Jens Mohr

Ingenieur  +  Betriebswirt
 

... das (H0) Modellbahnprojekt
St. Margareten 

 



 

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Jens Mohr
83224 Grassau
(Chiemsee/Achental)

 

 


Impulsauswertung

-- Messung, Berechnung von Weg + Zeit + Geschwindigkeit --

(zur Nutzung dieser Informationen > siehe Elektr.-Entw.)


Ziel

Ich möchte auf der Anlage die Fahrzeug- / Zugbewegungen in ihrer jeweiligen Geschwindigkeit an die Topologie der Anlage anpassen und des weiteren die Geschwindigkeiten der Zugattungen zueinander in Relation bringen.


Ausgangssituation
 

Mit einer Zentrale wird in Form von Fahrstufen an einen Fahrzeug - Decoder auf der Anlage die zu fahrende Geschwindigkeit übermittelt.
Jeder Fahrzeug - Decodertyp ordnet einer Fahrstufe einen anderen elektrischen Spannungswert zum Antreiben des Motors zu.
Jeder Motor reagiert auf den gleichen Spannungswert aber unterschiedlich in der Drehzahl.
Es ist leicht zu erkennen, daß bei der gleichen Fahrstufe jedes Fahrzeug mit einer anderen Geschwindigkeit unterwegs ist.

Wie kann man etwas tun ??

Um das Ziel zu erreichen, daß die Fahrzeuge für den Betrachter in einem angemessenen Geschwindigkeitsverhältnis untereinander auf der Anlage fahren, müssen in den Decodern Einstellungen an den sog. CV's vorgenommen werden.

Zur leichteren Durchführung solcher Arbeiten kann man einen Rollenprüfstand hinzuziehen.
Wenn jetzt die Umdrehungszahl eines Lokrades ermittelt werden kann und man aus Versuchen weiß, daß dies eine, für Lok und Anlage angepaßte Geschwindigkeit darstellt, dann lassen sich andere Decoder entsprechend "voreinstellen".

Rollenprüfstände gibt es auf dem Markt, ebenso z.T. auch noch Meßaufnehmer -- Rollen mit einem Magneten, der bei jeder Umdrehung an einem Hall Sensor vorbeigeführt wird.
Die Programme, die aus diesen Informationen eine Geschwindigkeitsangabe berechneten sind (Stand 01.22) vom Markt verschwunden. Aus Foren - Beiträgen ist zu entnehmen, daß die Ergebnisse dieser Programme nicht den Erwartungen der Anwender entsprachen.

Bei diesem Hintergrund habe ich mich an die Entwicklung einer "Impuls - Auswertung" begeben.

 

Lösungsansatz
 

Ich habe aus den ersten "digitalen" Modellbahn - Tagen noch einen Rollenprüfstand und einen Rollen - Meßgeber auf der Basis eines Hall Sensors.

-- Das ursprünglich angeschaffte PC Programm zur Auswertung kann nicht mehr eingesetzt werden, da dieses zwingend ein RS232 Schnittstelle auf PORT 1 erwartet. RS232 Schnittstellen gibt es heute an Notebooks nicht mehr und über USB mit einen Adapter läßt sich der Meßgeber nicht anschließen.

Der Meßgeber wird im original Zustand über einen, im Stecker integrierten Optokoppler an den RS232 Port angeschaltet. --

In einem ersten Versuch habe ich den Meßgeber über eine Laborplatine mit Spannung versorgt und mit einem Oszilloskop die Impulse betrachtet.
Was sofort auffiel, waren die hochfrequenten Störspannungen, die auch zu "Fehlimpulsen" führten. Diese haben ihre Ursache in dem Motor, besser dessen Kohle / Bürsten / Kollektoren.
Die erste Maßnahme war daher einen "Filter" aufzubauen, um die Störimpulse auszukoppeln.

Eine zweite Einflußquelle war die Geschwindigkeit des Rades (der Räder) der Lok auf dem Prüfstand. Mit zunehmender Geschwindigkeit ging die Haftreibung mit dem Rad des Rollenprüfstandes zurück. Das lag daran, das die ungenaue Maßhaltung der Räder zu Vibrationen führte und dies wirkte sich auf die Impulsform -- sprich Impulslänge aus.

Während den elektrische Störung elektrische Maßnahmen wirksam entgegengesetzt werden können, kann man bei den mechanischen Vorgängen nur versuchen die Lok auf den Prüfstand per Druck besser zu fixieren, damit die Vibrationen nicht so heftig ausfallen.

Mit sauberen Impulsen kam der zweite Schritt an die Reihe, wie kann ich die Impulse messen und die Messung einer Zeitbasis zuordnen; z.B. in der Form Umdrehungen / sec.
Das erste Meß - und Software - Konzept entstand.

Die sich daraus ergebenden Anforderungen an die µProcessor - Hardware gaben die Suchrichtung vor. Auch die vorhandene SW Entwicklungsumgebung ist bei der Auswahl zu berücksichtigen.

Die Handhabung / Kommunikation soll über ein LCD mit Touch Screen (Panel) inkl. Hintergrundbeleuchtung erfolgen.

-- Nach diesen ersten Betrachtungen ist mir klar geworden, warum die Softwareprogramme inkl. der HW vom Markt verschwunden sind. --


Meßkonzept

Anregungen habe ich mir aus dem Internet geholt, hier insbesondere von den Seiten von Hr. Sprut

Die Grundidee ist die zeitliche Messung eines einzelnen Impulses, z.B. von der fallenden Flanke bis zur nächsten fallenden Flanke. Damit erhält man die zeitliche Dauer eines Impulses.

Durch den Hall Sensor wird die Meßleitung für die Dauer der Begegnung Magnet - Sensor auf GND (Ground) gelegt. In der restlichen Zeit liegt diese durch die Beschaltung auf + Potential, hier +5V.

Über einen Port des µProcessors werden die Impulse (Start Flanke) des Meßgebers detektiert und per Interrupt dann das zugeordnete Register mit der Zeitmessung aktiviert.

Der Timer in dem µProcessor beginnt mit dem Zählen der Taktimpulse des Prozessors. Der Quarz hat eine feste Frequenz, die sich per HW Einstellungen, reduziert an die Erfordernisse anpassen läßt.
Die zwischen "Start" und "Stop" gezählten Anzahl Takte, multipliziert mit der aus der Frequenz abgeleiteten Zeit ergibt die zeitliche Impulslänge.

Aus dem Durchmesser des Meßrades errechnet man den Umfang, was der Wegstrecke eines Umlaufs entspricht. Ein Umlauf (Drehung) entspricht einem Impuls.

Im nächsten Schritt -- ausgehend von einer gleichbleibenden, gleichförmigen Bewegung -- definiert man sich eine Bezugs - Zeitbasis und berechnet auf dieser ....

  • Anzahl von Impulsen, entspricht Anzahl von Umdrehungen
  • zurückgelegte Wegstrecke
  • Geschwindigkeit (Modell)
  • Geschwindigkeit (Real) mithilfe des Modellmaßstabs (Scale)

 

Kommunikationskonzept

Die Anzeige soll über ein LCD  Display erfolgen;
alle Eingaben über ein TouchScreen (Panel).

Die Kommunikation zum LCD Display Processor erfolgt über die SSI Schnittstelle.
Der TouchScreen ist direkt an µProcessor - ADC -  Ports angeschlossen.
Bei Betätigung des TouchScreens wird ein Interrupt ausgelöst und die Impulsmessung unterbrochen.

Auch während der Ausgabe / Übergabe der ermittelten Daten an das LCD wird die Impulsermittlung unterbrochen.

Daraus folgt, schnelle kurzzeitige Veränderungen in der Lokgeschwindigkeit (Beschleunigung, Abbremsen) lassen sich nicht zu 100% genau vermessen.
 

 

Meine Lösung
 

Einsatz sowie Ausschluß von Haftung und sonstigen Ansprüchen

Die folgenden Darstellungen dienen 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 ---


In der Folge folgen einige Bilder zur allgemeinen Darstellung. Personen die weitergehende Informationen wünschen mögen sich bitte per eMail an mich wenden.

 


HINWEISE     zu mit  *  markierten Worten

Alle Firmenbezeichnungen / Firmennamen; Produktbezeichnungen / Produktnamen stellen keine Werbung oder Empfehlung dar, sondern beschreiben nur die in diesem Projekt individuell und subjektiv ausgewählten Produkt - Hersteller bzw. Lieferanten als auch deren verwendeten Produkte zur Anschauung, Darstellung und Beschreibung des eigentlichen Projekt - Inhalts.

Analoges gilt auch für die eingetragenen Links (s. hierzu Distanzierung auf der Link-Seite).

Der Leser soll selbst auf dem Markt recherchieren und für seine Bedürfnisse selbst entscheiden welches Produkt er einsetzen will und wo er sich dieses beschaffen möchte.

In dieser Veröffentlichung verwendete Produktnamen / Produktbezeichnungen sind von / durch den einzelnen Hersteller(n) geschützt. Ihre Nutzung dient lediglich zur Kennzeichnung / Beschreibung des Produktes selbst.
Analoges gilt für die erwähnten
Firmenbezeichnungen / Firmennamen.