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 ---
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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.
