Hintergrundinfo zum 3-fach Schleusengleis

[johannes]

Hallo zusammen,

wie gewünscht habe ich mal angefangen eine Beschreibung meines 3-fach Schleusengleises zu erstellen. Es gibt allerdings keinen kompletten Scaltplan bisher, deshalb kommt hier mehr Textbeschreibung. Ich werde aber versuchen diesen Beitrag entsprechend zu ergänzen, insbesondere auch wenn es Fragen in diesem Thread geben sollte.

Die Aufgabenstellung:

Ein Gleisabschnitt G soll zwischen 3 verschiedenen Digitalzentralen umgeschaltet werden. Die Umschaltung soll über Digitalsignale (wie bei einem Schaltdecoder) erfolgen und gut abgesichert sein, damit keine Kurzschlüsse entstehen. Der aktuelle Schaltzustand soll über LEDs signalisiert werden.
Insgesamt 4 Schaltzustände sind zu unterscheiden:
- Strom Aus an G
- Gleisspannung A durchgeschaltet auf G
- Gleisspannung B durchgeschaltet auf G
- Gleisspannung C durchgeschaltet auf G

Der Lösungsansatz:

Ein Mikrocontroller-basiertes Board, dass Digitalsignale versteht und die 4 Schaltzustäne über bistabile Relais mit jeweils 2xUM realisiert. Die bistabilen Relais sind Varianten mit 2 Spulen. (In der folgenden Schaltung sind aus Symmetriegründen und zur Erweiterbarkeit 4 Relais verbaut, obwohl nur 3 benötigt würden). Die Digitalsignale werden über einen Optokoppler direkt an den MC geführt und von diesem interpretiert.


Details:

Als Ausgangspunkt habe ich den OpenDCC Decoder --> http://www.opendcc.de verwendet.
Speziell die Variante HardwareVersion2 in der Relaisvariante --> http://www.opendcc.de/elektronik/HW2_re ... elais.html

Da ich den Aufbau aber nicht in SMD ausführen wollte, habe ich auch Anleihen bei der Variante ohne SMD gemacht:
http://www.opendcc.de/elektronik/HW2_no ... nosmd.html

Ausserdem habe ich einige grundlegende Veränderungen / Auslassungen vorgenommen:

1) Der Atmega 8515 ist auch als 40-poliges DIL-Gehäuse verfügbar.

2) Zur Vereinfachung habe ich ein fertiges 5V-Schaltnetzteil (Steckernetzteil) für die Stromversorgung verwendet. Da meine bistabilen Relais auch als 5V Version verfügbar waren, entfällt der komplette obere Teil des Schaltplanes um IC4 und IC1.

3) Die Ankopplung an den Digital-/Gleisstrom (und damit das DCC-Signal) habe ich über den Optokoppler 6N136 gelöst (ähnlich wie in HW1 für Signalbrücken, allerdings nur mit den beiden Widerständen R1 und R5, d.h. ohne Diode und ohne R2).

4) Den externen Takt mit Quartz Q1 kann auch entfallen, da der interne Oszillator des ATMega gut funktioniert

5) Da ich 4 bistabile (2-Spulen-)Relais vorgesehen habe (auf einer externen Platine) werden alle 8 Kanäle von Port PB des ATMega benötigt. Pro bistabilem Relais sind zwei getrennte Spulen enthalten und so muss für jeden der beiden Schaltzustände eine Leitung von Port PB über den ULN 2803 angeschlossen werden. Der ULN2803 nthält bereits Dioden, sodass ich keine zusätzlichen Absicherungen für die Relais vorsehen musste.

6) Für die LED-Signalisierunng habe ich im Code noch zusätzlich den Port PC über ULN2803 angeschlossen (Im Prinzip genauso wie bei Port PB im Schaltplan). Hier sind momentan 4 LEDs auf den Portleitungen PC0 bis PC3 über Widerstände zwischen +5V (VCC) und dem ULN2803 angeschlossen.

7) Die Schaltung der Relaiskontakte erfolgt so, dass ein Relais nur den Strom am Gleis an/abschaltet. Zwei andere Relais sind für die 3 verschiedenen Eingangs-Gleisspannungen als Kaskade angeschlossen, so dass jeweils nur einer der Gleisspannungen am ersten Relais anliegt. Jedes Relais schaltet parallel beide Pole der Gleisspannung. Dadurch wird auch bei Ausfall/Nicht-Schalten eines Relais kein Kurzschluss erzeugt.

8) Ports PD7 und PD5 sind nicht beschaltet. Auch die Teile um JP4 (R1 und C9) sind nicht aufgebaut. Den Programmierstecker (JP2) habe ich vorgesehen, damit das programm direkt auf dem Board verändert werden kann.


9) Das Digitalsignal wird über den Optokoppler auf Port PD2 geführt. An PD6 hängt eine LED zur Signalisierung des Betriebszustandes (keine Address -> 5-mal Blinken dann Pause, Programmiermodus leuchtet dauernd, andere Fehlerzustände ebenfalls unterschiedliche Blinkrythmen). An Port PD4 hängt ein Taster zum Aktivieren des Programmiermodus. An PD3 is gebrückt auf Masse, damit der letzte Zustand abgespeichert wird.

10) Reset hängt über R3 (10k) an Masse und ein Kondensator zwischen VCC und Masse (C7) ist auch vorhanden.

Das jetzt erstmal als Beschreibung. Einen Schaltplan habe ich bisher nicht, vielleicht finde ich dafür noch später Zeit. Die Schaltung ist auf Streifenrasterplatinen aufgebaut (Insgesamt 3, damit Signalisierung, Relais und MC getrennt bleiben, Verbindungen über konfektionierte Kabel).

Zum Programm

Für die Programmierung habe ich die OpenDCC-Software in C (Firmware für Opendecoder2 / Relay V0.12) als Grundlage verwendet. Da der Code über Compiler-Schalter verschiedene Hardwaee-Versionen und Varianten gleichzeitig abdeckt war das erst etwas unübersichtlich. Iinsgesamt ist der Code aber sehr gut strukturiert und verständlich geschrieben und kommentiert. Als ich die Struktur verstanden hatte, konnte ich eine komplett neue Variante (LOCKTRACK für Schleusengleis) hinzuzüfügen, die nur minimal den vorhandenen Code verändert. Bisher habe ich mit den OpenDCC-Leuten noch nicht gesprochen, würde Ihnen aber meine Änderungen natürlich zur Verfügung stellen.

Das Locktrack-Modul reagiert auf die entsprechenden DCC-Signale mit Umschaltung zwischen den Gleisspannungen, wobei zuerst die Spannung am Gleis abgeschaltet wird, dann zwischen den Spannungen umgeschaltet und erst dann wieder die Spannung zugeführt wird. Die Wartezeiten sind momentan auf Werte im 100ms-Bereich eingestellt.

Den Code gibt es auf Anfrage.

Aus den Erfahrungen in Velbert hat sich ergeben:

- die Weichensteuerung für die Weichen im Schleusengleis mit in das Modul packen würde, denn dies war eine Fehlerquelle
- die Signalisierung vom Schaltmodul trennen würde (Hier könnten Funkmodule zum Einsatz kommen, damit habe ich bisher keinerlei Erfahrung; also schaun wir mal...). Zumindest mehrere Led-Platinen/Signale die mit Kabel auch weiterweg vom Modul stehen können wären gut.
- die Reserven im Baustein würden noch die Ansteuerung eines weiteren Ports erlauben und damit noch ein weiteres Schaltgleis
- Mehrere Digitalsignale zuzuführen wären auch denkbar, dann könnte das Schleusengleis von allen Beteiligten gesteuert werden
- Gleisbesetzterkennung über Lichtschranken oder ähnliches wären auch eine interessante Funktion

Weitere Ideen sind willkommen und Fragen natürlich auch...

Gruss,
Johannes

[Hannes]

Details:

Als Ausgangspunkt habe ich den OpenDCC Decoder --> http://www.opendcc.de verwendet.
Speziell die Variante HardwareVersion2 in der Relaisvariante --> http://www.opendcc.de/elektronik/HW2_re ... elais.html

Da ich den Aufbau aber nicht in SMD ausführen wollte, habe ich auch Anleihen bei der Variante ohne SMD gemacht:
http://www.opendcc.de/elektronik/HW2_no ... nosmd.html

Ausserdem habe ich einige grundlegende Veränderungen / Auslassungen vorgenommen:

1) Der Atmega 8515 ist auch als 40-poliges DIL-Gehäuse verfügbar.

Hallo Johannes,

deine Schleusengleisschaltung finde ich interessant, insbesondere dank für den Link zu OpenDCC, diese Decodergeschichte dort kannte ich noch nicht. Es scheint mir zumind. so, dass meine IEK-MAD4DCC-Decoder auf OpenDCC basieren könnten, denn die Funktion ist gleich und auch der Programmiermodus (ok, ist ja softwareabhängig) ist der gleiche. Da ich bei den Bauteilbezeichnungen noch nicht ganz durchsteige, wollte ich mal fragen, wie ich das mit dem DIL-Gehäuse zu verstehen habe: Ist das ein Gehäuse für die komplette Platine? Ist die Atmega8515 die Grundplatine? Hast du zufällig dazu entsprechende Conrad-Artikelnummern?

Dann würde ich wohl demnächst meinem örtlichen Conrad einen Besuch abstatten und mir Material für ein paar weitere Decoder besorgen, da ich mir sowieso noch DCC-Weichendecoder besorgen wollte, nur wäre das natürlich die deutlich billigere Variante (und ich könnte noch einen weiteren anfertigen, um nicht die Weichenanschlusskabel über mehrere Meter verlängern zu müssen).

Mal schauen, ob ich mich dann auch mal an so ein Schleusengleispult mit Digitalfernschaltung wage, denn im Prinzip ist es ja wurst, ob auf einem der Eingänge ein Digitalgleisstrom anliegt oder ein analoger. Mit entsprechender Anpassung wäre das also eine gute Grundlage für eine ferngeschaltete Mehrsystemeinspeisung, man müsste es nur noch entsprechend schaffen, zwischen einem Ausgangssignal auf ML- oder 2L-Betrieb umzuschalten.

Grüße, Hannes

[Ehemaliger Benutzer]

Ich vermute mal "40-poliges DIL-Gehäuse" bezieht sich auf die Bauform des Atmega8515.
Als Gehäuse um das Gesamtkonstrukt kam eine billige transparente Brotdose zum Einsatz, die Platinen wurden von FischerTechnik auf Abstand gehalten.

[johannes]

Ja, Rolf hat Recht. Auch mit der günstigen Brotdose von Lidl
(Bei 1,95 für 6 Dosen ist das wohl mein günstigstes Gehäuse)?


Hier mal der Versuch einer Stückliste (auch z.T. mit Bezugsquellen):

Code: Alles auswählen

Bez     Typ             Beschreibung    Preis ca        Hinweis/Info    Bezug
P       Platine         treifenraster   2,00 €  mind Euroformat 
IC2     MEGA8515        ATMega AVR-RISC-Controller,     3,70 €  DIL-40  http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=47429;PROVID=2402
IC3     ULN2803A        Treiber (Darlington-Arrays)     0,40 €  DIL-18  
IC4     ULN2803A        Treiber (Darlington-Arrays)     0,40 €  DIL-18  
OK3     6N136           Optokoppler     0,50 €  DIL-08  http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=2857;PROVID=2402
R1      1k5             Widerstand      0,10 €          
R3      10k             Widerstand      0,10 €          
R5      10k             Widerstand      0,10 €          
R8      1k5             Widerstand      0,10 €          
R12     150             Vorwiderstand zu LED    0,10 €  Anpassen an Typ LED2    
R13     150             Vorwiderstand zu LED    0,10 €  Anpassen an Typ LED3    
R14     100             Vorwiderstand zu LED    0,10 €  Anpassen an Typ LED4    
R15     100             Vorwiderstand zu LED    0,10 €  Anpassen an Typ LED5    
C7      100n            Kondensator     0,10 €          
S1      Switch          Taster  0,10 €          
LED1    LED yellow      LED zur Statusanzeige   0,20 €  2mA !!! 
LED2    LED blau        Ultrahell (bei mir als Jumboversion)    0,50 €  Anzeige Strom aus       
LED3    LED rot         Ultrahell (bei mir als Jumboversion)    0,50 €  Anzeige Zentrale1       
LED4    LED gelb        Ultrahell (bei mir als Jumboversion)    0,50 €  Anzeige Zentrale2       
LED5    LED grün        Ultrahell (bei mir als Jumboversion)    0,50 €  Anzeige Zentrale3       
F1      0.5A            POLYFUSE        0,30 €  Sicherung für Kurzschlussfall / Optional        
K1      Relais          HFD2-L 5V :: Signalrelais bistabil      1,50 €  Dieser Typ ist ähnlich zu der Version, die ich eingesetzt habe  http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=101942;PROVID=2402
K2      Relais          HFD2-L 5V :: Signalrelais bistabil      1,50 €  Dieser Typ ist ähnlich zu der Version, die ich eingesetzt habe  http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=101942;PROVID=2402
K3      Relais          HFD2-L 5V :: Signalrelais bistabil      1,50 €  Dieser Typ ist ähnlich zu der Version, die ich eingesetzt habe  http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=101942;PROVID=2402
K4      Relais          HFD2-L 5V :: Signalrelais bistabil      1,50 €  Dieser Typ ist ähnlich zu der Version, die ich eingesetzt habe  http://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=101942;PROVID=2402
??      Steckernetzteil 5V ( 0.5A)      2,00 €  "Aus meinem Vorrat, gibt es aber auch für 2€ bei Pollin Besser aber als Schaltnetzteil "        http://www.pollin.de/shop/dt/NjQ5OTQ2OTk-/Stromversorgung/Netzgeraete/Steckernetzgeraete/Steckernetzteil_FRIWO_FE4120_5_V_0_6_A.html
MISC    Diverses        Drahtbrücken, Anschlussklemmen  3,00 €          
Misc	Gehäuse		Brotdose :-)  0,35 €