Modell-Bahn Module Steuerung Bahn |
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Die Steuerung der Modulanlage basiert auf einem einfachen
Bus-System
,
ein Multiplexerbus. Die Eigenart von Bussystemen ist, dass immer nur eine
Adresse, für ein Schaltelement auf einem Modul, übermittelt werden kann, es
muss alles der Reihe nach erfolgen. Das System wurde so gewählt, weil
man mit wenigen Leitungen jedes Element erreichen kann, egal wo es am
Bus "horcht". Das ist damit auch die Basis, dass jedes Modul an beliebiger
Stelle in die Anlage eingefügt werden kann, es behält immer seine Adresse.
In unserem Fall gilt das auch, wenn die Einbaurichtung des Moduls getauscht
wird.
Die Steuerung eines Bus-Systems erfolgt, wie bereits unter
Master für Bus-Steuerung
beschrieben wurde, über einen Master. Für unseren Fall ist das einfach eine
Dioden-Matrix:
Warum es nun gerade eine Dioden-Matrix sein muss, ist hier beschrieben.
Die einfachste Variante ist auf einem "Brett" alle Taster zu installieren.
Die Taster müssen entsprechend beschriftet werden.
Der Nachteil dieser Variante ist, dass es schnell unübersichtlich werden
kann und, da ja weitere Module gebaut werden sollen, auch das Brett mit
neuen Tastern erweitert werden muss.
Denkt man einmal über den Anschluss der Steuerung an den Modulen nach, so kann
dieses Brett an beliebiger Stelle an das Bussystem gesteckt werden, das bedeutet
aber auch, dass das Brett, der Master, entsprechend den Modulen aufgeteilt
werden kann und somit entsprechend der zusammengesteckten Module generiert wird.
Denkbar wäre sogar, an jedes Modul auch die Steuerung zu stecken. Das ist aber
eigentlich nicht gewollt, es soll eine zentrale Steuerung entstehen, aber möglich
ist es!
Wenn nun für jedes Modul eine Steuerung vorgesehen ist, kann diese auch entsprechend gestaltet werden, z.B. als Quasi-Gleisbild Steuerung.
Das dargestellte Gleisbild entspricht der Anordnung auf dem Modul
Kieswerk
. |
Zentral muss das Abschalten der Gleisabschnitte, das Schalten der Weiche und das Zuordnen zur zentralen oder autonomen Spannungsversorgung (N1/N2) möglich sein. Natürlich gibt es auch Beleuchtung, die nur für dieses Modul zutrifft, die wird auch von hier geschaltet. |
Würde man die Steuermodule quadratisch gestalten, könnte nahezu ein
Gleisbils-Stellwerk zusammengebaut werden. Etwas schwierig ist dann aber die
Lösung der Verbindung der Steuermodule untereinander. Das ginge, indem auf
jeder Seite des Quadrats eine Buchse und ein Stecker angeordnet wird -
der Aufwand erschien zu hoch, so dass zunächst eine einfache Lösung realisiert
wird.
Aber auch wie bei den Bahn-Modulen, die Module mit den Gleisen sollen nun Bahn-Module
heißen, würden ein entgegengesetzter Bogen das Modulkonzept
der Steuermodule durcheinanderbringen!
(siehe Modulgeometrie/Maßhaltigkeit)
Die einfache Variante hat auch den Vorteil, das Bahn-Module auf denen keine Steuerelemente
vorhanden sind, kein Steuermodul bedürfen, wie z.B. das Bahn-Modul
Brücke,
Rampe,
oder
Viertel-Modul1
. Letzteres braucht wie viele andere Bahn-Module nur die Steuerung der Beleuchtung.
Damit ist es sicher sinnvoll ein Steuermodul für zentrale Funktionen aufzubauen,
z.B. auch für das "reset".
In der einfachen Lösung erhält jedes Steuermodul oben ein D-SUB25-Stecker und
unten eine D-SUB25-Buchse. Damit können nun lange Reihen von Steuermodulen
zusammengesteckt werden. Was jedoch noch fehlt, wäre ein "Start-Steuer-Modul". Dieses soll
unten und rechts eine Buchse bekommen und oben ein Kabel mit Stecker. Modifiziert
man dieses Steuer-Modul so, dass anstelle das Kabels links ein Stecker angeordnet wird,
kann man weitere Reihen von Steuermodulen aufbauen:
Die Anornung zeigt zugleich, dass die Steuermodule in der Länge kein
Rastermaß einhalten müssen, in der Breite aber doch. |
Und noch etwas geht, unten bzw. rechts gibt es immer freie Buchsen, an diese kann die Leitung des Bussystems eines beliebigen Bahn-Moduls gesteckt werden und schon gibt es auch so eine Verbindung man kann dann den Verteiler0 sparen. Das ist das einfach tolle an einem Bussystem - man kann ohne Bedenken alles zusammenstecken, was irgendwie geht! Und die Vielfalt wird noch größer, da der "Inhalt" der Steuermodule auch sehr vielfältig varierbar ist, z.B. kann so ein Steuer-Modul auch die Stromversorgung oder den Fahrspannungregler realisieren und wo die stecken ist natürlich auch wieder egal! Die Grenzen so eines Systems werden lediglich durch den Übergangswiderstände der Stecker gesetzt. Ob das Steckersystem für Anlagen mit einer Ausdehnung von 20m und mehr noch ausreichend ist, wurde noch nicht probiert. In anderen Systemen werden in solchen Fällen Bustreiber eingesetzt - darüber wurde noch nicht nachgedacht. |
Solche Varianten sind nun machbar! |
Die Steuermodule werden in Reihe zwischen die Bahnmodule gesteckt. Es entsteht nun eine Serienschaltung des Bussystems. Allerdings könnte es ein Problem geben wenn die Fahrspannung des rechten Bahn-Moduls vom linken bereitgestellt wird (über die Leitungen 17/18), diese Leitungen sind nicht durch die Steuermodule gezogen, sollte man für diesen Fall noch nachrüsten. |
Auch das ist möglich! |
Das Verteilermodul0 ist zwar in Reihe zu den Bahnmodulen geschaltet, das weitere Steuer-Modul aber nicht! Wir haben es nun mit einer Sternschaltung des Bussystems zu tun. Diese Form der Zusammenschaltung kann man nun beliebig fortsetzen, das geht alles. Das 12V-Spannungs- und das Fahrspannungsmodul können nun auch an beliebiger Stelle in das Bussystem eingeschaltet werden. |
!!! Es gibt jedoch beim Zusammenstecken eine absolut notwendige Festlegung:
Nur dann werden die richtigen Adressen ausgegeben.
Auf dem Steuermuodul für zentrale Funktionen und Anzeige der Adressee sind
Pull-Down-Widerstände vorhanden (s.u.) - dieses Modul muss immer gesteckt werden!
(Oder man baut irgendwo anders diese Widerstände ein)
Wie sollen nun die Steuer-Module real aussehen?
Es wurde etwas experementiert und folgende Lösung erarbeitet:
Die gestrichelten Teile sind bestehen aus 5mm dickem Sperrholz, die Deckfläche
ist ein Stück Leiterplatte, wobei die Kupferschicht nach unten zeigt.
Als Taster werden kleine Mikrotaster verwendet:
In die Leiterplatte werden entsprechend der Maße des Tasters Löcher gebohrt.
Die Leiterplatte wird mit "Plus" der Systemspannung verbunden und somit kann
ein Anschlusspaar des Tasters mit der Leiterplatte verlötet werden, es steht
somit eine 1 zur Verfügung. Die anderen zwei Löcher werden wegen der Isolation
etwas tiefer gesenkt, die anderen Stifte des Schalters haben so keine Verbindung
mit der Leiterplatte und werden mit einem Draht verlötet. Nun kann an beliebiger
Stelle der Leiterplatte ein Taster gesetzt werden.
Die Sperrholzteile werden durch jeweils 2 Holzschrauben mit der Leiterplatte verbunden.
Zuvor sollte jedoch die Beschriftung und eine Folie zum Schutz der Beschriftung
aufgelegt werden. In beiden müssen die Ausschnitte für die Taster und wenn vorhanden
weiterer Elemente ausgearbeitet werden.
Beschaltung der Steuermodule
Zur Realisierung des oben gezeigten Bus-Prinzips des gesamten Modulsystems und auch der Steuer-Module, muss jedes Modul den gesamten Bus "durchstellen", d.h. es müssen alle vereinbarten Verbindungen zwischen Buchse und Stecker gezogen werden:
Sinnvoll ist, die Leitungen der Stifte 1 bis 13 von Buchse und Stecker vor dem
Einbau und Zusammenbau des Steuer-Moduls zu verdrahten. An diese Leitungen
kommt man nach dem Zusammenbau nur noch schlecht heran, da sie zur Leiterplatte
zeigen. Leitung 14 bis 25 kann man auch nach dem Zusammenbau löten. |
Vereinfachungen gibt es, indem man dickere Leitungen z.B. zwischen Stift 1 und 2 einlötet und somit gleich die Leitungen verbunden hat. Die Besonderheiten der Verdrahtung wird an den einzelnen Modulen beschrieben. Es sollten aus oben genannten Gründen alle Leitungen gezogen werden auch die Leitungen 17/18! |
Solche zentralen Funktionen können z.B. das Licht auf allen Bahn-Modulen sein und auch ganz wichtig die "reset"-Funktion. Zu diesen Funktionen soll gleichzeitig eine Anzeige der gewählten Adresse erfolgen:
Als Anzeige wurden LED's genutzt, deren Wertigkeit darüber angegeben ist,
leuchtet also die 1. und 3. Diode (von rechts), ist es die Adresse 5, diese
wurde dem Licht an der Bahn zugeordnet, z.B. Bahnsteigbeleuchtung. |
Gegenüber der bisherigen Darstellung, wurde die Lichtsteuerung verändert,
das Licht für Bahn und Häuser kann über die Adressen 5 und 6 nur noch
eingeschaltet werden. Deshalb gibt es den neuen Taster "Licht alle Module aus!" |
Die Beschaltung verlangt nach dem Grundprinzip, dass alle Leitungen durchgeschaltet
werden müssen, aber gleichzeitig gibt es Verzweigungen zu den Widerständen der
LED's und zu den Dioden der Master (siehe oben). Das kreigt man nicht mit der
Buchse und dem Stecker hin. Sinnvoll ist hier der Einsatz eines Stücks Universal-
Leiterplatte. Was da rauf muss ist in dem grauen Kästchen dargestellt. |
Das Verdrahten dieser Anordnung ist etwas kompliziert, denn die Leitungen des Adress-Buses 9, 10, 11, 12 und 13 müssen vor dem gesamten Zusammenbau schon angelötet sein. Das geht nur indem schon mal an Buchse und Stecker kurze Drahtstücke angelötet werden. Nach dem Einbau von Buchse und Stecker werden die Drähte dann mit der Leiterplatte verbunden. Die geometrischen Maße erweisen sich nun doch als sehr knapp bemessen - aber es geht.
Zusätzlich wurden in diesem Teil auch die Pull-Down-Widerstände untergebracht.
Das ist sinnvoll, da dieses Teil vermutlich immer gesteckt wird, schon um die "reset-Funktion"
auslösen zu können. |
Die linken 8 Leitungen stellen den Adressbus durch, an den rechten 8 Leitungen
werden oben die LED's angeschlossen, 3 Leiterbahnen werden getrennt und hier die
Dioden zur Realisierung der Adressen 1 (reset), 5 (Licht Bahn) und 6 (Licht Straße)
eingelötet.
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Das Ganze zusammengebaut sieht dann so aus:
Da die 12V dringend gebraucht werden, soll als nächstes so ein Versorgungs-Modul
beschrieben und gebaut werden. |
Es wird dafür ein einfacher Konstant-Spannungregler 7812 genutzt. Zusätzlich gibt es noch eine Bereitschaftsanzeige und die Möglichkeit die Spannung über Telefonbuchsen abzugreifen. Eine Leiterplatte ist nicht erforderlich. |
Der reale Aufbau sieht wie folgt aus:
Der Aufbau entspricht dem Modul zur Steuerung zentraler Funktionen, nur mit dem
Unterschied, dass als Platte keine Leiterplatte verwendet wurde, sondern irgendein Stück
Plastik. In dieses werden die Löcher für die Bauelemente gebohrt, diese durchgesteckt
und von unten verlötet.
Das Modul wurde dahin erweitert, dass nun alle Leitungen vom Systembus durchgestellt werden,
es kann nun an beliebiger Stelle gesteckt werden!
Wie bereits oben schematisch dargestellt wurde, wird ein "Startmodul" bzw.
Verteiler0 für die Steuerung aufgebaut. In diesem Modul wird der Bus vom Stecker
auf zwei Buchsen verteilt. Die Maße des bisher vorgestellten Steuermoduls reichen
dazu nicht aus (wegen der Buchse rechts), es wird um 1cm nach "oben" verlängert.
Die Deckplatte besteht aus Sperrholz, kann aber beliebiges Material sein.
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Obwohl nicht notwendig, wird auch hier ein Stück Universal-Leiterplatte mit 3 Lochreihen zum Löten eingesetzt, die Verdrahtung läßt sich sicher so einfacher realisieren, als wenn man versucht an einer Buchse pro Stift jeweils zwei Drähte anzulöten (in der Zeichnung links sind die Farben des verwendeten Druckerkabels angegeben):
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Welche Taster gebraucht werden und welche Funktion sie haben wurde oben bereits
beschrieben.
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Prinzipiell sieht die Schaltung wie die der Steuerung der zentralen Funktionen
aus. |
Es werden jedoch nur 5 Leitungen vom Bus gebraucht. Jedoch sind auf dem Steuermodul 11 Schalter vorhanden, also werden auch 11 Leitungen gebraucht, von denen über 1 bis 4 Dioden die jeweilige Adresse realisiert wird (grüne Zahlen). Das geht natürlich nur sinnvol über ein Stück Universal-Leiterplatte. Der grau hinterlegte Kasten soll darstellen, was auf der Leiterplatte untergebracht werden muss. |
Die grünen Zahlen oben entsprechen den genannten Leitungen in der Schaltung,
das sind die Verbindungen zu den Tastern.
Die schwarzen Zahlen entsprechen der Wertigkeit der jeweiligen Bus-Leitung.
Die Zahlen unter der Schaltung entsprechen der Anzahl der Verbindungen zu den
Busleitungen, 10 ist also die größte Zahl, die Leiterplatte muss somit
10 + 2 (Verbindungen zu Stecker und Buchse) = 12 Lochreihen haben. Da es
aber so recht eng wurde beim Aufbau der Dioden-Matrix wurden zwei Lochreihen
mehr veranschlagt.
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Für die Steuerung Grundmodul Abzweigung (bzw. Pferdehof) wurde in gleicher Weise ein Steuermodul erarbeitet:
In gleicher Weise wurde für eine Bahnhofsplatte einer "Teppich-Bahn" ein Steuermodul erarbeitet:
Auch für die Steuerung der Schaltelemente auf den Modulen durch einen PC wurde ein spezielles Steuermodul aufgebaut. Es hat natürlich die gleichen Abmaße, es gibt lediglich eine weitere Verbindung zur PC-Elektronik.
Modul Fahrspannung
(muss noch verändert werden!)
Auch der Regler, zur Erzeugung der Fahrspannung, der etwas größer geraten ist, passt in dieses System. Er wurde auf die Länge von 2 Steuermodulen gebracht, erhielt in gleicher Höhe Stecker und Buchse und natürlich die komplette Busverdrahtung. Zusätzlich zur Fahrspannung wurde auch die 12V Spannung abgegriffen, vom Kasten sollen ja noch andere Baugruppen angesteuert werden.
Der Kasten ist zwar wesentlich höher als die anderen Teile, aber er passt exakt in so eine Steuer-Reihe.
Und noch etwas ist möglich:
Steckt man oben eine Reihe Verteiler (einer mit Kabel, die anderen mit links,
rechts und unten Steckverbinder) kann man darunter in entsprechender Rehenfolge
die Steuermodule stecken. Es entsteht in etwa ein Gleisbild-Stellwerk. Das Grundmodul
Tunnel gibt es noch nicht als Steuerung, da ist nur ganz wenig zentral steuerbar.
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Auch das nicht passgerechte Modul für den kindgerechten Bahnhof könnte von der
Steuerung mit einbezogen werden. |
Der zweite Verteiler in der ersten Spalte dient nur als Platzhalter, seine Buchse rechts wird nicht genutzt. Da bedarf es aber noch etwas Überlegung, in welcher Art so ein Platzhaler notwendig ist. |
Weitere Steuermodule
Das Bahn-Modul "Kinderland" ist in Bearbeitung und wird demnächst vorgestellt.