GCA141, 8-fach Rad-/Achs-Zähler oder Hall-Sensor-Eingang, Loco-I/O kompatibel

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Von Robert Evers, Gerard Remmerswaal und Peter Giling

Beschreibung

In der realen Welt erfolgt die häufigste Art Züge zu erkennen, durch sogenannte Rad- oder Achszähler.\\1 Diese Zähler sind ein magnetisches System dass zwischen und dicht an den Schienen montiert ist.
Meistens sind es zwei, einer an jeder Schiene.
Ein durchfahrendes Rad wird erkannt und auf diesem Weg die Anzahl der durchfahrenden Räder gezählt.
Bei der Einfahrt in den nächsten Block werden die Räder erneut gezählt. Wenn die Anzahl die gleiche ist, wie zuvor, darf ein nachfolgender Zug in den vorherigen Block einfahren.
Dies ist eine sehr einfache Erklärung, was in der realen Welt geschieht, aber man bekommt eine Vorstellung davon, wie es gemacht wird.
Einige Beispiele:
http://www.prt-inc.net/php/wdServ.php (engl.)
http://en.wikipedia.org/wiki/Axle_counter (engl.)
http://www.checkeins.de/sendung-mit-der-maus-fernsehen.html?video=627
http://de.wikipedia.org/wiki/Achsz%C3%A4hler

Die Realisierung bei der Modellbahn

Es ist sehr schwierig dieses magnetische System für die Modellbahn zu realiseiren.
Der schwerwiegendste Grund dafür ist, dass die meisten Räder aus Nichteisen-Metall oder irgendeinem Kunststoff sind.
So gingen wir hin, und benutzen eine IR-Lichtschranke, um es zu ermöglichen.
Der Sensor (Empfänger) ist irgendwo ausserhalb der Schienen platziert, die Entfernung ist einfacherweise zwischen 10-300mm. Das macht es sehr leicht, ihn irgendwo zu verstecken, z.B. in Gebäuden oder alles was die Fantasie so hergibt.
Der Sender, eine IR-LED (SMD-Typ), liegt zwischen den Schienen, ca. 1,5mm von der linken oder rechten Schiene und “sieht” zu der Schiene.
Wenn die LED auf einere Schwelle platziert wird, liegt ihr oberste Punkt ungefähr auf Höhe der Schienenoberkante.
Das verhindert, dass jede Lok oder jeder Wagen den Sender berührt. Mehr darüber später; siehe GCA141c.
Der Infrarot-Strahl des Senders hat einen Abstrahlwinkel von 20 Grad.
Weil der Sender sich mehr oder weniger selbst hinter der Schiene 'versteckt', muss der Empfänger in der Art etwas höher positioniert werden, dass der Winkel zwischen Sender und Empfänger ca. 10 Grad angehoben ist.
Das verhindert, dass tief hängende Teile der meisten Dampfloks auch den IR-Strahl unterbrechen.
Wir sind nur an den Rädern interessiert. Weil der Strahl sehr flach über die Schienen geht, wird alles was sich > 1mm oberhalb der Schienen befindet ignoriert.
Wie auf dem Bild unten zu sehen ist, erfolgte der Testaufbau mit Märklin-C-Gleis, das bedeutet, dass die Loks mit dem hässlichen Schleifer ausgerüstet sind.
Dieser Schleifer passiert den Sender ohne jegliches Problem.
Die Kombination aus Sender und Empfänger ist - ausser dem SMD-Typ für den Sender - die gleiche, wie sie für GCA133 verwendet wird.
8 Zahler können an der Baugruppe angeschlossen werden.
Die Baugruppe ist direkt am LocoNet angeschlossen und verwendet die gleichen Steckverbinder, wie der Standard bei GCA-LocoNet-Baugruppen.
Zusätzliche GCA50 werden nicht benötigt.
Rocrail wird mit Einstellungen angepasst, um die Baugruppe zu handhaben und die Information der Radanzahl als eine extra Sicherheitseinrichtung für die Blockfreigabe verwenden zu können.
Ein Block kann die Erlaubnis zu einer neuen Einfahrt nur erteilen, wenn alle Räder im folgenden Block gezählt, also keine Wagen verloren wurden!
Das macht es zu dem zuverlässigsten System, Kollisionen mit verlorenen Wagen zu verhindern.
Kein anderes System ist bekannt, dass diese 100%-Garantie geben kann!
Auch für Abstellen und Sortieren von Wagen bietet diese Baugruppe eine sehr schöne Lösung.\ Bitte selbst, durch gelegentliches Vorbeischauen, auf dem aktuellen Stand bleiben!

Eine andere wichtige Anwendung kann ein Bahnübergang sein.
Ein Kontakt, der den Bahnübergang wieder freigibt, muss in solcher Entfernung montiert sein, dass der längste verwendete Zug durchgefahren ist, bevor der Bahnübergang freigegeben wir.
Dieser Achszähler kann auch dafür verwendet werden, indem Rocrail den Bahnübergang wieder freigibt, wenn die korrekte Anzahl Achen gezählt wurde.

D.h., der Bahnübergang wird geöffnet wenn das letzte Rad den Zähler passiert hat.
Die Kombination mit einem GCA136, in der Ausführung für Bahnübergänge, ist etwas, was man zuvor noch nicht gesehen hat.

Der Testaufbau

Es muss sichergestellt sein, dass die Oberkante der IR-LED nicht höher als die Oberkante der Schiene ist.
In diesem Fall kann nichts unter Zügen oder Wagen sie berühren.
Der Abstand zwischen IR-LED und Schiene sollte möglichst genau 1,5mm sein.
Der IR-Strahl, an dem wir interessiert sind, geht in einem Winkel von 10º nach oben nur etwa 0,5mm über die Schiene.
Dann werden nur Räder gesehen, sonst nichts.
Der Empfänger muß etwas höher als die IR-LED montiert werden.
Der Abstand kann zwischen 50 und 300mm variieren, solange der Winkel von +/-5..10º dabei berücksichtigt wird.
Bei hellem Tageslicht sollte der Abstand nicht größer als 50mm sein.
Es ist sehr wichtig zu verhindern, dass der IR-Strahl unter den Schienen hindurchgeht.
Dafür ist die beste Position auf einer Schwelle, wie auf dem Bild.
Der GCA141 ist mit einer LED für jeden Port ausgestattet.
Die LED leuchtet, wenn ein Signal empfangen wird.
Auf diese Weise ist es sehr einfach, die Position des Empfängers anzupassen.

Das LocoNet-Protokoll

Die Verwendung von LocoNet in diesem Gerät macht es möglich, alle 8 Zähler an den Computer zu senden.
Aber natürlich muss der Computer wissen, welcher Zähler sendet.
Es muss auch es eine Möglichkeit geben, den Zähler zurückzusetzen, nachdem die korrekte Achs-Anzahl eines vorbeifahrenden Zuges gezählt wurde.
Zu diesem Zweck hat jeder Zähler eine eigene Adresse.
Diese Adresse wird für beide Aufgaben verwendet.
Rocrail empfängt die Zählerwerte und verarbeitet sie für die zugehörige Zugsteuerungs-Aufgabe.
Die Einstellungen werden in Rocrail mit einem Programmier-Dialog unterstützt.

Hardware-Beschreibung

Der GCA141 enthält eine Standard-LocoNet-Schnittstelle, die dem GCA50AT sehr ähnlich ist.
Der Prozessor erzeugt eine feste Frequenz von 9,216MHz.
Interne Teilung durch 256 erzeugt exakte 36kHz, um die IR-LEDs zu treiben.
Diese 36kHz sind die Frequenz, die der Empfänger SFH5110-36 erwartet.
Das macht die IR-Lichtschranke aus IR-LED und Empfänger sehr unempfindlich gegen Tageslicht.
Es wurden sogar Tests in direktem Sonnenlicht gemacht, aber dabei gibt es eine Grenze.
In der Praxis sollte direkte Sonneneinstrahlung in den Empfänger vermieden werden.
Solange eine zähler “0” ist, wird der erste Impuls an jedem Eingang unmittelbar ans LocoNet gesendet.
In dieser Situation tut der Achszähler exakt das Gleiche was ein normaler Rückmelde-Eingang auch tun würde.
Nach der ersten Zählung sendet GCA141 jede Veränderung des Zählerstandes mit einem Intervall von 1s, um zu viel LocoNet-Verkehr zu vermeiden.
Jeder Zähler kann über das LocoNet zurückgesetzt werden.


Die endgültige Baugruppe

pict4200.jpg
Die montierte Baugruppe Die professionell gefertigte Platine

Hardware / Firmware

Schaltung
Platine und Bauteilplatzierung
Materialliste
Firmware für Achs-Zähler
Firmware für Hallsenoren kommt bald.
Hinweis: Es werden nur komplett bestellte Bausätze unterstützt!


:!: Ab Rocrail-Version 3618 muss ein Firmware-Update auf Version 1.9 erfolgen.


Die Sender- u. Empfänger-Baugruppe GCA141-c

Um jegliche Problem mit längeren Verbindungen zwischen Empfänger und GCA141-Baugruppe zu vermeiden, ist der Empfänger auf einer kleinen Treiberplatine montiert.
Die GCA141c ist mit Anschlüssen wie auf dem GCA141 ausgestattet.
Die Aussenseite der zwischen den Schienen positionierten IR-LED ist für Kurzschlüsse zur Schiene durch Wagenräder verantwortlich.
Es wurden Vorkehrungen getroffen, um Beschädigungen der IR-LED oder anderer Teile des Systems zu vermeiden.

Die Hardware der Sender- u. Empfänger-Baugruppe GCA141-c

Programmierung des Atmega 8 Prozessors.

Von GCA gelieferte Bausätze enthalten immer progranmmierte Prozessoren.
Für Selbstbau-Situationen ist das Programmieren dieses Prozessoers erforderlich.
Das kann mit einer Vielzahl von Programmern erfolgen.
Der häufigste ist wahrscheinlich der ponyprog.
http://www.lancos.com/prog.html
Die Einstellungen in ponyprog: .

Eine andere Option ist der weit verbreitetet mySmartUSB-Programmer: www.myAVR.com


Personal Tools