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 Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung 
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Zugchef
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#1Ungelesener Beitrag Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Hallo zusammen,
ich möchte euch etwas zeigen, das in die Sprur-N Welt gehört uns was ich seit etwa einem halben Jahr "gebastelt" habe.

mein selbstgebauter Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung.
"Digitalisiert" heißt dabei (noch) nicht, dass diese Steuerung in ein Digitalsystem wie zB DCC eingebaut werden kann, sondern dass die Steuerung mit Microcontrollern gemacht wird, es sind micros von Microchip, genannt PIC.

Ich habe meine Arnold-Drehscheibe digitalisiert mit 2 PIC-Microcontrollern, davon einer in der Drehbühne. Die Drehbühne hat 4 Licht-Sperrsignale bekommen, die automatisch auf Ein- bzw Ausfahrt gestellt werden am richtigen Ende, da wo der Gleisanschluß ist. Die Drehung wird mit einer Gleisvorwahl mit einem digitalen Drehpoti eingestellt, die Bühne stopt automatisch am vorgewählten Gleis, die Drehung erfolgt auf dem kürzesten Weg. Der Fahrstrom am Gleis wird mit PWM-Modulation optimiert für Langsamfahrten. Der Bühnenmotor wurde durch einen Faulhabermotor ersetzt.
Ein Prototyp ist Ende Nov 2017 fertig geworden.

Systementwurf auf dem Steckboard:
Das System und die Schaltungen hatte ich zunächst auf einem Steckboard entworfen und ausgiebig getestet.
Es entstanden 2 Versionen, die erste war zu kompliziert und wurde verworfen, die zweite habe ich mit Platinen realisiert.
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Bild zeigt Version 1, sie hatte noch zu viele Relais und Goldcap Kondensatoren, und war damit zu voluminös trotz SMD bauteilen.
Version 2 wurde wesentlich einfacher, ohne Relais und ohne GoldCaps.

Die 4 Platinen:
Die Steuerung besteht aus 4 Platinen:
Platine #1: in der Drehbühne, enthält dem "Bühnen-PIC" Microcontroller
Platine #2: Adapterplatine für die LED-Licht/Signal Anschlüsse
Platine #3: die Hauptplatine unter der Grube mit dem "Gruben-PIC"
Platine #4: das Bediengerät
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3 Platinen - die beiden roten und die gelben sind doppelseitig - habe ich in China über eine Internet-Bestellung herstellen lassen ... tolle Qualität und preiswert, die hellbraune ist einseitig und selbst hergestellt.
Beim Platinenhersteller mußte ich je 5 Platinen als Mindestmenge bestellen. Der Preis war fast "geschenkt" im Vergleich zu Herstellern in EU:
- je 20€ für die beiden großen, und 4 € für die kleine,
- dafür gabs 5 St. für die großen und 10 St. für die kleine,
- dazu noch 15 € Versand,
- Lieferung dauerte 2 Wochen,
- also 5 komplette Platinensätze für knapp 60 €.

Die Drehbühne:
Am schwierigsten gestaltete sich der Einbau der beiden kleinen Platinen in die Drehbühne, vom Platz her gesehen nicht problematisch, aber die Montage und Demontage der gesamten Bühne mit den vielen LED-Drähtchen erwies sich unpraktisch.
Deshalb hatte ich mich entschlossen, den schwarzen Bühnendeckel zu zersägen und die eine Hälfte steckbar zu machen. Somit kann die Bühne nun bequem zusammenmontiert werden ... und im Notfall sind die Platinen erreichbar ohne die gesamte Bühne wieder auseinander nehmen zu müssen.
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Die Bühne hat 4 Viessmann Licht-Sperrsignale (an jeder Seite ein Einfahrt- und ein Ausfahrt-Signal) bekommen, ein Licht im Maschinenhaus und ein (etwas zu groß geratenes, dafür aber - wenn es blinkt - nicht übersehbares) Blinklicht auf dem Maschinenhaus.
Ein Signal hab ich auf das Dach des Maschinenhauses montiert.
Der Zusammenbau der Bühne ist bekanntermaßen nicht einfach, weil einem dabei die 3 Getriebezahnrädchen durcheinander "fliegen". Ich habe aber einen Trick gefunden, wie das ganz einfach geht, bei Interesse bitte melden.
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Ich habe die Lackdrähte der Signale bewußt nicht gekürzt sondern zum Verstauen auf kleine Pappeschnipsel gewickelt; damit bleiben die Originallängen der Drähte erhalten.

Das Bediengerät:
Als nächstes war das Bediengerät dran, ging ohne Probleme.

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Die Teile sitzen in einen schwarzen Kunststoff-Gehäuse:
- 6 Tasten, ich hab sie mal alle eingebaut, Verwendung finde ich zZ aber nur für 4,
- ein Digitalpoti mit Drucktaster,
- ein LCD Display.
In dem Gehäuse ist noch sehr viel Platz leer; man hätte sogar noch die Hauptplatine darin unterbringen können, wenn man es denn beim Platinenlayout rechtzeitig berücksichtigt hätte. Nach der Platinenbestellung war es dafür leider zu spät.

Die Hauptplatine:
Sie ist fertig bestückt und funktionierte auf Anhieb fehlerfrei, alle Schnittstellen mit den beiden anderen Platinen (Bühne und Bedienteil) funktionieren wie vorgesehen. Sie hat erstaunlich wenig Bauteile.
Die Platine hat 5 Status-LEDs und einen Reset-Taster.
Diese Verbindungsstecker sind vorhanden:
- 2-polige 16V Gleichspannungsversorgung
- 9-polige Verbindung mit dem Bedienteil (mit einem Sub-D Stecker)
- 4-polige Verbindung über die 3 Schleifer und den Drehzapfen (Masse) zur Drehbühne
- 2-poliger Fahrstromanschluß zur Ringleitung (ist im Grubenrand verlegt)
- 4-poliger Programmierstecker für den PIC-Microcontroller

Bild

Zusätzliche Hallsensoren:
4 Hall-Sensoren werden noch hinzu gefügt zur automatischen Synchronisierung der Bühnenposition... bisher war das nur über Taster (also manuell) möglich, nun soll das automatisch laufen.
Ich habe noch 4 Eingänge an dem Gruben-Micro frei dafür; das werden zwar fliegende Kabelchen, aber für den Prototy reicht das.
Die Hallsensoren werden in die Grubenrandabdeckungen an 4 Stellen eingebaut, ein Magnet wird an eine Bühnenstirnseite geklebt.
Die ersten Tests sind sehr vielversprechend, weil der Sensor nur einen Messbereich über genau eine Schienenbreite hat. Damit kann also die Bühne zusammen mit dem Zählkontakt im Bühenantrieb genau auf eine Schienenbreite synchronisiert werden.

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Bild

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Nun werde ich mir noch eine gute Verdrahtung der 4 Hallsensoren entlang des Grubenrandes überlegen und dann kann das ganze in Betrieb gehen ... dann gibt's auch ein Video.

...und dann wird noch der Rest programmiert. Das betrifft aber nur den Gruben-PIC.
Der Bühnen-PIC sollte schon jetzt fertig sein, aber an den käme ich dank des abmontierbaren Deckels im Boden der Bühne sehr leicht dran (da ist auf dem Platinchen auch ein Programmierstecker vorhanden).

Bild

Das Programm zum Programmieren der PICs: es ist ein Turbo Pascal Compiler für PIC Micros

Bild

Damit wäre das Projekt eigentlich am erfolgreichen Ende angelangt, es war ein langer Weg.
Mal sehen, wie sich das alles weiter entwickelt, bisher war die Digitalisierung einer Arnold Drehscheibe noch ein "Weißer Fleck auf der Landkarte".

Wer interessier ist, schaue auf meine Webseite
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Viele Grüße vom Bodensee
Bernd

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Zuletzt geändert von Bernd am 2. Dezember 2017 12:15, insgesamt 1-mal geändert.

1. Dezember 2017 17:53
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#2Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Hallo Bernd,

mir war zwar bekannt, dass Du ein verrückter N-Bahner bist, aber so verrückt hätte ich jetzt nicht erwartet.
Das ist schon keine Hobbyarbeit mehr! Dass ist eine sehr professionelle Arbeit! ;)

Chapeau und vollsten Respekt für diese Arbeit, die Du uns hier vorstellst!

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Viele Grüße aus Zlín (Südmähren)
Heidi


2. Dezember 2017 11:01
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#3Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Hallo Heidi,
vielen Dank für den Chapeau wink

Das Projekt hat auch einige Zeit gedauert, ich hatte Anfang Juni begonnen, also ein halbes Jahr.
Ich dachte zunächst in eine falsche Richtung (zu komplex, zu viele Relais, große Goldcaps), dann bekam ich von einem E-Bastler bei facebook einen Stups und in einem Forum einen Tip wo man preiswert Platinen herstellen lassen kann (=China) und damit ging's in die richtige Richtung.
Denn doppelseitige Platinen hatte ich selbst noch nicht hergestellt und dann auch noch mit so dünnen Leiterbahnen, sowas mußte es aber sein für die Platine in der Bühne, denn da ist wenig Platz.

Die Steuerung der Bühnenbewegung und ihr punktgenauer Stop funktionieren sehr zuverlässig, da werkelt noch der alte robuste zuverlässige Arnold-Antrieb. Leider ist und bleibt der Antrieb trotz Faulhabermotor noch recht laut (zumindest lauter als die Fleischmann Scheibe), das liegt an dem Getriebeaufbau und daran dass der Antrieb aus Metall ist (bei Flm ist wohl alles aus Plastik), aber dafür ist die Arnoldscheibe wohl auch nicht kaputt zu bekommen.

Jetzt baue ich noch im Grubenrand Hall-Sensoren ein, die ersten Tests sind sehr vielversprechend; dann läuft die Bühnensynchronisierung auch automatisch, zZ ist sie noch händisch (muß aber nur einmal nach Inbetriebnahme gemacht werden).

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Bernd

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2. Dezember 2017 11:59
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#4Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Hallo zusammen,

ich habe in den letzten Tagen den Prototyp meiner Drehscheiben-Digitalisierung intensiv getestet und dabei ist mir wiederholt ein Unglück passiert. Beim Anstecken der Testkabel an die Schleiferpins der Drehbühne hab ich versehentlich 2 Schleiferverbindungen untereinander kontaktiert und dabei ist der Ausgang des Microcontrollers in der Bühne gestorben, nun konnten sich die beiden Platinen (die eien in der Bühne und die externe Hauptplatine) nicht mehr unterhalten.

Die Zeit des Wartens auf die Ersatzbauteile habe ich nun versucht sinnvoll zu verbringen und hab mir eine Testvorrichtung gebaut, bei der es nun nicht mehr zu gefährlichen Verstöpselungen oder Kontaktberührungen an den Schleiferpins kommen sollte.

Die Grube sieht noch ziemlich leer aus, das wird dann hoffentlich noch vor Xmas anders aussehen
Bild

Dies sind die 4 Verbindungen über den Drehschaft und die 3 Schleiferpins:
+12V, Masse und die beiden seriellen Verbindungen Tx und Rc zwischen Hauptplatine und Bühnenplatine
Bild

Der Pin Tx liegt dicht neben dem Massepin, da hatten sich die Klemmen berührt und den Ausgangstreiber für die Tx-Leitung auf der Bühnenplatine gekillt.
Ich hatte mal gedacht dass eine Berührung der Tx-Leitung mit Masse nicht gefährlich ist (als ich noch keine Schutzwiderstände an den Aus / Eingängen der PICs hatte), aber die Masse kann den Output auch killen, nämlich wenn der PIC-Output high (=1) liegt und die Last auf masse, ist der Ausgang kaputt ;(
Inzwischen hab ich auf den Platinen in den Ein/Ausgangsleitungen zu den Schleifern Schutzwiderstände eingebaut.

und das hab ich mir gebaut:
Bild
Bild
Die Schleiferbahnen sind mit dem Dremel gefräst

und damit sieht es auf dem Tisch jetzt etwa so aus.
Bild

da kann ich dann auch noch den Hallsensensor und die Fahrspannungsleitung draufbauen, dann sind alle Anschlüsse vorhanden und werden mit einem fest verdrahteten Stecker gesteckt und nicht wie bisher mit Kabelklemmen geklemmt.

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Bernd

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10. Dezember 2017 20:15
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#5Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Servus Bernd,

was soll ich dazu sagen, wow ist wahrscheinlich für einen wie mich der sowas nie zustande bringt, zu wenig.
Ich kann nur meine Hochachtung aussprechen. ;) ;) ;) ;) ;)

Rainer


10. Dezember 2017 20:54
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#6Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
danke, Rainer.

Bis zum Routine-Betrieb ist es noch ein bisschen Arbeit, aber das wird schon.

Ich werde berichten.

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Bernd

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10. Dezember 2017 21:16
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#7Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Also Bernd,
echt heftig was du so baust und entwickelst,meine Hochachtung.Leider bin ich nicht so das Elektronik-Genie um so etwas realisieren zu können.Wäre es eventuell möglich, die Drehscheibe durch ein kleines Filmchen in Aktion zu sehen?

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Gruß vom Allgäu-Fan


11. Dezember 2017 10:31
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#8Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Frank hat geschrieben:
Also Bernd,
echt heftig was du so baust und entwickelst,meine Hochachtung.Leider bin ich nicht so das Elektronik-Genie um so etwas realisieren zu können.Wäre es eventuell möglich, die Drehscheibe durch ein kleines Filmchen in Aktion zu sehen?


Frank, das Filmchen kommt noch, ausführlich mit Drehung und Signalschalten. Aber zZ ist die Bühne noch zerlegt.

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Bernd

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11. Dezember 2017 10:35
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#9Ungelesener Beitrag Re: Prototyp einer Arnold Drehscheiben Digitalisierung
Super Bernd
kann es kaum erwarten.

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11. Dezember 2017 10:54
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