fritzing + Arduino Weichensteuerung - Turnout Control

Die Seiten Arduino und fritzing bieten die Möglichkeit, einfach und mit wenig Aufwand eigene Mikro-Controller Projekte durchzuführen und eventuell auch eigene Leiterplatinen dazu herzustellen. Auch als Einsteiger kann man damit erfolgreich ein Projekt realisieren. Die Arduinos gibt es in verschiedensten Modellen und sie sind weitherum erhältlich. Mit fritzing lassen sich mit wenig Aufwand Leiterplatinen entwerfen und auf Knopfdruck ab der fritzing Webpage professionell herstellen. Besonders attraktiv ist dabei, dass man bereits ab 1 Stück zu vernünftigen Preisen bestellen kann. Im folgenden beschreibe ich das eine oder andere kleine Projekt, das ich so realisiert habe.
The pages Arduino and fritzing offer an easy way to realize a micro controller project and also to realize printed circuit boards if needed. As a newcomer one can realize a successful project this way. The arduinos are available in many models and they are easy to get from numerous sources. With fritzing, PCBs can be designed with little effort and the PCB can be produced in a professional quality with the push of a button from the fritzing page. Especially attractive is the fact that the PCB can be ordered from quantity 1, at a reasonable price. In the following sections, I describe one or the other little project that I have done this way.

fritzing wurde an der FH Potsdam erfolgreich initiiert und mehrere Jahre weiter entwickelt.
Danach wurde fritzing in die Stiftung Friends of Fritzing überführt.

fritzing eignet sich gut für sporadische Anwender und Einsteiger. Es ist perfekt, um hin und wieder einen kleinen Print zu erstellen, da wo die professionellen Pakete wie z.B. Eagle zu mächtig und komplex sind und eine hohe Einstiegshürde haben

1. Die fritzing Applikation kann kostenlos von fritzing heruntergeladen werden
2. Ein Schaltplan-Entwurf sollte vorhanden sein. Dieser wird nun in fritzing erfasst. Die gängigen Bauteile und auch Arduinos sind bereits in der Standardbibliothek vorhanden. Diese kann bei Bedarf auch erweitert werden
3. fritzing bietet die Möglichkeit, sich den Schaltplan nun in einer Laborkarten-Sicht darstellen zu lassen, eine sehr nützliche Funktion. Nach dieser Vorlage kann man wunderbar seinen Testaufbau erstellen, erproben und verfeinern.
4. Sobald die Schaltung wie gewünscht funktioniert, kann man mit fritzing eine Platine dazu erstellen. fritzing kann zweiseitige Platinen entwerfen und diese auf einer Seite auch beschriften. Die nötigen Funktionen sind alle vorhanden, einzig beim Routing der Leiterbahnen will man meist selber noch etwas Hand anlegen.
5. Ist die Platine fertig entworfen, kann sie direkt aus der fritzing-App heraus in die Produktion gegeben werden. Dabei sind Stückzahlen ab 1 möglich und die fertigen Platinen werden typisch innert etwa 2 Wochen per Post zugestellt. Das Schöne dabei ist, man muss sich um keinerlei technische Parameter und Files kümmern, das passiert alles transparent im Hintergrund. Wahlweise können auch Gerber-Files erstellt werden und die Platine kann bei einem beliebigen Anbieter gefertigt werden.

Ein einfacher Weg zur eigenen Platine, der erst noch Spass macht und mit einem relativ kleinen Lernaufwand verbunden ist. Das passt auch wenn man eben nicht dauernd neue Schaltungen und Platinen entwirft. Wir sind ja Modellbahner

Arduino, jetzt auch Genuino, eignet sich bestens für kreative Mikro-Controller Projekte. Die Arduino Module verfügen über klar definierte Funktionen, sind einfach einzusetzen und lassen sich bei Bedarf auch gut erweitern.

1. Von einem beliebigen Lieferanten die gewünschten Arduino/Genuino Module beschaffen
2. Von der Arduino Webseite die integrierte Entwicklungsumgebung kostenlos herunterladen. Den Arduino per USB am PC anschliessen
3. Ein Beispiel-Programm, die werden bei Arduino 'Sketch' genannt, von der Webseite laden und in den Arduino speichern ('flashen') um die Verbindung und die Funktion des Arduino zu prüfen
4. Das eigene Programm entwerfen, laden und testen

Auch Arduino bietet eine einfache und günstige Möglichkeit mit den leistungsfähigen Atmel Microcontroller kreative Lösungen zu verwirklichen - für mehr Spass mit der Modellbahn

In diesem Projekt wird eine Weichensteuerung mit Servo realisiert. Das Projekt ist auf der fritzing Projekt Seite hier dokumentiert, dort können auch der fritzing Schaltplan und Platine, sowie der Arduino Sketch (Source) heruntergeladen werden. Für die Modellbahnsteuerung verwende ich GCA CANbus Komponenten, siehe auch meine Steuerungs-HW/SW Konfiguration.
Hinweis: Für die Nutzer von CANbus Komponenten ist bei GCA mit dem CAN-GC6 bereits ein hochwertiger Bausatz zur Ansteuerung von Servos verfügbar, der diese Funktion bestens erfüllt und auch sehr komfortabel zu konfigurieren ist. Für Benützer von GCA-Modulen ist die Weichenansteuerung also bereits gelöst!
Das Projekt hier soll als Beispiel für eigene Projekte dienen, es kann grundsätzlich überall da direkt angeschlossen werden, wo Ein-/Ausgänge mit TTL-Level (5V) von einem beliebigen Modellbahn Steuerungssystem verfügbar sind.

• Der Arduino/Genuino Micro ist ein sehr kompaktes Arduino-Modul, mit dem Funktionsumfang eines Arduino Uno
• Es eignet sich zwar nicht für Aufsteckplatinen (shields), aber dafür sehr gut selber auf eine andere Platine aufgesteckt zu werden
• Und genau so habe ich es im Projekt gemacht. Der Arduino Micro ist auf eine mit fritzing entworfene Platine aufgesteckt
• Die 20 Ein-/Ausgänge steuern 6 Servos an, für jedes Servo: 1 Eingang, statisch, für die Stellung und 1 Ausgang, statisch, für die Rückmeldung der Stellung. 1 Ausgang Servo-Puls
• 2 Ein/Ausgänge sind zur Zeit noch frei und werden in einer kommenden Erweiterung für das Setup verwendet

• 6 Weichen mit kleinen Servos langsam stellen
• Drehrichtung und Arbeitswege auf beide Seiten variabel und einstellbar
• Servo-Stellgeschwindigkeit einstellbar
• Herzstückpolarisierung mit 6 Relais auf der Printkarte
• Keine Servo-Sprünge beim einschalten, keine Zustandsspeicherung (stateless) - der Weichenzustand wird durch Rocrail gespeichert und wieder hergestellt. Siehe dazu auch start-of-day
• Rückmeldung wenn der Servo-Puls der gewünschten Stellung entspricht. Dies ist eine Rückmeldung welche die Stellgeschwindigkeit berücksichtigt, die Weichenzungen selber werden jedoch nicht überprüft, z.B. bei Bruch des Stellgestänges, verklemmen der Weichenzungen durch Schotter oder ähnliches

Das TCA-Projekt ist auf der fritzing Projekt Seite hier dokumentiert, von dort können auch die folgenden Files heruntergeladen werden:

1. Schaltplan und der Platine: TCA 140827 v2.1 r3 gold.fzz
   • Das fritzing-File (.fzz) wird mit der fritzing-App, siehe oben, geöffnet. Es gibt 3 Ansichten Schaltplan, Printkarte, Breadboard-Aufbau. Dort lässt sich der Entwurf auch modifizieren und auf eigene Bedürfnisse anpassen.
   • Die Platine ist ein Prototyp und hat noch einige Mängel:
     • Die Bohrungen für die Steckanschlüsse sind etwas zu klein
     • Der Platz zwischen den Bauteilen ist an einigen Stellen zu knapp bemessen
   • Die Platine verwendet keine SMD Bauteile
2. Arduino Sketch (Source-File): TCA_2_1_r3_Generic_160215.ino
   • Das Arduino Source-File wird mit der Arduino-IDE-App oder einem Notepad geöffnet
   • Der Source-Code ist sehr ausführlich dokumentiert und beschreibt alle Funktionen
   • Die Konfiguration der Servos zur Laufzeit ist noch nicht möglich:
     • Das heisst, die Servo Stellwerte müssen mit einem separaten Servotester bestimmt werden und im Programm-Quellcode eingesetzt werden
     • Es ist geplant die Konfiguration zu Laufzeit in einer kommenden Version einbauen. Dazu will ich die zwei noch freien Pins am Arduino verwenden
   • Die Stellgeschwindigkeit ist für alle Servo gleich

Links: TCA 6-fach Weichensteuerung, Mitte: CAN-GC2 Rocrail Interface für die TCA Ansteuerung, Rechts: GCA173 Hall-Sensor Rückmelder-Interface

Servo Weichensteuerung im Schattenbahnhof
Alternativlink: Firmware GCA173 V1.5 gca173_v1_5_firmware.zip
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