Ausgangssituation
In der Aufbauphase hat sich herausgestellt, daß es im
späteren betrieblichen Ablauf Situationen geben wird, in denen
die Fahrzeuge / Loks recht genau positioniert werden müssen.
Aufgrund meiner relativ alten Fahrzeuge will (wollte) ich mich
nicht nur auf die Berechnungen des Programms TrainController
(TC)* abstützen, sondern mittels Hardware die Positionierung
unterstützen.
Solche Positionierungsanforderungen
ergeben sich im Zusammenhang mit
- der Drehscheibe (Bühne)
- einem Gleisentkuppler
- dem Betriebswerk (BW - Kohle, Wasser,
Entschlackung, Sand)
- Haltepunkte im Kopfbahnhof - Gleis
- Haltepunkte im Lokschuppen und
Abstellgleisen
Im Zusammenhang mit einem Gleisentkuppler
sollte auch der Wagen an der Stelle X im Zugverband ermittelt
und entkuppelt werden können (Zählfunktion)
technische
Möglichkeiten
Grundsätzlich stehen dem Erbauer u.a. folgende
Möglichkeiten zur Verfügung
- Trennung der Gleise in Abschnitte
(Stromflußerkennung)
- Magnet plus Reed-Kontakt
- Magnet plus Hall-Sensor
- Infrarot Lichtschranke
- Infrarot Reflex-Lichtschranke
- RFD - Streifen und Sender / Empfänger
- BarCode und Lesegerät
Jedes dieser Verfahren hat seine Vor- und
Nachteile.
Was jeweils als Vorteil bzw. Nachteil empfunden wird muß jeder
für sich und seiner Situation ergründen, für mich gilt (galt) ....
Trennung der Gleise in Abschnitte
(Stromflußerkennung)
kam für mich an dieser Stelle nicht
infrage, da die unterschiedlichen Abstände bei den Fahrzeugen
zwischen Puffer-Beginn und Rad / Achse zu unterschiedlich und
die räumlichen Abmessungen sehr begrenzt sind; z.B. Bühne der
Drehscheibe oder Gleis im Lokschuppen.
Erschwerend kommt hinzu, daß einige Fahrzeuge
auch mit Haftreifen ausgestattet sind, so daß die Kontaktgabe
recht unterschiedlich, je nach Fahrtrichtung ausfällt.
Bei einer Auswertung über den Stromfluß des Motors kommt die
unterschiedliche Position des Schleifers und seiner Kontaktgabe
ins Spiel.
Magnete ....
kommen für mich als 3 Leiter - Fahrer
nicht infrage, weil ich befürchte, daß die Magnete im
Zusammenhang mit dem Mittelleiter wie Generatoren im System
wirken und damit das Gleissignal verfälschen.
RFD und BarCode
sind für die Modelleisenbahn im großen
Umfang zu aufwendig in der Ausgestaltung der Fahrzeuge und
"Positionierungsstellen".
Infrarot Reflex-Lichtschranke
Für deren Einsatz werden gut
reflektierende Flächen benötigt, die in der Regel auf einer
Modellbahnanlage bei den Fahrzeugen nicht vorhanden sind.
Es müßten z.B. alle Fahrzeuge mit einem hellen Unterboden
versehen werden, was die Fahrzeuge aber von grundauf verändert.
Für mich keine Option.
Infrarot Lichtschranke
Die Lichtschranke hat in diesem
Zusammenhang (s.oben) einen Nachteil und der ist die Platzierung
von Sender und Empfänger am Gleis.
Neben der Optik kommt auch die Platzfrage
/ Entfernung Sender <> Empfänger hinzu, sowie der Überhang
von Loks und Wagen in Kurven und auf Weichen (abbiegen).
Desweiteren spielt das Thema "Streulicht" an der Oberfläche
(sichtbare Bereich) eine Rolle.
Einsatz / Übernahme
Die folgenden vorgestellten Entwicklungen dienen ausschließlich der
Information darüber was ich getan habe und was man machen kann.
Die Übernahme und der Einsatz, sei es
direkt oder mittels einer Überarbeitung erfolgt durch den --
privaten Anwender -- auf eigenes Risiko und
Verantwortung.
Von mir, als Entwickler, wird keinerlei Garantie übernommen. Diese
Bereitstellung der Informationen ist für den privaten
Modellbahnbauer kostenfrei.
Mit der Übernahme in Gänze oder in Teilen erkennt der
Übernehmer an, daß er keinerlei Schadensansprüche, sei es in
direkter oder indirekter, mittelbarer oder unmittelbarer Art und
Weise an mich stellen kann und stellen wird.
Im Falle, daß gewerbliche Hersteller von
Modellbahnanlagen und / oder auch Entwickler / Hersteller von
Modellbahnartikeln die eine oder andere Idee / Ergebnis in ihr(e)
Produkt(e) integrieren oder ihren Vertrieb übernehmen wollen, dann
kann dies nur gegen eine Lizenzgebühr erfolgen.
--- weitere
Informationen zur Nutzung von meinen Ideen findet der Leser
hier ---
---
mit der Nutzung werden diese
Regeln automatisch anerkannt ---
mein (theoretischer) Lösungsansatz
Ich habe mir den IR-Transistor "LPT 80A"*
herausgesucht, der auch im normalen Lichtspektrum (Wellenlängen)
noch gut arbeitet.
Als "Sender" dient das Tageslicht oder die künstliche
Raumbeleuchtung.
Der IR-Transistor ist klein genug und kann
im Gleis flach liegend, mit dem "Fenster" nach oben schauend, zwischen die H0 Schwellen eingebaut werden.
Je nach funktioneller
Erkennungsanforderung ist der IR-Transistor im Gleis zu
positionieren ...
- bei Erkennung der Loklänge inkl.
Kupplung ist die mittige Gleisposition angesagt; z.B.
Erfassung der max. Loklänge auf der Bühne oder am Ende eines
Stumpfgleises.
- bei Erkennung der Fahrzeug - Gehäuse
- Enden ist eine seitliche Positionierung (zwischen
Außenschiene und Mittelleiter) im Gleis notwendig; z.B.
BW-Kohlekran, BW-Wasserkran, Gleisentkuppler.
Diese beiden unterschiedlichen
Anforderungen haben aber auch zwei verschiedene Auswertungen zur
Folge ...
- im Falle von 1. soll das
Steuerprogramm aktiv werden, wenn der IR-Transistor vom
leitenden Zustand in den gesperrten Zustand übergeht
(Abdeckung)
- im Falle von 2. kann auch noch die
Fahrtrichtung der Lok in Bezug auf das Erreichen des Sensors
eine Rolle spielen.
Beispiel:
Soll die Erkennung der Lok, z.B. zur Besandung, bei
Erreichen des IT-Transistors (Beginn) erfolgen oder am Ende
nach Überfahrt des IT-Transistors, z.B. beim Kohlekran.
Das Steuerprogramm, muß in dem ersteren Beispiel beim
Zustandswechsel des IT-Transistors von leitend zu gesperrt
(s. oben) ansprechen; im zweiten Beispiel erst beim Übergang
von gesperrt in leitend.
Im Falle von Punkt 1 (s.o.) und dem
Einsatz dieser Methode bei einem Gleisentkuppler, kann das
Wechseln des IT-Transistorzustandes zwischen jedem Fahrzeug auch
zur Zählung der "Wagenübergänge" und damit der Wagen erfolgen.
Mit etwas zusätzlichem Konfigurationsaufwand im Steuerprogramm
läßt sich ein Zugverband an "beliebiger" Stelle trennen.
Nachteil
dieser Lösung; ab einer gewissen
Dämmerung bzw. im Dunkeln funktioniert die Erkennung nicht mehr
!!
Vorteil
dieser Lösung; man kann den Sensor gut im Gleis tarnen
und benötigt keine IR - Sendediode. Die Positionserkennung
bezieht sich bei allen Fahrzeugen auf Fahrzeug Beginn / Ende des
Rahmens oder der Kupplung.
Hierbei ist auch auf keine Streulichtabschirmung zu achten, denn
der LPT 80A arbeitet im gesamten sichtbaren Lichtspektrum
(Wellenlängen).
dieser Lösung; es werden Fahrzeuggrenzen
(in Fahrtrichtung) immer zum gleichen Zeitpunkt erkannt, auch
wenn die "vorderen" Radsätze durch Haftreifen elektrisch nicht
leitend sind.
Bei einem Schienenkontakt erfolgt die Erkennung eines Fahrzeugs
zu unterschiedlichen Zeitpunkten, je nach Fahrtrichtung und
Haftreifen-Radsatz-Position.
Einschränkungen -- was zu beachten ist
...
Den weiten Erfassungsradius muß man evtl.
eingrenzen (Einschränkung des Lichteinfalls),
damit z.B. das Wagenende nicht zu früh erkannt wird.
Am
besten man steckt ihn in einen Schrumpfschlauch welches ein
kleines Loch über der Empfangsdiode aufweist
Lichtverhältnisse im Gleis
und Raum
Die Lichtverhältnisse im Raum sind sehr entscheidend für
einen erfolgreichen Einsatz eines IR - Transistors im Gleis.
Wenn sich die Hauptlichtquelle (Leuchte) an der Decke
befindet und damit die Gleisebene gut ausleuchtet, dann gibt es
wenig bis kaum Probleme mit der Lichtauswertung durch den IR -
Transistor.
Befindet sich die Hauptlichtquelle seitwärts, z.B. an den
Wänden (Leuchten oder Fenster), dann fällt das Licht seitwärts /
schräg auf den IR - Transistor und da kann es schon entscheidend
sein, ob sich der "Lichtsensor" auf der linken oder rechten
Gleis / Schienen - Seite befindet.
Je nach Örtlichkeit wird der im Gleis liegende IR -
Transistor zusätzlich von der Umgebung beschattet.
Diese Faktoren führen dazu, das sich die Helligkeitswerte von
"Wagenabschattungen" und "Kupplungsabschattungen" stark annähern
bzw. auch überlappen. Damit ist dann keine Detektion von
Kupplungen mehr möglich.
Fahrzeugtyp -- Fahrzeugaufbau
Der IR - Transistor wird durch das Fahrzeug abgedeckt.
Allerdings hängt der Grad der Abdeckung bei "schrägem
Lichteinfall" auch vom Fahrzeugtyp bzw. Fahrzeugaufbau ab. In
ungünstigen Fällen bleibt die Abdeckung (Schatten) nicht
konstant und diese Veränderung wird erkannt und ausgewertet.
Diese Sachverhalte müssen bei der Planung berücksichtigt
werden.
Fahrzeugkupplungen
Möchte man die Erkennung zwischen den Wagen (Kupplungen)
durchführen, dann dürfen die Fahrzeuge nicht zu eng gekuppelt
sein, so daß noch eine ausreichende Lichtmenge auf den
Phototransistor fallen kann.
Weitere Informationen hierzu .. siehe weiter unten.
Zeitverhalten: Platzierung im Gleis
Bei der Auswahl des "richtigen" Standorts für den IR -
Transistor ist zu berücksichtigen, daß vom Ansprechen des
"Sensors" bis zum Empfang der "Stop - Meldung" im Lok-Dekoder
eine gewisse Zeit vergeht und die Lok (Zug) sich in dieser
Zeitspanne noch weiter bewegt.
Bei einem Gleisentkuppler kann aus Platzgründen der IR -
Transistor nicht direkt neben den Gleisentkuppler eingebaut
werden, dies ist beim Konfigurieren des TC* Programms zu
berücksichtigen.
HINWEIS
Diese Schaltung / Platine kann
natürlich auch eingesetzt werden, wenn der IR - Transistor von
einer eigenen IR Sendediode angestrahlt wird und diese beiden
Bauelemente eine Lichtschranke bilden !!
Damit lassen sich vielfach "stabile Lichtverhältnisse"
installieren.
Prototyp und
Entwicklungserfahrungen
Variante 1
Um den obigen Ansatz testen zu können
hatte ich mir ein Labormuster aufgebaut und die Auswertung zur
Erkennung der Abschattung mittels eines Comparators
(Vergleicher) vorgenommen. Eine LED zeigte mir die "Umschaltung"
(Schwelle) von "gesperrtem" und "leitendem" Zustand an.
Bei konstanten Lichtverhältnissen ließ
sich der Schwellwert durch Widerstandsdimensionierung gut
einstellen und die Tests lieferten auch konstante Ergebnisse.
Problematisch wurde es aber, wenn ich das
Tageslicht z.B. bei Bewölkung noch ausnutzen UND dann die Position
zwischen zwei Fahrzeugen detektieren wollte -- also bei
wechselnden Lichtverhältnissen.
Hier kam ich dann an die Grenzen der Einstellmöglichkeiten, die
darin bestehen,
- daß für einen Eingang dieses
Comparator - Typs ein Spannungsverhältnis herrschen muß,
bei dem der Mindestabstand von der max.
Versorgungsspannung 2 Volt beträgt.
Bei 5 V Spannung bedeutet dies einen Spannungsteiler
von 2 zu 3 Volt.
-- größere Werte als 2 sind
natürlich möglich, erlauben aber dann keine so hohe
"Dunkelerkennung" --
Damit ist aber für den anderen Eingang auch die
Schaltschwelle festgelegt.
- daß schwaches Tageslicht bei
einem nicht abgeschatteten IR Transistor zu den
gleichen Transistorströmen führt, wie bei einer
helleren Umgebung die Abschattung durch z.B. die
Kupplung.
Dadurch ist keine Eindeutigkeit mehr bei der
Auswertung gegeben.
Der Versuchsaufbau hat gezeigt, mit einem Comparator alleine läßt sich
das für eine große Bandbreite in der Beleuchtungsstärke
nicht verwirklichen.
Fazit aller Testreihen
.. so ist das Ganze nicht einzusetzen.
Wollte ich konstante Ergebnisse erreichen, dann hätte ich auch
tagsüber bereits das Raumlicht -- wenn auch minimal
(Einfallswinkel) -- einschalten müssen.
neu nachgedacht
???? ......????
Variante 2
Heraus kam ein neuer Ansatz und zwar in der Form, daß ich nicht
mehr mit "festen" Bezugsgrößen (Werten
bzw. Schwellen) arbeiten darf, sondern viele
"Meßwerte" in Relation" zueinander betrachten muß.
Damit war der Einsatz eines µ Prozessors "geboren".
Das Messprinzip
Jeder IR - Transistor wird in Reihe mit einem Widerstand
geschaltet und der Meßpunkt liegt im Spannungsteiler -- zwischen
den beiden Bauteilen.
Der IR - Transistor arbeitet dabei im Prinzip wie ein
Potentiometer, d.h. je nach Einstellung kommt ein anderes
Teilungsverhältnis der Gesamtspannung zustande. Dieses ist dann
das Maß der individuellen Durchsteuerung des Transistors und
diese steht in direktem Zusammenhang mit dem Lichteinfall.
Der Widerstand ist so dimensioniert, daß auch bei einer hohen
Abschattung, d.h. einem sehr kleinen Strom (nA) noch eine
Spannungsschwankung detektiert werden kann.
Der Meßpunkt wird an einen µ Processor Eingang geführt, der
intern per SW an einen internen ADC (Analog - Digital - Wandler)
geschaltet und ausgewertet werden kann.
Bei einer Versorgungsspannung von 5 Volt und einem 10 Bit
Wandler ergibt sich für die Messung von 5 V der digitale Wert
von 253.
"1 Wert" entspricht ca, 4,8 mV; d.h. mit dieser
Abstufung
können die Spannungswerte erfaßt werden. Das ist für meinen
Einsatzfall hinreichend genau genug.
Das Auswerteprinzip I
Angelehnt an die gängigen Besetztmelder befinden sich auf
einem HW Modul (Karte) 8 IR - Transistor - Eingänge (Sensoren).
Das SW Programm (Firmware) fragt laufend, nacheinander den
Spannungswert aller Sensoren ab.
Wegen Spannungsschwankungen (Lichtschwankungen) werden 8 Messungen pro Sensor direkt
aufeinanderfolgend ausgeführt und daraus ein Mittelwert
gebildet.
8 Mittelwerte bilden einen Meßwert in einer Meßreihe mit 8
Messungen pro Sensor.
Zwei Meßreihen gelangen gemeinsam zu einer Auswertung. Damit liegen genügend
Meßwerte (16) vor, um eine Tendenz erkennen zu können.
Aus den beiden Meßreihen bildet der minimalste Meßwert einen Bezugspunkt und der max
Meßwert den anderen.
Damit können 3 Bewegungszenarien erkannt werden ...
- Ruhe (keine Veränderungen)
- Bewegung in aufsteigender Folge (mehr
Abschattung)
- Bewegung in abfallender Folge (weniger
Abschattung)
Erkenntnisse aus den Tests
Aus dem Vergleich der Werte aus zwei Meßreihen zu je 8
Meßwerten läßt sich grundsätzlich der Bewegungszustand des
Objektes ableiten und damit auch die Erkennung einer
Kupplungsposition.
Probleme traten aber in der Zuverlässigkeit der Auswertungen
aufgrund der unterschiedlichen Fahrzeugbauformen auf.
D.h. die Abschattung und damit der Meßwert war nicht pro
Fahrzeug konstant, sondern schwankte z.T. recht stark -- was
dann zu "Fehlauswertungen" führte.
Die Ursache liegt in der Bauform der Fahrzeuge, d.h. bei einigen
traf mehr Licht auf den IR Transistor und zwar so viel, wie bei
einer Kupplungsstelle.
Damit war nicht unterscheidbar, spricht der IR Transistor an der
Kupplungsposition an oder irgendwo unter einem Fahrzeug.
Hinzu kamen in dieser Beziehung auch starke Schwankungen bei
unterschiedlichem Raum- / Tages- Licht.
Damit war dieser Weg nicht weiter verfolgbar.
-- Und wieder begann das Grübeln ???? --
Das Auswerteprinzip II
Der neue und heutige Ansatz beruht auf dem Prinzip einen
Basis-Lichtwert in Beziehung zu den beiden
Abschattungen "Fahrzeug" und "Kupplung" zu
setzen.
Der Basis-Lichtwert wird laufend durch eine Anzahl von Messungen
gefunden, deren einzelne Meßwerte in einem Korridor "einen
gleichbleibenden Meßwert" repräsentieren.
Der "gewonnene Basis-Lichtwert" reflektiert damit auch jeweils die
aktuelle Raum- / Tages- Licht Situation, da er laufend erfaßt
und aktualisiert wird.
Überfährt ein Fahrzeug zu einem beliebigen Zeitpunkt den IR -
Transistor, dann wird durch die Meßwert - Änderung (Erhöhung)
dies erkannt.
Jetzt wird ein Meßwert - Korridor unter Einbeziehung des
Basis - Lichtwertes zur Detektion der Kupplungsposition
ermittelt. Die hierzu notwendigen Parameter wurden in
langwierigen Testreihen empirisch gewonnen.
Dieser Korridor ist so ausgelegt, daß der obere Grenzwert bei
einer Fahrzeugabdeckung nicht unterschritten wird.
Das Prinzip mit Korridoren zu arbeiten, die sich in den
jeweiligen absoluten Grenzwerten an die Umgebungsbeleuchtung
anpassen hat sich bei den Prototypen bewährt.
Erkenntnisse aus den Tests
Der Beginn und das Ende eines Fahrzeugs oder auch Zuges
(Objektes) wird in allen Fällen -- im Rahmen der
Raumlichtgrenzen -- einwandfrei erkannt.
Zum Erkennen der Kupplungsstellen in einem Zugverband müssen
bestimmte Abstands- und Licht- Voraussetzungen vorliegen (das
gilt für alle Einsätze von "Lichtschranken") ...
Wagenabstände
- z.B. Personenwagen der Fa. Märklin mit Kurzkupplungen
und kinematischer Führung sind so eng gekuppelt, daß die
Wagen nicht mehr genügend Licht beim Überfahren der IR -
Transistoren zur Registrierung durchlassen.
- z.B. Güterwagen der Fa. Märklin nur mit Kurzkupplungen
sind eng gekuppelt, aber die Wagen haben zum Detektieren
noch einen ausreichenden Abstand.
- bei Einsatz älterer Kupplungen (auch in Kombination mit
Kurzkupplungen) verfügen die Wagen auch über einen
ausreichenden Abstand.
Hinweis:
die hier benannten Fahrzeuge des Hauses Märklin stehen nur
stellvertretend für alle so oder ähnlich gearteten
Kupplungsformen und Abstände.
Mir stehen nur Märklin Fahrzeuge zur Verfügung.
Lichtverhältnisse
Durch das Anwendung des Auswerteprinzips II ist der Spielraum
bei den Lichtverhältnissen recht groß.
Bei den "Sensor - Funktionen"
- Erkennen Fahrzeugbeginn
- Erkennen Fahrzeugende
kann die Dämmerung schon weit fortgeschritten sein bevor die
Raumbeleuchtung eingeschaltet werden muß.
Ein Unterschied zwischen nicht abgedecktem und abgedeckten
Sensor muß noch meßbar sein.
Bei der "Sensor - Funktion"
hat sich gezeigt, daß die Raumbeleuchtung früher
eingeschaltet werden muß, da ansonsten der IR - Transistor wegen
zu geringem Lichteinfall den Unterschied zwischen
"Fahrzeugabdeckung" und "Kupplungsabdeckung" nicht erkennen
kann.
Fahrzeuggeschwindigkeit
Ferner ist für eine sichere Identifikation der
Kupplungsposition auch die Fahrzeuggeschwindigkeit maßgebend mit
der der IR - Transistor passiert wird.
Aus Geschwindigkeit und Wagenabstand ergibt sich die Zeitdauer
mit der der IR - Transistor mit Licht bestrahlt wird.
Während dieser Zeitspanne muß im µ Processor auch die Erfassung
und analog digital Umsetzung erfolgen sowie die gesamte
Auswertung.
Anmerkung:
Bei der Entwicklung ist daher zu beachten, wie viele IR -
Transistoren an einen µ Processor angeschaltet werden sollen.
Das Firmware Programm kann nur in einer Schleife alle IR -
Transistoren sequentiell abfragen und bearbeiten.
Meine Auslegung erlaubt bis zu 8 IR - Transistoren
anzuschließen.
Ferner ist bei der Auslegung der Takt des µ Processors zu
berücksichtigen.
Die Fahrzeuggeschwindigkeit steht in einem
Verhältnis zur Zuglänge (Abdeckungszeit) und der "Sensor -
Funktion" sowie der Anzahl der aktuell auszuwertenden IR -
Transistoren.
Vermeidung von "Fehlmeldungen"
"Fehlmeldungen" werden hauptsächlich durch die Bauform des
Fahrzeugs im Bereich zwischen den Achsen hervorgerufen. Liegt
hier der Boden hoch über der Schiene und sind die "Wände"
gerundet, wie bei Selbstentladewagen oder Kesselwagen, dann kann
es in ungünstigen Situation an diesen Stellen zu
Lichteinstreuungen kommen, die ein "Fahrzeugende" bzw. eine
"Kupplung", je nach "Sensor - Funktion" vortäuschen.
Bei dem Auswerteprinzip II konnte gegenüber dem
Auswerteprinzip I die Bauform der Fahrzeuge weitestgehend
ausgeblendet werden, ganz ausschließen kann man den Bauform -
Einfluß aber nicht.
Dem kann der Nutzer dadurch entgegen wirken,
a) daß diese Fahrzeuge nicht zum Entkuppeln (Rangieren) eingesetzt werden
b) daß der Bereich des Entkupplers entsprechend im Gelände moduliert
wird, so daß kein Streulicht seitwärts, von beiden Gleisseiten, einfallen kann .
Analoges gilt auch für das Erkennen des Zugendes.
Weitere "Fehlmeldungsursachen"
Wird der IR - Transistor versehentlich beim Arbeiten an der
Anlage oder sonstigem Hantieren abgedeckt, dann erfolgt, wie bei
einem Fahrzeug, eine Meldung an das TC* Programm.
Dort muß dies als "Fehlmeldung" erkannt und abgefangen werden.
Das kann z.B. dadurch erfolgen, daß eine logische Verknüpfung
mit dem Gleis - Belegungszustand hergestellt wird.
Erkennen von zu geringem "Raumlicht"
Durch das Auswerteprinzip II wurde es auch möglich, bei Erreichen
der
Raumlicht - Grenzen ("Dunkelheit"), dies über blinkende Melder,
dem TC Programm mitzuteilen. Von dort aus kann die Information
dann in jeweils geeigneter Weise in den Ablauf mit einbezogen
werden.
Mein Fazit und Einsatszenario in meinem Projekt
Während der Inbetriebnahme der IR - Transistoren mit dem
Auswerteprinzip II hat sich gezeigt, daß bei mir die auch die
Dämmerungs - Lichtverhältnisse ausreichen, um alle vorgesehenen
"Sensor - Funktionen" verwenden zu können.
Da sich alle IR - Transistoren im Kopfbahnhofsbereich /
Rangierbereich / BW befinden, wo ohnehin sehr langsam gefahren
wird, komme ich auch nicht mit der Geschwindigkeitsfrage
(s.oben) in Konflikt.
Anmerkung:
Die jeweilige "Sensor -
Funktion"
kann jederzeit über eine Jumper - Codierung
geändert und damit angepaßt werden. Nach einer Änderung ist der
µ Processor durch eine Taste auf der Platine neu zu starten.
Was bei der Implementierung zu beachten ist !!
Die Auswertung erfolgt durch einen ADC im µProcessor.
Dessen Eingang ist an einen Spannungsteiler angeschlossen;
dieser besteht aus einem sehr hochohmigen Festwertwiderstand und
dem sich verändernden IRT Widerstand -- der Transistorstrecke.
Bei der Implementierung der IRT auf der Anlage mußten lange
Leitungen ( 2 adrige Kabel) verlegt werden. Es hat sich gezeigt,
daß es zu Problemen bei der Auswertung der Messungen kam, die
einzelnen Meßergebnisse schwankten stark. Diese Erscheinung trat
nur auf, wenn die Gleisspannung eingeschaltet war.
Die verlegten Schienen wirken als Antennen und strahlen das
digitale Gleissignal ab. Durch den hochohmigen Festwiderstand
wurde diese Einstrahlung meßbar und überlagerte den IRT
Meß-Gleichstrom.
Abhilfe wurde durch die Verwendung von geschirmten Kabeln
geschaffen. Der Schirm wurde mit dem Ground - Potential der
Karte verbunden.
Das Meldeprinzip
Das hier ausgeführte Prinzip basiert auf dem Auswerteprinzip
II.
Der Programmteil, der die Auswertung vornimmt übergibt die
Schalt - Information, zusammen mit der "Sensor - Nr" an den
Programmteil, der die µ Processor - Ausgänge schaltet.
Die Zeitdauer der Aktivierung des jeweiligen Ausgangs wird
durch das "Auswerteprogramm" überwacht.
Je nach Information wird der Ausgang auf logisch 1 oder 0
gesetzt.
Über die Ausgänge wird jeweils ein korrespondierender "Gleiseingang" an einem
Besetztmelder angesteuert.
Das gesamte Modul ist auf die gängige Anzahl von 8
Besetztmeldern ausgelegt. Die Schnittstelle simuliert eine
Gleisbelegung, so daß der Besetztmelder wie ein
Gleisbesetztmelder mit dem TC Programm über die Zentrale
Daten austauschen kann.
Entwicklungen
In allen Fällen wird ein "normaler" Besetztmelder mit SX
Bus Anschaltung als Basis eingesetzt.
Hinweis:
Der Nutzer kann auch Besetztmelder mit anderer digitalen Bus -
Schnittstelle einsetzen.
In einem solchen Fall muß eine separate Spannungsversorgung das
Modul versorgen. Bei Einsatz im SX System wird die SX Bus
Versorgungsspannung verwendet.
Der Besetztmelder übernimmt die
Kommunikation über die Zentrale mit dem PC und dem
Steuerungsprogramm und zwar in gleicher Art und Weise wie bei
der Erkennung des Gleisbelegungszustandes.
Von mir wurde eine Adaption / Vorsatz
für diesen Besetztmelder-Typ entwickelt ...
- die IR-Positionserkennung,
die alle 8 Meldereingänge mit einem IR-Transistor verbindet
und hier in Folge weiter dargestellt ist.
Mit einer erweiterten Bestückung können zusätzlich auch IRT,
die auf einer Drehscheibenbühne zum Einsatz kommen, mit
einbezogen werden.
Schaltungsentwicklung "IR-Positionserkennung
Die Schaltung erkennt die Positionierung eines Fahrzeugs
mittels eines IR-Transistors in den folgenden Fällen
...
- an
der äußeren Begrenzung (Rahmen oder Kupplung)
-- Bild 1 + 3 oben --
-- zur Positionierung an Bearbeitungsstellen im BW
-- zum Halten an einem Gleisende
verbunden mit einer Meldung an einen
Besetztmelder.
- am Zwischenraum (Kupplung) zwischen
Fahrzeugen
-- Bild 2 oben --
-- zur Positionierung über einem Gleisentkuppler
-- zum Zählen von Fahrzeugen
verbunden mit einer Meldung an einen Besetztmelder.
- an
der äußeren Begrenzung (Rahmen oder Kupplung)
-- Bild 1 + 3 oben --
-- zur Positionierung auf der Bühne der Drehscheibe
-- zur Erfassung einer Position an einer beliebigen
Gleisstelle
verbunden mit der Schaltung eines Relais mit freien
Umschaltekontakten
zur direkten Steuerung beliebiger Hardware - Module
Für die Funktionsblöcke 1 und 2 stehen
insgesamt 8 IR - Transistoren (Sensoren) und für den
Funktionsblock 3 sind es 2 R - Transistoren (Sensoren) zur
Verfügung, jeweils pro Karte.
Die "gesamte Schaltung" wird aus HW -
Bauteilen und der Firmware des µ Prozessors gebildet.
Die "Schaltungsfunktionen" wurde bereits oben beschrieben.
Die Einstellung der "Sensor - Funktion"
...
- Fahrzeugbeginn
- Fahrzeugende
- Kupplung
- Drehscheiben- / beliebige andere
Modul- Ansteuerung
erfolgt durch den Nutzer über eine Matrix - Codierung auf der
Karte.
Schnittstellen
- 8 IR - Transistor Anschlüsse >
Gleis
- 3 IR - Transistor Anschlüsse >
Drehscheiben - Bühne
- 8 "Gleisanschlüsse" für den
Besetztmelder
- 2 "Melder" (Relais - Kontakte) an die
Drehscheibe
oder an einen weiteren Besetztmelder
- 1 SX Bus Anschluß zur
Spannungsversorgung
Spannungsversorgung
Dieses Modul benötigt eine 15 V AC (Trafo-) Spannung. Auf der
Platine wird diese in eine DC Spannung umgewandelt und in der
benötigten Spannungshöhe über einen Spannungsregler stabilisiert
zur Verfügung gestellt.
Der max. Strom des Reglers beträgt 1 A DC.
ACHTUNG bei Dauerbetrieb wird
der in den Regler integrierte und herausgeführte Kühlkörper sehr
heiß !!!
Bei mir verwende ich den SX Bus zur
Spannungsversorgung; der Nutzer kann aber an den Stecker auch
eine andere Spannungsquelle anschalten.
Einsatz sowie Ausschluß von Haftung
und sonstigen Ansprüchen
Die folgende Schaltung / LayOut dient zur Information, wie in
meinem Projekt spezielle Aufgabenstellungen gelöst wurden.
Diese Informationen und Arbeitsergebnisse sollen ausschließlich
private Modelleisenbahner in der Durchführung ihres Hobbies
unterstützen.
Die Schaltungen sind NUR für den Einsatz auf Modelleisenbahnen im
Niederspannungsbereich und für temperierte, trockene Wohnräume
ausgelegt.
Allerdings kann ich keinerlei Gewähr für die
Funktionsfähigkeit in allen Situationen und Einbauvarianten
übernehmen. Ferner kann ich auch keine Haftung übernehmen, die aus
der Verwendung / Einsatz der Ideen bzw. Arbeitsergebnisse
ableitbar sind. Analoges gilt für alle sonstigen möglichen
Ansprüche, die in direktem oder indirektem Zusammenhang mit dem
Betrieb stehen.
Der Nutzer dieser Informationen akzeptiert diesen Ausschluß und
trägt alleine das Risiko einer Verwendung auf seiner
Modelleisenbahn.
Eine Verwendung dieser Ideen bzw. von Arbeitsergebnissen, in
Gänze oder Teilen, ist für jegliche Art von kommerziellen Zwecken
nicht gestattet.
--- weitere
Informationen zur Nutzung von meinen Ideen findet der Leser
hier ---
---
mit der Nutzung werden diese
Regeln automatisch anerkannt ---
IR-Positionserkennung Schaltung
Ein Nachbau ist nur für private Zwecke
gestattet.
Die Schaltung wurde mit dem Programm EAGLE * erstellt. Bei Bedarf
kann die Schaltung privaten Modelleisenbahnern auf Anfrage als
Datei zur Verfügung gestellt werden.
Es wird allerdings eine lizenzierte EAGLE* Version 5.11.oder höher
benötigt.
Um die Schaltung zu betrachten, bitte das Bild
anklicken
IR-Positionserkennung Platinen-Lay-Out
Ein Nachbau ist nur für private Zwecke
gestattet.
Das LayOut wurde mit dem Programm EAGLE * erstellt. Bei Bedarf
kann das LayOut privaten Modelleisenbahnern auf Anfrage als Datei
zur Verfügung gestellt werden.
Es wird allerdings eine Lizensierte EAGLE* Version 5.11.oder höher
benötigt, wenn Änderungen vorgenommen werden sollen.
Aus dieser Datei lassen sich durch professionelle Anbieter direkt
Platinen (Leiterplatten) fertigen.
Um die Platine zu betrachten, bitte das Bild
anklicken
IR-Positionserkennung
als
einsatzbereites Modul
Bis zu 8 IR
Transistoren (= 8 Lichtschranken) können angeschlossen
werden.
Für jede IR - Lichtschranke steht ein Ausgang zur Verfügung;
z.B. zum Anschluß eines Besetztmeldereingangs.
Ferner stehen
zusätzlich 2 Eingänge für die Überwachung der Drehscheibenbühne
zur Verfügung.
Das Prinzip der Anschaltung ist der Graphik >> siehe
Drehscheibe
zu entnehmen.
Im Bild sind 4 Besetztmelder
dargestellt, davon links zwei mit einem IR - Vorsatz (IR -
Transistor) zur Positionserkennung und dann rechts folgend, 2
Vorsätze zur Erkennung einer Gleisbelegung durch Fahrzeuge.
-- Diese letzten Vorsätze sind nur beim 3 Leiter Märklin System
und der gleichzeitigen Verwendung von Besetztmeldern aus dem 2
Leiter - Bereich ("Strommessung") notwendig. --
IR-Transitor
-- (Gleis-) Einsatz auf der Anlage
Der IR - Transistor ist bei mir steckbar
ausgeführt. Im Bedarfsfall läßt er sich dadurch relativ leicht
auswechseln.
Die schwarze Farbgebung, mit
Ausnahme der Optik (heller Punkt !!) dient zur optischen Tarnung
im Gleis.
Hier ein Einbaubeispiel im
Gleisbett.
Bei Gleisen mit einem integrierten Gleiskörper, z.B.
C- Gleis* von der Fa. Märklin, kann der IR-Transistor
auch in das Gleisbett eingebaut werden; analog zum Einsatz auf
meiner Drehscheiben - Bühne.
Neben dem Gleis ein
"Kabelkanal" mit Verbindung zur "Unterwelt".
Bei der späteren Ausgestaltung
der Anlage, inkl. Schotterung der Gleise, muß der "Bauarbeiter"
aufpassen, daß der IR-Transistor im optischen Teil nicht
abgedeckt wird.
Die erwähnte
Störspannung -- im Detail
Alle Tests und ersten Erprobungen mit einer
Positionierung des IR - Transistors im Gleis verliefen
erfolgreich.
Aber als ich die Drehscheibe mit den IR
Transistoren in Betrieb nahm und dann die Gleisspannung
einschaltete spielten die IR Transistoren verrückt; will heißen
die Meßergebnisse zeigten laufend andere Werte an, so daß die
Bühne mal frei und mal besetzt gemeldet wurde, in ganz
beliebiger Reihenfolge und zeitlichem Abstand.
Nach längerem untersuchen mit dem Oszilloskop kam ich dahinter,
daß die Einkopplungen des Gleissignaltaktes (Rechteck - Flanke
alle 50 µs) auf die hochohmigen IR Meßleitungen zwischen 1 V bis
2 V betrugen; was bei einer gesamt Meß-Spannung von 5 V
äußert massive Auswirkungen hat.
Damit konnte anhand einer einzelnen Messung über den µ Processor
(AD Wandler) nicht mehr festgestellt werden, ob dies ein Wert
aus der IR Transistor - Messung ist oder ein Störimpuls.
Ein Versuch mit "Entstör - Kondensatoren"
(kleinen Werten) brachte zwar eine Beruhigung des
Spannungsverlaufs aber auf Kosten des Meßbereichs. Die Spannung
wurde auf einen "festen Wert" angehoben, so daß die IR
Transistoren in weiten Bereichen nicht mehr wirken konnten.
Es blieb mir nur übrig, die Anzahl der
Messungen zur Bildung eines Meß - Mittelwertes stark zu erhöhen
und ebenso die Anzahl der Mittelwerte bevor eine Auswertung
stattfinden kann.
Gleichzeitig wurde die Auswerte - Strategie verändert.
Diese Maßnahme zeigte einen Erfolg, leider kann sie eine
Fehlanzeige nicht ganz verhindern.
Aus Gründen der Vorsorge habe ich auch die Anzahl der Messungen
zur Bildung eines Mittelwertes bei IR Transistoren im Gleis
erhöht.
Allerdings geht das Ganze zu Lasten der
Reaktionschnelligkeit, insbesondere wenn an dem Modul noch
weitere IR Transistoren im Gleis angeschlossen sind.
Da ich die Störungen so nicht zufriedenstellend unterbinden
konnte, tauschte ich das gesamte Kabel vom Decoder zur
Drehsscheibe aus und verwendete ein geschirmtes Kabel.
Den Schirm schloß ich an den Ground (minus) des Dekoders an.
Damit war der "Spuk" beendet.
Warum ich da nichtgleich drauf kam ?? --
Ich weiß es nicht.
Auf die ca. 2 m lange Strecke hat das
Gleissignal eingekoppelt. Da aus Gründen des Setzens des
Schwellwertes ein 470 k Ohm Widerstand verwendet wird wirken
sich schon die kleinsten eingekoppelten Spannungen aus und
bewirken eine Änderung in der Messung.
Die Erfahrung zeigt
- die Schaltung wirkt sehr genau und
auf kleinste Veränderungen des Sensors
- solche hochohmigen Leitungen muß man
unbedingt geschirmt führen.
Anmerkung:
Bei mir ist die Märklin / Fleischmann Drehscheibe mit dem
Umbausatz der ehemaligen Fa. Müt, jetzt DIGIRAIL (Hr. Stollner),
sowie Selectrix im Einsatz.
Bei anderen Drehscheiben und Umbausätzen sowie digitalem
Systemen wird es anders aussehen. Trotzdem sollten bei diesen
auch solche Ereignisse in der Planung mit betrachtet werden.
