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analoge Lok digital steuern
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Vorwort 1:
Damit wurde diese Dokumentation erstellt: Stand 02.06.2024
Update 03.06.2024 kleinere Korrekturen
Update 06.06.2024 GCA WIO Pin-Bezeichnungen klarer dargestellt
| Area | Details | Remarks |
|---|---|---|
| Steuerung | Rocrail | Version 2.1.4627+ (macOS "Sonoma" on Apple M2 CPU) |
| Computer | MacBook Pro (M2) | macOS 14.4.1 (Sonoma) |
| WIO | Raspberry Pi Pico-W | WIO Version 926 |
| Gleise | Spur N | … |
| Lokomotive | Spur N | eine analoge Lokomotive; Arnold 2273 (Dampflok T18, KPEV) |
| - | - | keywords: h-bridge, analog locomotive |
Vorwort 2:
- die Nutzung dieser Lösung erfolgt auf eigenes Risiko;
- regelmäßige Datensicherungen des Rocrail-Arbeitsbereichs werden empfohlen.
A) Aufgabenstellung
Analoge Lokomotiven aus dem Bestand können/sollen nicht digitalisiert werden. Dennoch möchte man sie ein klein wenig digital steuern.
Als Beispiel wird eine Pendelstrecke mit zwei Blöcken für eine “Zwei-Leiter-Modellbahn”aufgebaut.
B) Lösung-Details
Für die Lösung und für mögliche Erweiterungen sieht das Übersichts-Bild so aus:
Insgesamt werden für diese Lösung benötigt:
| Computer | mit Rocrail als Steuerungs-Programm; |
| WIO | hier ist es ein Raspberry Pi Pico-W - optional ein "WIOpico 16 I/O" (GCA "WIO_Pico_W_01"); siehe z.B.: https://wiki.rocrail.net/doku.php?id=wio:wiopico-io16-de |
| L298N | Doppel-H-Brücke-Baustein; siehe z.B.: L298N Doppel-H-Brücke |
| Rückmelder | z.B. "GCA94"; 8-fach Verlustarme Strom-Detektor für höhere Ströme mit Anzeige; siehe z.B.: https://wiki.rocrail.net/doku.php?id=gca94-de |
| Netzteil | hier 12 Volt, 3 Ampere (für Spur N); siehe z.B.: VOLTCRAFT NPS-45-N |
| WLAN | möglichst exklusiv für die MoBa |
| Gleise | … |
| Lokomotive | eine analoge Lokomotive |
Auf dem WIO werden in diesem Beispiel
- die ersten 8 I/O-Anschlüsse (I/O1 Port 1 bis 8) für die Rückmelder als Eingang konfiguriert und
- die zweiten 8 I/O-Anschlüsse (I/O2 Port 9 bis 16) für die H-Brücken als Ausgang konfiguriert.
Die Gleise
In diesem Beispiel wird eine "Zwei-Leiter-Modellbahn" betrachtet. Für die Blöcke sind von Block zu Block beide Schienen zu trennen und isoliert zu verbinden.
Innerhalb eines Blockes wird dann noch zusätzlich eine Schiene durchtrennt jeweils für den ENTER- und IN-Rückmelder. Falls man die Gleise nicht durchtrennen möchte, setzt man genügend kurze (respektive lange) Gleise ein und nutzt Isolierverbinder.
Achtung 1:
- Out1 und Out4 sind an der einen Schiene (rot) und
- Out2 und Out3 sind an der anderen Schiene (braun) angeschlossen.
Andernfalls wird der L298N sehr, sehr warm !!! wenn eine Achse auf der Trennstelle stehen bleibt.
Achtung 2:
- es sollten keine Achsen auf Trennstellen zu Nachbarblöcken stehen !!!
Rocrail Eigenschaften
Wenn man in diesem Beispiele Rückmelder per Mausklick simulieren möchte, sollte man den WIO als Zentrale eintragen und auch an erster Stelle eintragen. Die virtuelle Zentrale ist optional.
Rocrail Eigenschaften / Automatik / Block / de: Analoge Blöcke verbinden (en: Link analog blocks) = NEIN.
Die Lokomotiven
Alle analogen Lokomotiven werden so gut wie identisch konfiguriert. Abweichungen gibt es nur in den Parametern, die sich auf die Fahreigenschaften einer Lokomotive beziehen und auswirken.
Die wesentlichen Parameter sind:
| en: Parameter | de: Parameter | Wert | Erklärung |
|---|---|---|---|
| Address | Adresse | 0 | alle analogen Lokomotiven bekommen die Adresse 0 |
| Protocol | Protokoll | Analog | alle analogen Lokomotiven bekommen das Protokoll "Analog" |
| Step Range | Fahrstufenbereich | 12 … 80 | der Wertebereich der Pulsweite zwischen 10 und 80 |
| Kick start | Kick start | 20 | leicht erhöhte kurzzeitige Anfahrt-Pulsweite |
Jede analoge Lokomotive wird für "Step Range" und "Kick start" individuelle Werte benötigen. Da ist Experimentierfreude angesagt.
Die Blöcke
Im Reiter "Gleistreiber" (en: "Track Driver") wird festgelegt, welche H-Brücke das Gleis für diesen Block mit Puls-Weiten-Modulierter Gleisspannung (PWM) versorgt.
Die Parameter sind für dieses Beispiel:
| en: Parameter | de: Parameter | Wert | Erklärung |
|---|---|---|---|
| Enable | Aktivieren | JA | dieser Block wird mit H-Brücken genutzt |
| Reset | Zurücksetzen | JA | dieser Block wird mit H-Brücken genutzt |
| Linked blocks | Verbundene Blöcke | NEIN | - |
| Interface ID | Schnittstellenkennung | WIO | - |
| Node ID | Knoten-ID | 51 | Die Kennung des WIO |
| Address | Adresse | 7 | die Adresse der H-Brücke; Wertebereich je WIO: 1 … 8 |
| Port | Port | 0 | nicht benutzt |
Mit einem WIO (Pico-W) können 8 H-Brücken angesteuert werden - also 4 mal L298N-Baugruppen.
Die H-Brücken bekommen auf jedem WIO die Node ID des WIO und dann jeweils die Adressen 1 bis 8. Der Port ist immer 0.
Der WIO
Für dieses Beispiel wird die WIO Kennung 51 verwendet.
Die Parameter sind für dieses Beispiel:
| en: Parameter | de: Parameter | Wert | Erklärung |
|---|---|---|---|
| Port 9 … 16 | Port 9 … 16 | o | Ausgang für 4 mal H-Brücke |
| Extra / Sync slave | Extra / Sync slave | NEIN | NEIN für H-Brücke-Master; JA für H-Brücke-Slave |
| Extra / Hardware PWM 100 Hz | Extra / Hardware PWM 100 Hz | NEIN | JA für Hardware-PWM |
| Extra / Software PWM 10…100Hz | Extra / Software PWM 10…100Hz | JA | mit "Control/Steps" wird die Frequenz festgelegt; Änderungen werden nach einem WIO-Neustart angewendet; |
| Control / Steps | Control / Steps | 50 | PWM-Frequenz in Herz; 10 … 100; nur bei Software PWM; |
Anschlussbelegung
Für dieses Beispiel und seine Erweiterung sind am Pico-W vorgesehen:
- als WIO-Eingänge.
| GCA | Pico-W | Pico-W | Rocrail | |
|---|---|---|---|---|
| WIO_Pico_W-01 | GPIO | PIN | Bemerkung | Rückmelder |
| I/O1 Port 1 | GP10 | 14 | Eingang vom Rückmelder | - |
| I/O1 Port 2 | GP11 | 15 | Eingang vom Rückmelder | - |
| I/O1 Port 3 | GP12 | 16 | Eingang vom Rückmelder | - |
| I/O1 Port 4 | GP13 | 17 | Eingang vom Rückmelder | - |
| I/O1 Port 5 | GP14 | 19 | Eingang vom Rückmelder | fb04+ |
| I/O1 Port 6 | GP15 | 20 | Eingang vom Rückmelder | fb04- |
| I/O1 Port 7 | GP16 | 21 | Eingang vom Rückmelder | fb05+ |
| I/O1 Port 8 | GP17 | 22 | Eingang vom Rückmelder | fb05- |
- als WIO-Ausgänge.
| GCA | Pico-W | Pico-W | Rocrail | L298N- | L298N- | L298N- | Rocrail | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| WIO_Pico_W-01 | GPIO | PIN | Bemerkung | Adresse | Baustein | Eingang | Ausgang | Block |
| I/O2 Port 9 | GP18 | 24 | Ausgang zur H-Brücke | 5 | 1 | In1 | Out1 | - |
| I/O2 Port 10 | GP19 | 25 | Ausgang zur H-Brücke | 5 | 1 | In2 | Out2 | - |
| I/O2 Port 11 | GP20 | 26 | Ausgang zur H-Brücke | 6 | 1 | In4 | Out4 | - |
| I/O2 Port 12 | GP21 | 27 | Ausgang zur H-Brücke | 6 | 1 | In3 | Out3 | - |
| I/O2 Port 13 | GP22 | 29 | Ausgang zur H-Brücke | 7 | 2 | In1 | Out1 | bk04 |
| I/O2 Port 14 | GP26 | 31 | Ausgang zur H-Brücke | 7 | 2 | In2 | Out2 | bk04 |
| I/O2 Port 15 | GP27 | 32 | Ausgang zur H-Brücke | 8 | 2 | In4 | Out4 | bk05 |
| I/O2 Port 16 | GP03 | 05 | Ausgang zur H-Brücke | 8 | 2 | In3 | Out3 | bk05 |
- Übersicht über die Bezeichnungen der GCA-Baugruppe "WIO_Pico_W-01":
| GCA "WIO_Pico_W-01" | ||
|---|---|---|
| Stecker I/O1 | Stecker-PIN-Nr. | Stecker I/O2 |
| + 3,3 V | 1 | + 3,3 V |
| GND | 2 | GND |
| Port 1 | 3 | Port 9 |
| Port 2 | 4 | Port 10 |
| Port 3 | 5 | Port 11 |
| Port 4 | 6 | Port 12 |
| Port 5 | 7 | Port 13 |
| Port 6 | 8 | Port 14 |
| Port 7 | 9 | Port 15 |
| Port 8 | 10 | Port 16 |
Achtung 1:
- Out1 und Out4 sind an der einen Schiene (rot) und
- Out2 und Out3 sind an der anderen Schiene (braun) angeschlossen.
Andernfalls wird der L298N sehr, sehr warm !!! wenn eine Achse auf der Trennstelle stehen bleibt.
Achtung 2:
- es sollten keine Achsen auf Trennstellen zu Nachbarblöcken stehen !!!
PWM
Für dieses Beispiel ergibt sich auf dem Gleis folgende Puls-Weiten-Modulation (PWM):
Für die Fahrtrichtung wird das Spannungs-Potenzial umgeschaltet (plus / minus).
Die Geschwindigkeit wird durch die Puls-Weite festgelegt. Geschwindigkeiten über 80% sind wenig sinnvoll, weil die Ausschaltzeit des Motors zu gering wird.
Damit der Motor beim langsamen Anfahren genügend Energie bekommt, kann der Wert für "Kick start" je Lokomotive angepasst werden.
- siehe Lokomotive Eigenschaften / Schnittstelle / Optionen / Kick start
Zusammenfassung
Die Gleisspannung für die analogen Lokomotiven wird über einen Block zur Verfügung gestellt.
Die Lokomotiven haben daher alle die Adresse Null.
Die pulsweiten-modulierte Gleisspannung muss für alle Blöcke synchron sein.
Stehende Achsen auf den Trennstellen sollte man vermeiden.
Jede Lokomotive wird ihre individuellen Werte für Geschwindigkeit und Anfahrverhalten (Kick start) haben. Die Werte sind experimentell zu ermitteln.
Ein gleichzeitiger Betrieb mit digitalen Lokomotiven ist in den analogen Blöcken nicht möglich.
…
C) Rocrail-Arbeitsbereich
In dem Download-Arbeitsbereich " analocdigcontrol.zip" sind folgende Dateien enthalten:
| Datei | Bedeutung |
|---|---|
| plan.xml | die Rocrail-Plan-Datei |
| rocrail.ini | Rocrail-Initialisierungs-Datei |
zurück zu den Lösung-Details.
D) Ausblick
Auf der Basis dieser Lösung dürfen gerne eigene Ideen und Erweiterungen umgesetzt werden.
Zum Beispiel könnte man die Pendelstrecke zu einem Kreis mit vier Blöcken erweitern.
Für weitere vier Blöcke ist dann ein weiterer WIO mit Rückmeldern und H-Brücken als Slave erforderlich.
Die Nutzung dieser Lösung erfolgt auf eigenes Risiko!
Viel Spass und gutes Gelingen.