

[doku-kater]

Hallo Gordon,

Deine Lösung ist wirklich super kostengünstig. Ich will zwar analog schalten und fahren, aber die Weichenschaltung wird bei mir auch in der Überlegung von Servos geschaltet.
Holgis Lösung mit 3 analog angesteuerten Servos über Optokoppler ist von Ihm erstellt. Ist das mit Deiner Lösung auch möglich?

 

[Gordon]

@doku-kater

Analog ist mit einem zweiten Controller Baustein möglich an den die Tasten angeschlossen werden. Die Bausteine werden durch eine Datenleitung miteinander verbunden. Das heißt im Stellpult mit den Tasten und Lampen ist der Controller untergebracht der die Stellinformation entgegen nimmt, und das Stellpult wird dann mit nur zwei
Leitungen mit dem Servodekoder verbunden. Die Grundsoftware für diese beiden Controller habe ich auch schon angefangen, muß aber noch die Datenübermittlung programmieren und testen.

 

[E-Fan]

mir fällt grad noch ne Frage wie Schuppen von den Augen:

Haste Dir mal ne Platte gemacht wie man die Schalter zur Polaristation der Herzstücken ohne viel Fummelei justiert?

 

[Hammy]

32 Servos sind natürlich der Hammer. Hut ab auch vor allen, die sich der Microcontroller-Technik stellen. Hard- und Software ist doch das schönste.

Aus meiner persönlichen Sicht sind 32 Servos allerdings zu viel, da zu zentral gesteuert. So vielleicht max. 8 Servos (aka Weichen) pro Dekoder/MC wäre aus meiner Sicht optimal. Dann aber mit allem Firlefanz, wie bspw. Rückmeldung, damit die mechanischen Dinge, wie Mikrotaster als Endabschaltung/Polarisierung, komplett entfallen oder auf ein Minimum reduziert werden.

 

[Holgi]

Hallo,
erstmal
32 Servos ist denke ich aber sind zuviel. Die Anschlußleitungen zu den Servos muß man ja mitrechnen und wer hat schon auf einem Quadratmeter 32 Weichen/Signale. Mit verlängern wäre ich vorsichtig.
Die 3 bzw. 4 Servos auf meiner Platine stellen bei mir das Optimum dar, auch in Hinsicht Stromversorgung.

Meine Variante auf einen größeren PIC mit mehr Anschlüssen umzusetzen wäre zwar kein Problem, werde ich aber nicht machen.

Holger

 

[Gordon]

@E-Fan

mechanisch hab ich noch nichts fertig. Der Grudgedanke ist das der Stellweg ja bei Weichen fast immer gleich ist. Dieser Grundbereich wird im Decoder erst mal grob so eingespeichert. Der Servo wird durch den Decoder in Mittelstellung gebracht und so eingebaut das die Zunge auch in Mittelstellung ist. Die Endlagenschalter werden durch die beiden rechts und links vorhandenem Stege am Steuerkreuz betätigt. Ist wie gesagt erst Theorie. Ich werde aber als nächstes mal eine Weiche mit nem Servo ausrüsten und probieren. Aprpro probieren, ich habe einfach mal 2m Litze in die Steuerleitung gehängt und über meinen Tower gehängt (wegen der Störstrahlung) funktioniert.

 

[Gordon]

@tsinger

ich hab das Ding gebaut um zu sehen ob es geht, weniger ist immer möglich und die frei werdenden Anschlüsse können dann für andere Dinge genommen werden. Da ich noch nicht mit meinem Gleisplan fertig bin weiß ich auch selber nicht wie viele Weichen es werden, und wie weit die außeinander sind. Im übrigen ist die konventionelle Variante (Stellpult und für jede Weiche zwei Kabel) auch ziemlich Zentral, mit dem Nachteil einen riesen Kabelbaum vom Stellpult zur Anlage zu haben. Und die Polarisierung dicht am Antrieb zu haben find ich schon praktischer als die Leitungen von Herzstück, Zunge innen, Zunge außen zu einem Relais zu ziehen das weit weg ist. Die Polarisierung wird übrigens auch bei den meisten Antrieben direkt vor Ort erledigt.

 

[Torsten]

Respekt!
Aber ich muß auch meinen Senf abgeben, da ich aktuell derartige Bausteine überdenke, um sie in unserem Club und auf Modulen einzusetzen.

32 Servos auf einer Platine ist zwar als Test mal schön, praktisch aber unhandlich. Ich denke, man sollte die Servoleitungen nicht verlängern, ein kleiner Baustein mit 4-6 Servos pro Platine ist ausreichend.

Die Polarisation mittels eigener Mikroschalter halte ich mechanisch für problematisch. Man müßte dann eine Art Gestell bauen, in dem der Servo und der Schalter fest miteinander verbunden sind und es keine Abweichungen gibt. Gerade bei ständig auf/abzubauenden Anlagen ist das kritisch, da sollte es kein Spiel geben, was zum ständigen Nachjustieren führt.

Wie verhält sich das System an PC-Steuerungen? Schon mal getestet? Wenn es mit normalen DCC-Zentralen geht, wird es auch am PC funktionieren. Hier wäre noch das Thema Rückmeldung interessant (liefern Servos überhaupt Informationen über ihre Position zurück???).

Ansonsten...schöne Entwicklung. Man kann mit Servos nämlich nicht nur Weichen, sondern auch Flügelsignale, Wasserkräne und Türen/Tore ansteuern.

 

[Hammy]

Im übrigen ist die konventionelle Variante (Stellpult und für jede Weiche zwei Kabel) auch ziemlich Zentral, mit dem Nachteil einen riesen Kabelbaum vom Stellpult zur Anlage zu haben.

Ich hab ja nicht gesagt, dass ein konventionelles Stellpult besser sei. Da ich nicht weiß, wie groß Du Deine Anlage planst, weiß ich auch nicht, wie groß Deine Weichenstraßen werden. Für meinen Minibahnhof würden sicher 8 Weichen pro Seite reichen.

Und die Polarisierung dicht am Antrieb zu haben find ich schon praktischer als die Leitungen von Herzstück, Zunge innen, Zunge außen zu einem Relais zu ziehen das weit weg ist.

Da stimme ich Dir zu. Nur habe ich persönlich meine Zweifel, ob ich die Mikrotaster so gut positionieren könnte, dass alles exakt schaltet. Ich favorisiere auch aus dem Grund die Mikrokontroller mit weniger Servoantrieben, da dann die Weichen nicht so weit vom Mikrokontroller entfernt sind. I.a. braucht man "nur" die 3 Polarisationskabel linke/rechte Zunge sowie Herzstück vom Mikrokontroller zur Weiche zu legen, da man linkes und rechtes Gleis (also das geschaltete Potential) gemeinsam verteilen kann.

Tom

 

[Per]

Nen Abstellbahnhof oder ein sichtbarer mit ein paar Rangiergleisen und Formsignalen hat die Zahl aber schnell zusammen. Wenn dann noch ein paar Gimmicks (Wasserkran, Lokschuppentore) dazukommen....

 

[Holgi]

Ein PC Netzteil hat auch 2x 12V mit je 12A. Das sollte auch für umfangreiches Zubehör reichen.

Mit den 12 Ampere muss man aber auch umgehen können, zu dünne Kabel und ein Kurzschluß lässt die Anlage mal kurz aufleuchten
Ringleitung 5Volt hat sich bei mir nicht bewährt, zu viele Störungen drauf (auch durch die Servos selbst) und einige Servos funktionierten erst ab 5.1 Volt richtig.

Holger

 

[E-Fan]

...Ich werde aber als nächstes mal eine Weiche mit nem Servo ausrüsten und probieren. Apropro probieren, ich habe einfach mal 2m Litze in die Steuerleitung gehängt und über meinen Tower gehängt (wegen der Störstrahlung) funktioniert.

Der Tower ist in Sachen EMV auch kein Problem da er a) einen faradayischen Käfig bildet, b) sich die einstrahlenden Frequenzen deutlich von der des Servosteuersignals unterscheiden und c) im Gegensatz zu Deinem Versuchsaufbau (ist nicht Wertend gemeint!) ohnehin schon auf eine möglichst geringe Störausstrahlung hin optimiert ist.
Greif Dir für den Versuch mal 5 oder besser 10 Servo's und behalte die Kabellänge bei. Die Antriebe müssen ja nicht unter eine Weiche gebaut werden.
Erst dann kannst Du sagen ob Probleme auftreten können oder nicht.
Ich will Dir Deine Arbeit nicht Madig machen. Im Gegenteil! Da ich mich ja auch mit so nem Zeugs beschäftige, aber mangels Zeit nicht wirklich zu Potte komme, könnte ich Dir trotzdem bei Bedarf eine gewisse Hilfestellung anbieten.


Zwecks der Leistungsfähigkeit des Netzteiles:
Um himmels willen KEINE einzelne Ader verlegen auf der die 12A komplett fließen können! Oder man will unbedingt Kohle von der Hausratversicherung haben weil die Moba abgebrannt ist.
Es ist schon aus elektrotechnischen Gründen sinnvoller eine Sternförmige Stromversorgung vom Netzteil aus aufzubauen, deren Adern einzeln mit meinetwegen 2 Ampere abgesichert sind.
Elektrotechnische Gründe deshalb weil eventuelle Störsignale erstens einen längeren Weg zu anderen Verbrauchern zurücklegen müssen und zum anderen dadurch stärker bedämpft werden. Außerdem braucht man dann auch nicht so große Querschnitte.
Dem Controller sollte man eine eigene Stromversorgung über einen 7805 (an den 12V-Ausgang des Schaltnetzteiles angeschlossen) gönnen da dieser nach meiner Erfahrung sehr empfindlich auf die Spannungsspitzen reagiert die beim Betrieb des Servomotors auftreten.

 

[Gordon]

@Holgi , E-Fan

mit dem Netzteil habt Ihr natürlich recht ich hab ja auch nur die Daten des Netzteil genannt nicht das ich vorhabe da eine Leitung mit 12A zu verlegen. Ich hab ja gerade damit angefangen dieses Konzept zu entwickeln. Vor vielen vielen Jahren hab ich das Elektrohandwerk auch mal richtig gelernt und weiß schon was ich da tue.
Das mit den 32 Servos hat mich halt vom programmieren her gereizt, das heißt doch nicht diese Anzahl auch zu verwenden. Es ist aber leichter von diesem Konzept durch weglassen ein anderes Programm zu erstellen. Die freien Anschlüssen dann für ein Relais zu verwenden ist Programmtechnisch einfach zu realisieren.
Mir geht es auch darum darauf hinzuweisen welches Sparpotential bei der Elektronik vorhanden ist. Mit ein bisschen Hirnschmalz kann man da viel erreichen. Wer mal in so ein Compact einen Blick geworfen hat weiß was ich meine. Bauelementekosten vielleicht 10€ verkauft für 100. Oder die Bausätze 22€ für zwei Servos und ich darf auch noch alles selbst zusammenlöten. Das Programmieren ist nicht wirklich schwer wenn man ein bisschen logisch denken kann. Ich hab das weder gelernt noch habe ich Informatik studiert. Bei den heutigen Möglichkeiten mit Internet ist es fast ein Kinderspiel. Es gibt sehr gute Tutorien auch in deutsch und alle Programme die zum proggen nötig sind gibt es kostenlos im Netz.
Wenn das Programm stabil läuft werd ich mal Test in Sachen Verdrahtung machen und dann hier berichten.

Viele Grüße aus Brandenburg

 

[Holgi]

Hallo,

das waren ja nur Hinweise, vor allem für Mitleser.

Man sollte nicht vergessen, dass Hersteller so wie wir lange Zeit über der Software und Hardware sitzen und diese entwickeln müssen. Das muß natürlich auf den Bausatz umgelegt werden und man darf nicht nur den reinen Materialpreis sehen. Aber wie du schon sagst, etwas Gehirnschmalz und man kann sich so etwas selbst programmieren.
Mir hat es Spaß gemacht das ganze auch zu verstehen und nicht nur Endanwender zu sein. Ich bin mit meiner Lösung so zufrieden und werde nichts mehr daran ändern.
Das mit der komplett eigenen Regelung des Servomotors werd ich noch testen, es interessiert mich halt.

Holger

 

[Gordon]

@Holgi

Bist du Hersteller oder Entwickler? Nein ist mir schon klar das ein Hersteller seine Entwicklungskosten auf die Produkte umlegen muß. Wenn ich aber Moba Elektronikprodukte mit anderen Elektronikprodukten vergleiche stimmt irgendwie das Preis/Leistungsverhältnis nicht. Ich habe manchmal den Eindruck das alles was mit MoBa zu tun hat automatisch auch teuer sein muß. Das geht bei Katalogen los die ich bezahlen muß über Zeitschriften bis hin zu einem Trafo der bei der MoBa schon mal 60€ kosten darf. Wenn ich die Entwicklungskosten einer Lok mit dem sagen wir mal Compact vergleicht weißt du was ich meine. Und wenn ich mir ansehe welche Inovationen von Lenz in den letzten Jahren gekommen sind frage ich mich ob die überhaupt eine Entwicklungsabteilung haben. Außer bei den Dekodern hat sich in den letzten Jahren an den Produkten kaum etwas geändert.

Mach weiter so und hab Spaß am programmieren.

 

[Holgi]

@Gordon
Ich bin nur Bastler
Ich hab mir mein eigenes System geschaffen, weil fertig kaufen langweilig ist.
Die Vergleiche hinken aber immer. Ich bekomme ein Handy für 0 Euro, zahle aber für einen Kabeladapter 15 Euro und mehr.
22 Euro, um bei dem Beispiel zu bleiben, finde ich nicht zu teuer.
Ich würde es mir nicht unbedingt kaufen, aber der Hersteller muß seine Entwicklung bezahlen, Garantieleistung gewähren, Normen erfüllen usw. Und Modellbahnartikel sind nun mal keine Massenartikel.
Aber ich glaub wir denken schon in die gleiche Richtung. Spaß am tüfteln und programmieren, mal was neues probieren und Spaß dabei haben !

Holger

 

[E-Fan]

Hat einer von euch beiden schon mal dran gedacht das die Preise vielleicht auch was mit Stückzahlen zu tun haben?
Man sollte schon versuchen etwas weiter zu schauen als man auf den ersten Blick sehen kann.

 

[Holgi]

@E-Fan

... Und Modellbahnartikel sind nun mal keine Massenartikel....Holger

Ja.

 

[E-Fan]

Ups - da habsch wohl was überlesen