GCA51 2 x RFID + 8 Eingangs-Ports

Beschreibung

Die Verwendung von ID-12- oder ID-20-RFID-Sensoren, basierend auf der Idee von MERG, RFID in GCA-Geräten war zunächst nur mit CAN-GC4, also nur mit CBUS möglich.
Dank an Rob, der die Option eröffnet hat, es auch in RocNet zu verwenden.
Aber dieser ID-12 ist eine wesentlich teurere Lösung und die verwendete Frequenz von 125 kHz ist auch störanfällig; z.B. durch den Lokdekoder selbst.
ID-12 zusammen mit einem anderen Sensor ID-20 ist auch ziemlich langsam.
Aber für LNet gibt es jetzt eine Lösung.
Dank der langen Zeit, die mehrere begeisterte Modellbahner in diese Sache investiert haben, kommt die Verwendung des wesentlich preiswerteren und besseren RC522 in Sicht.
Speziellen Dank an Viktor, Robert, Liviu und last but not least Gerard, denen wir diese sehr schöne Lösung verdanken.
Wie zuvor erwähnt basiert diese RFID-Lösung auf dem RC522-Sensor, der für einen guten Preis weithin erhältlich ist.
Auch der Transponter (Tag) der unter den Loks und evtl. unter Waggons und Reisewagen zu befestigen ist, ist sehr preiswert.
Die hier beschriebene Gerät ist speziell für LNet gemacht.
Es basiert auf einem Atmega-Prozessor und macht das Programmieren für fast Jedermann einfach, ohne dass spezielle Programmer erforderlich sind, wenn der Atmel auf einem Arduino Uno erworben wird.
Jetzt kann der Ardiono Nano, wenn er selbst gekauft wird, selbst unter Verwendung des vorhandenen “on board”-USB-Anschluss programmiert werden; es wird kein spezielles Programmier-Gerät benötigt.
GCA51 enthält zwei Eingänge für RC522-Sensoren und 8 x Eingangs-Ports, wie sein Standard-Bruder GCA50.
Der GCA51 hat auch Anschlüsse für die Standard-RJ12-Steckverbinder, wie auch das GCA-LNet mit der wesentlich zuverlässigeren D-SUB-Lösung.
GCA51 kann auch zur Adaptierung zwischen den beiden Anschluss-Optionen verwendet werden, aber nur für die LNet-Kommunikation.
Die Stromversorgung wird nicht zwischen den RJ12- und D-SUB-Anschlüssen übergeben.
Wegen der eher seltsamen Situation, dass Railsync in LocoNet dazu verwendet wird, die LocoNet-Module zu versorgen, wird Railsync selbst jetzt mit durchgeleitet.

Rocrail ist 100 % bereit für RFID, so dass es jetzt ein perfektes System gibt, dass in der Lage ist, jedes Fahrzeug auf der Anlage einzeln zu identifizieren.
Die Transponder sind auf eine Art passiv, so dass sie keine Energie benötigen, was es speziell für Waggons einfach macht.
Diese Baugruppe wurde passend zum Standard-LTD-01-Gehäuse gemacht.


Versorgung

Die Baugruppe benötigt 5 V - Versorgung. Der Gesamtbedarf für den GCA51, wenn alle I/O und RFID-Sensoren angeschlossen sind, übersteigt leich 200 - 300 mA.
Dies ist ein bischen zu viel für Standard-Linearregler, wie den guten aleten 7805, weil wir eien Versorgung vom LocoNet or GCA LNet von 12 V oder auch mehr haben.
Das bedeutet, das der Regler eine Kühlung für die 7 x 0,3 = 2,1 Watt benötigt.
Langsam werden die Schaltregler immer billiger.
So wurde nun die Verwendung eines RECOM R-78E 5V-Typ gewählt, der leicht mit 1 A ohne zusätzliche Kühlung umgehen kann.
Das bedeutet auch, dass die Gesamtlast der LocoNet- oder GCA LNet-Versorgung im Vergleich zum Linearregler kleiner als die Hälfte ist.
Wenn aber ein >Linearregler mit Kühlung gewünscht ist, passt jedenfalls auch das.
Der RC522-Sensor benötigt 3,3 V die vom Arduino Uno Board kommen.


RC522 RFID-Sensor

Der Sensor arbeitet mit einer Frequenz von 13,56 MHz.
Auf dem Foto ist er an der rechten Seite.
Er ist sehr schnell und zuverlässig, aber er hat einen passiven Ausgang.
Das bedeutet, dass er die Transponder-Daten empfängt, aber er sendet nichts, bis er abgefragt wird.
So benötigt er eine Zweiweg-Kommunikation, um diese Daten in den GCA51 zu bekommen.
Der Sensor kann auf drei Wegen kommunizieren:
SPI ( 7 Drähte benötigt), Serial Programming Interface. Dies ist Voreinstellung für RC522.
I2C (4 Drähte benötigt), Inter Integrated Circuit. Es müssen aber einige Änderungen auf dem RC522 gemacht werden, um diese Option zu nutzen.
RS232 (4 Drähte benötigt), auch hier sind Änderungen erforderlich.
Um diese Änderungen zu vermeiden viel die Wahl auf SPI.
Nur eine gewinkelter 8-fach PSS 254-8W-Stiftleiste muss auf den RC522 gelötet werden, um ihn für GCA51 verwendbar zu machen, auf dem eine gerade Version der Stiftleiste verwendet wird.
Die Stromversorgung von 3,3 V kommt vom Arduino Uno Board.
Als Transponder gibt es hunderte von Optionen, aber die Versuche mit NTAG213-Sticker waren sehr erfolgreich.
Dieser 12 x 19 x 0.2 mm Transponder tut Wunderliches, besonders wenn er auf Metall-Oberflächen montiert wird.
Aber das kann überwunden werden, wenn einen zusätzliche Ferrit-Folie von 0,5 mm Dicke verwendet wird.
Der RC522 sendet eine große Anzahl an Bytes, aber für Rocrail sind nur 7 Bytes interessant.
Aber das bietet so viele mögliche Zahlen, dass es fast unmöglich ist, die selbe Zahl zwei mal zu finden.
Zur Information: Es gibt eine Chance von 1 aus 2567 Möglichkeiten eine zu finden. ( 1 aus 72.057.594.037.927.936 )

GCA51 hat 2 Arten von Anschlüssen:

  1. über GCA-LNet D-SUB-Steckverbinder.
  2. über Standar-RJ12-Setckverbinder.

In beiden Fällen wird die Stromversorung zwischen den zwei Kontakten (Railsync + / - in im Fall von RJ12) angeschlossen.
Zwischen D-Sub-Steckverbinder und RJ12 ist nur Masse und LNet-Signal durchverbunden.
Dies ist so, um jegliche Railsync-Problem zu vermeiden.
Die Dioden D1, D2 und D3 sorgen dafür.


Anschluss Hall-Sensoren

Hall-Sensoren können direkt mit den GCA51-Anschlüssen H1..H8 verbunden werden.
Ports 9 bis 16 sind dafür verfügbar, die auch für den Anschluss von Treiber-Baugruppen verwendet werden.
Die Verbindungs-Leitungen zwischen Hall-Sensoren und GCA51 können bis ca. 2 Meter lang sein.
Bitte sicherstellen, dass diese Leitungen nicht parallel mit Gleisen oder Gleistrom-Leitungen geführt werden.
Wenn es unvermeidlich ist, dann einen Abstand von 10 cm halten (ungefähr 4”).
Ein leichtes Verdrillen dieser leitungen (auch der Gleistrom-Leitungen) erhöht die Sicherheit gegen Störungen.
Undbedingt RP1 und RP2 mit einem Wert von jeweils 4 x 470 Ω für beste Wirkung installieren.
Rechtwinklige Kreuzungen sind kein Problem.
Unten ist ein Schema herunterzuladen, wie Hall-Sensoren anzuschliessen sind.

Anschluss TLE4905-Hall-Sensor

Anschluss Treiber-Baugruppen

Alle Treiber-Baugruppen für Eingang und Ausgang, wie GCA76, GCA77, GCA93, GCA94, GCA107, GCA173 usw., können für den Anschluss an J1 verwendet werden.
Die Programmierung deiser Ein-Ausgangs-Poerts kann in Rocrail über Menü Programmieren → GCA → GCA50 erfolgen.
Ports 9 bis 16 sind dafür verfügbar, die auch für Hallsenor-Anschluss verwendet werden.
Bis jetzt werden nur Impuls-Ausgänge nicht unterstützt.
In naher Zukunft wird das aber auch verfügbar sein.

Pull-up-Widerstände für Eingangs-Signale

Wenn Anschluss J1 für Eingänge wie GCA93 und GCA94 verwendet wird, ist es besser Pull-up-Widerstände zu verwenden.
RP1 und RP2 werden dafür verwendet.
Ein Standard-Wert von 10 kΩ ist in der Regel ausreichend.
Sie werden bewusst in Stecksockel gesteckt, so dass sie an den einen Wert mit der besten Wirkung angepasst werden können oder leicht zu entfernen sind, wennn Ausgänge ausgewählt werden.
Für die Verwendung mit Hallsensoren sollten diese Widerstands-Gruppen zwischen 470 Ω und 1 kΩ liegenm, um eine möglichst zuverlässigste und störungsfreie Funktion zu garantieren.

Prototypenbau

Die auf dieser Seite zu sehenden Bilder zeigen den Prototyp, der für die Entwicklung der Firmware verwendet wird.
ie Baugruppen werden für die Demo beim 11. NRW-Stammtisch am 27.02.16 in Langenfeld verwendet (Siehe http://forum.rocrail.net/viewtopic.php?f=82&t=10439 )


Sensor installieren

Installieren des Sensors ist ein anderes Problem, was durch eigene Vorstellungen zu lösen ist.
Einige Ideen werden hier langsam folgen, auch in der Hoffnung auf Rückmeldungen durch begeisterte Anwender.

RC522-Sensor-Baugruppe
eingesetzt in Märklin-C-Gleis.


Schaltung und Platine

Firmware

Die Hex-Datei für Arduino Nano


Zusätzliche Eigenschaft nur für Windows-Anwender! (soweit ich es weis!).
Um die Programmierung des Nano zu vereinfachen.
Die Zip-datei oben enthält eine GCA51.hex-Datei.
Herunterladen, installieren und ausführen des Programms Xloader hier: www.hobbytronics.co.uk_arduino-xloader
Dies dann für die Programmierung der Hex-Datei über USB verwenden, ohne dass ein Arduino-Programm benötigt wird.

Platine und Bausatz

Erwartet am ende April 2016

Mögliche Anschluss-Ausführungen.

Zwei Haupt-Ausführungs-Optionen sind mit diesem Gerät verfügbar.
Dies sind alles Prototypen.!! Professionell gefertigter Platinen sind jetzt verfügbar.

D-SUB-Stecker u. -Buchse für GCA LNET
und 1 x RJ12 für Standard-LocoNet
im LTD-01-Gehäuse.
Das Gleiche ohne Gehäuse 2 x RJ12 für Standard-LocoNet-Kompatibilität
im LTD-01-Gehäuse.

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