Die GCA-Module

InhaltHardwareGCA-Schnittstellen

Von Peter Giling

Die Entwicklung technischer Baugruppen für Modelleisenbahnen hat bei mir eine lange Geschichte.
Normalerweise hatte ich nicht viel Zeit dafür, weil ich um die Welt reiste, um meinen Job zu machen.
Aber nach dieser Zeit fand ich heraus, daß viele Teile, die auf dem Markt für Modellbahn-Ausstattung verfügbar sind, sehr teuer, nicht gut oder manchmal beides sind.
Langsam begann ich über eigene Entwicklungen nachzudenken und fand heraus, daß andere gleich dachten, sowohl für Hardware als auch für Software.
Ein extrem gutes Beispiel ist die hier zu sehende Webseite : Rocrail.
Aber auch Rocrail ist nichts - excusez le mot, Rob! - ohne gut funktionierende Hardware.
Und weil ich ein Mitglied der Modelspoor Groep Venlo (MGV) war, wurden die Produkte meiner Gedanken langsam MGVxx genannt, später alle zusammen dann MGV-Familie und seit Ende 2011 GCA-Familie.
Nach dem Versuch, das Rad neu zu erfinden - schrittweise mit Enttäuschungen - beschloß ich mit LocoNet zu beginnen, ehrlicherweise durch den Ratschlag eines MGV-Mitglieds, der schon Erfahrung mit LocoNet-Material hatte.
Tatsächlich sind in der GCA-Familie nur einige wenige strikt für LocoNet bestimmt.
Der ganze Rest sind mit LocoNet-Baugruppen verbundene Schnittstellen und machen das Modellbahnleben schöner.
Ein Klopfen auf meine Schulter ist, daß einige Rocrail-Initiatoren und viele Benutzer, die GCAxx-Baugruppen verwenden, meinen Enthusiasmus teilen.
Die Verwendung von Schnittstellen der GCA-Familie ist nicht auf LocoNet beschränkt.
Diese Schnittstellen sind auch sehr gut überall sonst in anderen System verwendbar.
Alle diese Geräte wurden von mir selbst als Leiterplatte hergestellt, montiert und getestet.
Wo immer es möglich oder erforderlich war, habe ich andere Leute gebeten mir beim testen und verbessern zu helfen.
Dafür geht spezieller Dank an Christian Wichmann, Fred Jansen, Rob Versluis und an die Mitglieder der Modelspoor Groep Venlo für die Hilfe und Geduld, wenn etwas nicht funktionierte, wie es vom ersten Versuch erwartet wird.
Zusammen machten wir die Baugruppen zu einem Top-Hit!
Weil die MGV viele dieser Geräte brauchte, sind einige der Platinen fabrikgefertigt.
Fabrikgefertigte Platinen sind doppelseitig, mit Lötmaske, durchkontaktiert und bedruckt.
Sie sind zu einem günstigen Preis erhältlich. Info's hier: www.phgiling.net

Gegen Ende des Jahres 2010 war der Erfolg der Platinen immer größer geworden, wodurch die Notwendigkeit bestand, ein kleines Geschäft dafür zu finden.
Das initiierte auch die Notwendigkeit zur Trennung von MGV aus diesem Geschäft.

Zwischenzeitlich sind die Module von MGVxx nach GCAxx umbenannt worden.

LocoNet(r)-Eigenschaften

LocoNet, eine Entwicklung von Digitrax, ist ein sehr zuverlässiges System für die Steuerung aller Komponenten auf und neben einer Modellbahnanlage.
Modelspoor Groep Venlo (MGV) hatte sich für LocoNet entschieden und steuert eine Vielzahl von Modulen.
Diese Module wurden mit der selben Größe wie M-Track in den Niederlanden begonnen, aber geringfügig andere Maße wurden verwendet.
Wie auch immer, das Hauptgleis paßt dennoch zum M-Track.
Wie bei M-Track und FREMO können diese Module in variabler Reihenfolge kombiniert werden. Das war ein schwerwiegendes Problem, weil wir da noch in unserer 'S88-Epoche' waren.
Mit LocoNet erhält jeder Sensor eine eigene Nummer, egal wo er sich auf der Anlage/im Layout befindet.
Die LocoNet-Module basieren auf einem Design von John Jabour.
MGV hat sich dafür entschieden, die Standard LocoNet-RJ12-Steckverbindungen durch die preiswerten und robusten D-SUB-Verbinder zu ersetzen.
Der Grund dafür war:
1.) Die Geräte müssen viele Male verbunden und getrennt werden, wofür RJ12-Steckverbinder nicht geeignet sind.
2.) MGV wollte gerne Stromversorgung über das Kabel führen, während Railsync nicht erforderlich war.
Zwei der LocoNet-Geräte sind geeignete Stromversorgungen in Verbindung mit dem LocoBuffer (GCA85 u. GCA101).
Die GCA-Kabel- und Stecker-Belegung bietet auch separate Leitungen für den Transport des Railsync-Signals.

Verfügbare GCA-Platinen und Bauteilsätze

Alle Platinen der GCA-Produktfamilie sind in erste Linie für Selbstbau gemacht.
Viele Platinen können für kaum mehr als den Selbstkostenpreis geliefert werden.
Ebenso programmierte Prozessoren und komplette Teile-Sätze.
Diese Platinen sind durchkontaktiert, mit Lötmaske und Bestückungsaufdruck für sehr einfache Montage ausgführt.
Bei Interesse findet sich eine Liste verfügbarer Platinen und Bausätze auf der GCA-Webseite: www.phgiling.net

Hinweise für den Aufbau der Baugruppen

  1. Grundsätzlich immer mit den IC-Sockeln beginnen.
    Speziell bei den NICHT industriell gefertigten Platinen ist es sehr wichtig, dass einige der Stifte auch an der Oberseite verlötet werden müssen.
  2. Alle Widerstände - außer den großen 5W-Typen - platzieren und verlöten.
    Professionelles Vorgehen dabei ist es, zunächst die Drähte auf die erforderliche Länge abzuschneiden.
    Der einfache Weg ist immer, die Widerstände zu platzieren und die Oberseite zu verlöten.
    Danach können die Drähte auf der Unterseite abgeschnitten werden, aber mit Vorsicht: NICHT in die Lötung schneiden, weil dabei die gedruckte Schaltung ernsthaft beschädigt werden kann.
  3. Alle Kondensatoren - Elko's zuletzt - platzieren und verlöten.
  4. Dann können alle anderen Teile montiert werden.
  5. Vor dem Einsetzen der IC's in die Sockel die korrekte Spannung überprüfen, wie 3,3V oder 5V, die von den Regler-IC's kommen.
  6. Bei Regler- u. H-Brücken-IC's, die auf einem Kühlkörper befestigt werden sollen - wie bei ORD-3, GCA101 und GCA145 - sollte es so erfolgen:
    a. Montage des Kühlkörpers an seinem Platz
    b. Einsetzen der Regler- u. H-Brücken-IC's, ohne sie jetzt zu verlöten.
    c. Klammern für die Befestigung der Regler- u. H-Brücken-IC's auf dem Kühlkörper verwenden.
    d. Die korrekte Positionierung der Regler- u. H-Brücken-IC's überprüfen und jetzt erst verlöten.

Komplettes Handbuch (englisch)

mgv-loconet_manual.pdf

Dieses Handbuch ist ständig in Arbeit, um es jederzeit aktuell zu haben, wenn man etwas über GCA-Geräte wissen will.

Die komplette GCA-Familie, aufgeteilt in Gruppen

LocoBuffer

Geräte-Typen-Nr. Schnittselle Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA85 RS232 Ja
GCA85USB USB Ja
GCA101 Ethernet UDP-Multicast Ja

Von einem dieser Geräte wird nur eines benötigt.

LocoIO

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA50 16bit-Ein-/Ausgänge.
Es bietet 16 programmierbare Ein-/Ausgangs-Leitungen.
D-SUB-GCA-LocoNet® Ja
GCA123 Mobiles LocoNet-Schaltfeld LocoNet® (RJ12-Verbinder) Ja
GCA124 FREDI Mobiler LocoNet-Handregler LocoNet® (RJ12-Verbinder) Ja
GCA141 8-fach Rad-/Achs-Zähler D-SUB-GCA-LocoNet® Ja


Schnittstellen für Rückmeldungen von Sensoren und Schaltern

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA93 Stromdetektoranzeige mit Kurzschluß- u. Aktivitätsanzeige GCA50 / CAN-GC2 Ja
GCA128 Schalter/Drucktaster-Einheit für GCA50 GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA133 Vierfach Infrarot-Lichtschranke oder -Reflektionssensor GCA50 / CAN-GC2 Ja


Schnittstellen für Bewegungen (Weichen usw.) oder Schalten von Leistungen

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA76 Treibt 4 Standard-Weichen mit Hochstrom-Spulen (1,5A) wie Märklin C-Weichen GCA50 / CAN-GC2 Ja
GCA77 Treibt 4 Standard-Weichen mit Spulen, auch zum Schalten von Funktionen GCA50 / CAN-GC2 Ja
GCA78 Treibt 4 Weichen mit Motoren vom Typ Hoffmann oder Conrad GCA50 / CAN-GC2 Ja
GCA116 Motortreiber für Brücken, Schranken usw. GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA120 Hochlast-Relaiseinheit GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA125 Treiber für 8 Weichen mit Motor-/Einspulenantrieb GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA126 Treibt 4 Weichen mit einfacher (polarisierter) Spule oder DC-Motor, mit Rückmeldung GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA136 Treibt 4 Servomotoren für Weichen. Bietet Rückmeldungen
und hat Standard-Relais für Herzstück-Polarisierung mit zusätzlichem GCA137
GCA50 / CAN-GC2
oder eigenständig
Ja
GCA136 Mit einem anderen Programm ist die Handhabung
eines Bahnübergangs mit Schranken möglich.
GCA50 / CAN-GC2
oder eigenständig
Ja
GCA168 Schnittstelle für 4 Boehler WA2-Weichen-Treiber
mit Rückmeldung und Hochstrom-Polarisierungs-Schalter.
GCA50 / CAN-GC2
oder eigenständig
Nein
GCA81,GCA84 und GCA84s Alle durch GCA136/137 ersetzt
Für Schaltpläne bitte E-Mail: peter.giling@rocrail.net
GCA50 / CAN-GC2 Nein


Schnittstellen für LED-Signalisierung

LED's brauchen eigentlich keine Schnittstelle.
Sie können direkt an GCA50 / CAN-GC2 angeschlossen werden.
Die Artikel beschreiben, warum es diese Einheiten gibt.

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA86 LED-Dimmer GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA127 LED-Anzeige-Schnittstelle für 8 oder 16 LED's in einem Schaltpult GCA50 / CAN-GC2 Nein
GCA129 LED-Anzeige-Schnittstelle für 16 oder 32 LED's in einem Schaltpult GCA50 / CAN-GC2 Nein


Steckfeld/Patch panel (passiver HUB)

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA91 Steckfeld mit 2 LocoNet-RJ12-Anschlüssen, mit Anzeigen GCA-LocoNet
RJ12-LocoNet
Ja
GCA97 LocoNet-Steckfeld mit 1 x RJ12, 3 x D-SUB-9-Buchse,
3 x D-SUB-9-Stecker, 1 x Stromversorgungs-Anschluß
DC-Versorgung 12-16V
GCA-LocoNet
Nein
GCA106 Standard-LocoNet(RJ12) <> GCA-LocoNet(DB9)-Adapter GCA-LocoNet Nein


Booster

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
ORD-3 Universeller Booster wie Fremo-Spaxbooster oder DDX-Booster Computer RS232(DDX)
oder
RJ12-LocoNet(Spaxb)
Ja


DDX zu Edits-Booster

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA98 Schnittstelle für DDX (Rocrail) zum Edits-Booster Computer(RS232) Nein


Kehrschleifen-Steuerung

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA102 Automatische Steuerung für Kehrschleifen
Rückmeldung optional an GCA50 / CAN-GC2
Gleise direkt Ja


Universal-LED-Blinker

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
BS-1 Einheit für realistisches Blinklicht von Polizei und Feuerwehr
sowie Warnlicht bei Verkehrsbehinderungen
und auch zur Flugsicherung bei hohen Türman
GCA50 / CAN-GC2
oder
eigenständig
Ja


Eigenständige Steuerung für Servo-Motoren

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA115 Steuerung für Servo-Motoren mit einstellbarer Geschwindigkeit und Pause GCA50 / CAN-GC2
oder
eigenständig
Nein


Zeit-/Temperatur-Anzeige für Gebäude

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA118 Anzeige für GCA119 GCA119 Nein
GCA118s Anzeige für GCA119 GCA119 Nein
GCA119 Uhr- & Temperatur-Einheit GCA118/GCA118s Nein


Drehscheiben- und Fiddle-Yard-Steuerung

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA145 Komplette Drehscheiben- und Fiddle-Yard-Steuerung für Schrittmotor-Antrieb GCA50 / CAN-GC2
oder
eigenständig
Ja
GCA146 Manuelle Steuerung und Anzeige für GCA145 GCA145 Ja


Motorola-Servo-Dekoder

Dieses Gerät gehört nicht wirklich in diesen Bereich, aber es existiert trotzdem.

Geräte-Typen-Nr. Beschreibung verbunden mit Als Platine oder Bausatz erhältlich
GCA82 Motorola-Dekoder für 4 Servomotoren, wirkt wie ein normaler Weichen-Dekoder Motorola digital Nein


Blockdiagram für LocoNet

GCA-LocoNet-Kabel

Anschluß J2 LocoNet DB9-Buchse

Das best geeignete Kabel für diese Verbindung ist CAT5-Ethernet-Kabel. (z.B. Reichelt 4X2 AWG26/7-10)

DB9
Pin
LocoNet-
Funktion
Drahtfarbe im
Ethernetkabel
1 GND blau + blau/weiß
6 GND grün/weiß
2 Railsync - orange/weiß
7 (CANL) -
3 LocoNet-Signal grün
8 (CANH) -
4 Railsync + orange
9 +V-Versorgung braun/weiß
5 +V-Versorgung braun


Zur Vermeidung jeglicher Probleme sollte entsprechend dieser Liste angeschlossen werden.
Ein Wechsel der Draht-Farben kann Fehler verursachen.

www.reichelt.de_bilder_web_artikel_c610_a2300.jpg

Voll beschaltete RS232-Buchse/Stecker-Verlängerungs-Kabel sind zulässig, aber nur bis zu einer gewissen Anzahl. (z.B.: Reichelt AK2300)
Es wurde nie getestet, wie viele möglich sind. Ein paar stören die Kommunikation nicht, sind aber bei weitem nicht in der Lage, die vollen 3A von GCA85 und GCA101 zu transportieren!

:!: Wichtiger Hinweis:

Der Leiterquerschnitt des AK2300 von nur 0,09mm² je Kontakt begrenzt die max. Anzahl bzw. den max. Strom erheblich.
Die Tabelle unten zeigt die Anzahl (x) der kaskadierbaren AK2300 für 0,5, 1, 2 u. 3A max. Strom.
Dabei wird ein Spannungs-Verlust Uv = 2V toleriert und für + u. - werden je 2 Kontakte parallel verwendet.
Werden nur 3 oder 2 Kontakte, anstelle von insgesamt 4 Kontakten, verwendet, reduziert sich die Anzahl (x) der kaskadierbaren AK2300 auf 3/4 oder 1/2 des Tabellen-Wertes.



Anschlusskabel GCA50 / CAN-GC2 <> Schnittstellen

PSK Stiftleisten-Verbinder

:!: Wichtiger Hinweis :!:
Einige Benutzer scheinen es besser zu wissen und löten Drähte direkt an die Stifte oder die Platine!
Das ist völlig inakzeptabel :!:
Drähte könne leicht abbrechen und verusachen in vielen Fällen eine Menge Schäden.
:!: Also Steckverbinder verwenden :!:
Um das Herstellen dieser Kabel zu erleichtern, ist es auch möglich, das notwendige Werkzeug zur Erzeugung der PSK-Kabel zu kaufen.
Der beste Draht zur Verwendung mit PSK-Steckverbindern ist 0,25 mm².
Diese spezielle Zange wird zum Nettopreis von € 18,25 verkauft, wenn sie zusammen mit Komplett-Bausätzen bestellt wird. crimpzange.jpg
Einfach Peter fragen.
Zwei mögliche Optionen können für diese Verbindung verwendet werden. (Siehe Bild unten)

Option 1 (links im Bild)

Dieses Kabel sollte mit 0,25mm²-Drähten hergestellt werden.

Anzahl Bezeichnung Lieferant
2 PSK254/10W www.reichelt.de
1 PSK-Kontakte (Satz mit 20 Stk) www.reichelt.de
1 PSK-Crimpzange www.reichelt.de


Achtung!:
Drähte sind nicht gekreuzt oder gespiegelt,
d.h. sie sind 1 zu 1, 2 zu 2 usw. verbunden.

Option 2 (rechts im Bild)

Flachkabel 10×2 + Steckverbinder.
Die Seite ohne Nase paßt besser.

Anzahl Bezeichnung Lieferant
2 PFL 20 www.reichelt.de
1 Flachkabel AWG 28-20G 3M www.reichelt.de
1 Crimpzange MWZ 214
oder Schraubstock
www.reichelt.de


Achtung!:
Drähte sind nicht gekreuzt oder gespiegelt,
d.h. 1 zu 1, 2 zu 2 usw. verbunden.

Hier werden beide Optionen verwendet

Direkter Anschluss von LED-Leuchten

1 Epoxyharz Linse
2 Draht Anschluss
3 Reflektor
4 Halbleiter Kristall
5 + 6 ( = 7 ) Basis
8 Flache Seite
A Anode
B Kathode
picure from wikipedia.org/wiki/led

LEDs können direkt an GCA50 / CAN-GC2 angeschlossen werden.
Es muss aber immer mit jeder LED ein Widerstand in Serie angeschlossen werden.
Wie hoch soll diese Widerstand sein?
GCA50 / CAN-GC2 schaltet zwischen 0 und 5V.
Schaltet man eine LED in Serie mit einem Widerstand, dann ist der Strom in beiden (LED und Widerstand) gleich.
Hat die LED eine Betriebsspannung von 2V, dann ist die Spannung über dem Widerstand 5V - 2V = 3V.
Folgen wir Herrn Ohm, dann ist der Widerstandwert bei z.B. 20mA (=0,02A): 3V / 0,02A = 150Ω.
Verschiedene LED-Farben haben verschiedene Betriebsspannungen, aber niemals mehr als 3,5 V.

Der max. Strom einer LED darf normal bis 20mA (0,02A) betragen, aber das ist wegen zu großer Helligkeit meistens nicht notwendig.
Geht man von einem Strom durch die LED von ca. 10mA aus, dann sollen diese Widerstände verwendet werden:

  • LED Rot und Gelb : LED-Spannung ca. 2V ergibt also 3V / 0,01A = ca. 330Ω
  • LED Grün,: LED-Spannung ca. 3V ergibt also 2V / 0,01A = ca. 220Ω.
  • LED Blau und Weiß : LED-Spannung ca. 3,5V ergibt also 1,5V / 0,01A = ca.150Ω.

Die Widerstandswerte sind nicht sehr kritisch.
Jeder Anschluss des PIC-Chip auf GCA50 / CAN-GC2 kann bis 25mA betrieben werden, aber alle 16 Anschlüsse zusammen sollten nicht mehr als 200mA (=0,2 A) belastet werden.
Wenn jede LED nicht mehr als 10mA erhält, dann wird niemals das Maximum erreicht.

Für den Anschluss der LEDs (und der immer notwendigen Widerstände) gibt es mehrere Optionen:

2 Möglichkeiten für
den Anschluss einer LED
2 LEDs an 1 Ausgang 3 LEDs an 2 Ausgängen
GCA50 Anschluss-Belegung
CAN-GC2 Anschluss-Belegung

Personal Tools