GCA173 Hall-Sensor- und/oder Reed-Kontakt-Konverter

Einführung

Es sind schon einige Systeme verfügbar, die eine Lok erkennen, die einen bestimmten Bereich durchfährt.
Die meisten davon erfordern einen zusätzlichen Einbau in der Lok.
Manchmal steht das schon in der Lok zur Verfügung, wie bei Lissy oder Railcom.
Um diese Information zu verarbeiten, bedarf es einiger teurer Hardware.
Ein anderes System - Märklin's MFX - ist auch schön, um einen Zug auf dem Gleis zu melden, aber es gibt keinerlei Information über die exakte Position.
Der Achszähler GCA141 ist zusammen mit Rocrail ein System, um mitzuteilen, ob ein Zug komplett in einen Block eingefahren ist.
Aber die Platzierung von IR-Sender und -Empfänger ist eine sehr feinfühlige Angelegenheit, die nicht leicht für Jeden zu lösen ist.
Alle anderen Systeme geben keine Information darüber, ob der komplette Zug in einen Block eingefahren ist, ohne Wagen auf dem Gleis verloren zu haben.
Dies natürlich, ohne dass man einen Lissy-Sender oder einen zusätzlichen Railcom-Dekoder einbaut und/oder den Wagen mit einer Möglichkeit ausgestattet hat, Strom aus dem Gleis zu ziehen, damit ein Strom-Detektor im Gleis die Information an den PC weiterleitet.
Reed-Kontakte waren schon lange vor Beginn der Digital-Ära populär.
Aber die begrenzten Möglichkeiten von Magneten und sehr schnelle und deshalb “verpasste Züge”, die manchmal die Reed-Kontakte unerkannt überfuhren, machten ihre Anwendung weniger beliebt.
Auch jetzt, wo es viele andere Wege zur Erkennung des Zuges auf dem Gleis gibt, kann es sinnvoll sein, Reed-Kontakte zu verwenden.
Doch es gibt nun eine bessere und viel kleinere Möglichkeit: Hall-Sensoren.
Diese Sensoren, wie der hier beschriebene TLE4905L, sind sehr kleine Bauteile, die auch bei N-Gleisen verwendbar sind, weil sie nur 4,2 x 3,3 x 1,5 mm groß sind.
Sie können sogar im Schotterbett untergebracht werden, so dass sie völlig unsichtbar sind.
Der andere Vorteil, den es inzwischen gibt, ist die Verfügbarkeit von sehr starken und auch sehr kleinen Neodym-Magneten.

Beispiel eines sehr kleinen Magneten (1x4x5 mm)
unter dieser Fleischmann Spur-N-Lok 781283
Ein kleiner Spur-N-Kipper mit einem 5mm-Würfel-Magnet (nicht geklebt!).


magnets_122.jpg
Ein TLE4905-Hall-Sensor in einem Spur-N-Test-Kreis
Er kann zwischen den Schwellen befestigt werden!
Ein kleines Beispiel der verschiedenen verfügbaren Magneten


hall_magnet_182.jpg
Eine Roco NS24xx H0 Lok mit einem 1 x 4 x 5mm Magnet Eine C-Gleis Lösung


Eine Lösung für die oben genannten “verpassten Züge” wird im nachfolgenden Artikel beschrieben:
Die Reed-Kontakte und Hall-Sensoren können grundsätzlich direkt an den Eingängen von GCA50 und CAN-GC2 angeschlossen werden.
Aber vor allem der Anschluss selbst wird durch die Baugruppe viel einfacher.
Ein niederohmiger Pull-Up-Widerstand ersetzt den 10kΩ Pull-Up-Widerstand auf jedem GCA50, CAN-GC2 oder GCA-PI02, die Störfestigkeit wird so erhöht.
Auch ist entsprechend der Schaltung ein Kondensator mit min. 47 nF vorgesehen, der Störspitzen unterdrückt.
CAN-GC2 benötig Rückmelde-Impulse von min. 25 ms Länge. Für GCA50 ist das Minimum sogar 80 ms.
Der GCA-PI02 benötigt min. 10 ms.
Das macht ihn praktisch ungeeignet für diese Hall-Sensoren oder schlimmer für Reed-Kontakte.

Für die Zuverlässigkeit ein paar Berechnungen:
Wenn zwischen Magnet und Hall-Sensor einen Abstand von 5mm besteht, wird der Magnet den Sensor auf einer Länge von ca. 7mm aktivieren.
Ein H0-Zug, der maßstäblich 120 km/h fährt, bewegt sich real um 380mm pro Sekunde (mm/s).
Wenn der Sensor den Magnet nur auf einer Länge von 7mm “sieht”, ist der Sensor 7/380 = 0,018s = 18ms aktiviert.
Ein Gerät, wie GCA50, benötigt Puls-Längen von mindestens 80ms.
So ist eine Weitergabe zum Scheitern verurteilt, weil die Pulslänge nur 1/4 dessen beträgt, was benötigt wird.
Bei CAN-GC2 und GCA-PI02 ist es etwas besser (=kürzer), aber immer noch viel zu kritisch.

GCA173 schafft hier Abhilfe.
Er hat Anschlüsse für 8 Rückmelder, entweder Hall-Sensoren oder Reed-Kontakte.
Ein kleiner und billiger Mikroprozessor auf dem GCA173 prüft kontinuierlich alle 8 Eingänge und reagiert, wenn einer oder mehrere Eingänge auf “low” gehen und leitet dies entweder an GCA50 oder CAN-GC2 weiter.
Selbst wenn das Signal vom Hallsensor (Reed-Kontakt) nur 2ms lang ist, bleibt der Ausgang für 150 mS “high”, damit sichergestellt ist, dass die Meldung zum LocoNet oder CAN-Netzwerk korrekt weitergeleitet wird.
Der Hall-Sensor selbst ist viel schneller, so dass das Risiko 0% ist, dass ein Zug verpasst wird.
Ein anderer zusätzlicher Vorteil der Verwendung des GCA173 als Puffer ist es, dass genügend Anschlüsse für alle acht Sensoren vorhanden sind.
Im Falle einer direkten Verbindung zwischen CAN-GC2(GCA50) und 8 Hall-Sensoren müssten alle +5V- und 0V-Anschlüsse der Sensoren miteinander verbunden werden.

Eigenschaften

  • Einfacher Anschluss von bis zu acht einzelnen Sensoren und/oder Reed-Kontakten.
  • Jeder Eingang wird mit einer minimalen Impulslänge von 100ms weitergegeben.
  • Niedrige Eingangs-Impedanz stellt eine hohe Stör-Immunität sicher.
  • Selbst für Reed-Kontakte ist die geringe Stromaufnahme genau richtig. Das Kontaktprellen des Reed-Kontakts wird entfernt, somit wird die Signalqualität verbessert.
  • Ein-Kabel-Anschluss zu GCA50 / CAN-GC2, der die Baugruppe auch mit 5 Volt versorgt.
  • Sehr geringer Leistungsbedarf, wenn alle Eingänge inaktiv sind.
  • LED-Anzeige an jedem einzelnen Eingang, um Tests zu vereinfachen.


Wagen-Zählung

Der große Vorteil diese Systems ist die Tatsache, dass man in der Lage ist, zu erkennen wann ein Zug komplett in einen Block eingefahern ist.
Wenn es mit Rocrail verwendet wird, hat dieses fabelhafte Programm eine Standard-Einstellung für Rückmelder mit diesen Sensoren, “Achs-Zähler” genannt.
Allderding werden hier keine Achsen gezählt, sondern Magnete. Aber das Ergebnis ist das gleiche.
Es sollten mindesten zwei Magnete unter einem Zug montiert werden, der letzte unter dem letzten Wagen.
Wenn diese Magnete sich selbst im Zielblock angemeldet haben, ist sichergestellt, dass nichts in einem Tunnel oder Schattenbahnhof verloren ging und dass der PC mit einer Freimeldung und erneuten Verwendung der Fahrstraße weiterarbeitet.
Der Sensor selbst wird in Rocrail als 'Achs-Zähler' programmiert.
Rocrail wird den Zähler nach der ersten Initiation automatisch verwenden und diese Information übernehmen.
Wenn es gewünscht ist, ist auch mehr als ein Magnet eine Option und jeder andere Zug mit einer andere Anzahl an Magneten ist eine Option.
Wenn das installiert ist, kann unterschieden werden, welcher Zug hereinkommt, aber das ist eine Option, die in Rocrail noch nicht realisiert und auch nicht geplant ist.
Pendelzüge müssen mit mindestens zwei Magneten ausgerüstet sein, damit die Sensoren in beiden Richtungen arbeiten und dafür sorgen, dass der Zug beim ersten erkannten Magneten anhält.

Eine andere andere interessante Option mit diesen Sensoren:

Werden Lok-Kombinationen verwendet, bei denen eine eine Dummy-Lok ist, die keinen Strom aus dem Gleis entnimmt, kann diese Kombination evtl. zu spät stoppen, wenn Stromerkennung verwendet wird und die Dummy-Lok vorne fährt.
Die Verwendung von zwei Magneten - einer vorne, einer hinten - löst dieses Problem einfach und leicht.

Handhabung in Rocrail

Rocrail vergleicht die gezählten Wagen des Von- mit dem Nach-Block:

  • Wenn ein oder beide Blocks “null” melden, erfolgt kein Vergleich.
  • Normale Verarbeitung erfolgt im Fall, dass der Nach-Block einen gleichen oder höheren Zählwert als der Von-Block meldet.
  • Im Fall, dass der Nach-Block einen kleineren Zählwert als der Von-Block meldet, wird die Lok vom Automodus abgemeldet und der Von-Block wird geschlossen “closed”.
  • Nach dem die verlorenen Wagen wieder an den Zug angehängt wurden, kann der Von-Block wieder aktiviert und die Lok im Automodus re-aktiviert werden.


Platinen verfügbar

Eine schöne Platine, durchkontaktiert und mit Aufdruck ist jetzt lieferbar. www.phgiling.net


Magnete

Eine große Auswahl von Magneten ist von www.phgiling.net erhältlich:

Typ Größe
1 Stab 4mm ∅ Länge 12,5 mm
2 Stab 4mm ∅ Länge 10 mm
3 Stab 3mm ∅ Länge 8 mm
4 Stab 3mm ∅ Länge 6 mm
5 Scheibe 5mm ∅ Länge 3 mm
6 Würfel 5mm
7 Flach 5 x 4 x 1.5 mm
8 Flach 5 x 4 x 1 mm
9 Flach 5 x 2,5 x 1,5 mm
10 Flach 5 x 1,5 x 1 mm
11 Flach 10 x 4 x 1 mm


Magnete werden nur in Sätzen von 8 Stück je Größe verkauft.

Wichtig: Lage bei Einbau der Magnete beachten

Beim Einbau der Hall-Sensoren im Gleisbett und Magneten an den Fahrzeugen ist auf die Magnetfeldrichtung zu achten.
Bei den Sensoren muss man sich auf eine Einbaulage festlegen, z.B. die Abschrägung des Hall-Sensor Gehäuse nach oben.
Die richtige Lage eines Magneten (nord - süd) kann mit Hilfe eines 'Mustermagneten' bestimmt werden.
Die Lage kann auch jeweils beim Einbau empirisch getestet werden.

Sicherheitshinweise

:!: Diese sehr starken Neodym-Magnete sind kein Spielzeug :!:
Im Prinzip sind sie von selbst sicher, aber bitte mit diesen Magneten vorsichtig sein und Kindern NICHT erlauben, damit zu spielen.
Es gibt durchaus ein paar Sicherheitshinweise, die hier heruntergeladen werden können: NEODYM-Magnete: Hinweise für den sicheren Umgang

Anschluss Hall-Sensor

Die Verbindungen zwischen Hallsensor und GCA173 dürfen bis zu 2 m lang sein, aber bitte beachten, dass diese Verbindungen nicht parallel mit Schienen und deren Versorgungs-Leitungen installiert werden.
Geht es nicht anders, sollte wenigstens einen Abstand von 10 cm beachtet werden.
Wenn diese Verbindung etwas 'verdrillt' wird, werden jegliche Störungen vermieden.
Senkrechtes kreuzen ist kein Problem.
Nachfolgend kann die Zeichnung eines Anschluss-Beispiels für Hall-Sensoren heruntergeladen werden:
Wie der Hall-Sensor TLE4905L angeschlossen wird

Anschluss Reed-Kontakt

GCA173 kann auch gut mit Reed-Kontakten arbeiten, die Option für Achszähler ist aber NICHT anwendbar,
da die Anzahl der durch die passierenden Magnete erzeugten Impulse niemals gleich und deshalb unvorhersehbar sind.
Anschluss Reed-Kontakt

Kabel zu MGV50 / CAN-GC2 / CAN-GC4

Anschlüsse am J1

Die Anschlüsse am GCA173 präsentieren sich wie in folgender Tabelle:

J1 pin# Funktion Bemerkung
1 +5V Speisung GCA173
2 0V/GND Speisung GCA173
3 Hall1 Ausgang Sensor 1
4 Hall2 Ausgang Sensor 2
5 Hall3 Ausgang Sensor 3
6 Hall4 Ausgang Sensor 4
7 Hall5 Ausgang Sensor 5
8 Hall6 Ausgang Sensor 6
9 Hall7 Ausgang Sensor 7
10 Hall8 Ausgang Sensor 8

Hardware

Der Schaltplan
Die Platine und Teilepositionen
Die Teileliste
Die Gerber-Dateien
Hinweis: Es werden nur komplett bestellte Bausätze unterstützt!


Firmware

gca173_v1_4_firmware.zip
Diese letzte 1_4 Version wurde herausgegeben, weil sie genauere Zeitgabe hat, bevor der Ausgang zurückgesetzt wird.
Die Zeitgabe ist nahezu 80 ms.
gca173_v1_5_firmware.zip
Version 1_5 hat eine bessere Startabfolge. Es werden alle aktuellen Rückmelder-Zustände gesendet.

Bilder von zufriedenen Kunden

3 Drähte am Sensor angeschlossen
mittlerer Draht isoliert
4,5 mm-Bohrloch zwischen Schwellen
nach unten gebogene Drähte durch das Loch geführt
(abgerundete Seite des Sensors zeigt nach oben)
und Sensor befestigt
Ein erster Funktionstest mit 5V
an jedem Adapter angeschlossen

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