WIO-Übersicht

• Erste Schritte
• WIOesp32 16 I/O
• WIO Pico
• NeoPixel 'Spickzettel' (en)
• WIOpico 16 I/O CAN
• WIOpi Raspberry Pi 1…4 and Zero
• NeoPixel 'Cheat Sheet'
• WIO Multicast (en)
• WIO Display Multiplex
• WIO Support Library (en)
• LEDScript
• IOScript
• H-Bridge
• Stepper with 2 Hall (en)
• UIO (USB I/O) (en)
• SPI Clock (GC9A01)
• Analog input Multiplexer
• DFPlayer Mini
• Booster Satellite
• WIO Flyer (DE-2019)

WIO ist die Abkürzung für Wireless I/O.

Auf der Basis von kleinen Mikrocontroller-Platinen können (auch Batterie-betriebene) Hardware-Lösungen für viele Modellbahn-Aufgaben realisiert werden. Für größere Aufgaben kommt die GCA-Baustein-Familie zum Zuge. Sollte keine kabelgebundene Datenverbindung möglich sein, so können Software-Updates per OTA (Over The Air) durchgeführt werden. Die Aktualisierung von Konfiguration-Dateien kann jederzeit mit einem Web-Browser erfolgen.

Auch für Mikrocontroller ohne WLAN (z.B. ältere Arduino's) gibt es mit UIO eine Verwendungs-Möglichkeit; der Daten-Verkehr erfolgt dann über eine USB-Schnittstelle. Siehe dazu auch WIOhub.

Mit Hilfe der WIO-Module können fast alle Steuerungs- und Rückmelder-Aufgaben für die Modellbahn abgedeckt werden:

• Ausgänge für LED oder Relais mit Optokopler
• Eingänge für Rückmeldung z.B. Lichtschranken und Belegtmelder
• Servos
• Schrittmotoren
• RFID
• NeoPixel RGB-LED
• Displays z.B. OLED I2C Display 128 x 32/64 pixels
• Charlyplexing für Signale (Multiplexing)
• DCC Signalgenerator
• Handregler
• Sound
• …

Für Komplexere Abläufe können Skripte für den Start Crontab, Ausgänge IOScript und NeoPixel LEDScript erstellt werden, die dann auf dem WIO ablaufen.

Es gibt zwei Platformen für WIO:
-Die Mikrocontroller von Espressif ESP8266, ESP32 und
-den RP2040(Pico W) der Raspberry Pi Foundation.

• D1 Mini NodeMCU mit ESP8266-12F
• ESP32 D1 Mini NodeMCU
• LOLIN D32 V1.0.0
• Raspberry Pi Pico W RP2040

Diese Platinen und Bausätze sind bei GCA für WIO-Module erhältlich. Bei GCA erhält man auch eine gute Übersicht über die WIO-Familie.

¹ als WIO_Drive, WIO_Boost und WIO-VC-1
² als WIO_CAN MBUS/RCAN WiFi Interface für die MS2 Gleisbox.
³ nur ID-12LA
⁴ Die IO 1-8 sind dann als Servoausgang definiert.I/O1 Servos

Die Pinbelegung der jeweiligen Boards sind hier zu finden:

• WIOesp32 16 I/O
• WIOpico 16 I/O
• WIO 01 The schematics
• WIO 02 The schematics

Es gibt je nach Betriebssystem und Fähigkeiten des Benutzers mehrere Möglichkeiten, die WIO-Software auf einen ESP zu transferieren.
Diese Beschreibung ist für alle Betriebssysteme geeignet und setzt möglichst wenig Kenntnisse voraus.

Benutzer des Raspberry Pico W können sich erst mal zurücklehnen und kommen dann hier wieder hinzu Einrichten WIOpico.

Die WIO-Software wird in zwei Schritten auf den ESP übertragen:
- zuerst wird der OTA Sketch (OTA Software) (Over-The-Air) auf den ESP übertragen und
- dann erfolgt das eigentliche Aufspielen der WIO Software.

Für das Aufspielen des OTA Sketch benötigen wir auf einem Computer die Arduino IDE; diese kann hier für das entsprechende Betriebsystem (Windows, macOS, LINUX, …) heruntergeladen werden.

Nach der Installation müssen noch die "Boardverwalter" für die ESP's hinzugefügt werden, hierfür muss unter "Datei / Einstellungen",


bei "Zusätzliche Boardverwalter-URLs" folgendes eingetragen werden.

https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json
https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json

Jetzt müssen die Boardeigenschaften für den ESP8266 und ESP32 hinzugefügt werden; hierzu unter "Werkzeuge" / "Board:" auf "Board-Verwaltung" klicken.


Nun werden die Daten für die neuen Boards durch die Arduino IDE heruntergeladen, das kann ein paar Minuten dauern.
Der Fortschritt wird unten rechts angezeigt.

Ist dies abgeschlossen, können die ESP8266 und ESP32 den Boards hinzugefügt werden.
In die Suche "8266" eingeben und "INSTALLIEREN" anklicken.

Dies mit "esp32" wiederholen.

Hiermit ist die Grundeinrichtung der Arduino IDE abgeschlossen.

Zuerst wird die Zip Datei "WPS-OTA-Sketch" heruntergeladen, entpackt und dann wird die Datei "RROTA.ino" mit einem Doppelklick geöffnet.

Die Frage
- "Die Datei "RROTA.ino" muss sich in einem Sketch-Ordner "RROTA" befinden. Soll der Ordner angelegt, die Datei verschoben und danach fortgefahren werden?"
mit Ok bestätigen.

Die Zeilen 1, 2 und 4 müssen angepasst werden.

#define WIFI_SSID     "MeinWLAN"  // Accesspoint name
#define WIFI_PWD      "ganzgeheim"  // Password
#define WIFI_HOSTNAME "RROTA"   // ESP hostname
#define WIFI_WPS      false      // true or false for ESP8266 for using WPS

In Zeile 1 die SSID des eigenen WLANs eintragen.
In Zeile 2 das dazugehörige Passwort eintragen.
In Zeile 4 WPS deaktivieren, hierfür das true in false ändern. *

* Optional kann WPS für den ESP8266 genutzt werden, hierfür Zeile 4 auf „true“ setzen.
Dies kann jedoch auch zu Problemen führen, daher empfiehlt es sich, Zeile 4 auf „false“ zu ändern und die Daten in Zeile 1 + 2 einzutragen.

Bitte beachten!!
SSID-Name und Passwort ohne Leerzeichen, .
Max. Länge beträgt 32 Zeichen inkl. die Nullterminierung. Nur 7-Bit-ASCII wird unterstützt.
Only 7 bit ASCII is supported.

Unter "Werkzeuge / Board: / esp32" das verwendete Board auswählen (in diesem Beispiel der ESP32 D1 Mini).
(Für den "esp8266 " bitte unter "Werkzeuge / Board: / esp8266" den "LOLIN(WEMOS)D1 R2 & mini" auswählen).


Nun den ESP mit einem USB-Daten-Kabel mit dem Computer verbinden.
In der Arduino IDE muss jetzt der USB Port gewählt werden; unter Linux ist dies meist der "ttyUSB0".
In Windows kann man im Gerätemanager nachsehen.
Unter macOS kann dies z.B. “/dev/cu.usbserial-110” sein.

Nun oben links mit dem Pfeil nach rechts Button den Sketch übersetzen und hochladen.

Nachdem der Sketch hochgeladen wurde, den "Seriellen Monitor" mit Baudrate 115200 öffnen.
Wenn alles erfolgreich war, erscheint dort folgendes:

WiFi waiting to connect: Mein WLAN...
WiFi connected to Mein WLAN
setup OTA...192.168.0.109

Der ESP ist nun im OTA Modus.

Zuerst wird die zum ESP gehörige BIN-Datei benötigt; diese ist unter Daily & Regular Builds unter "RaspberryPi / WIO" zu finden.
In diesem Beispiel wird die Datei "WIO ESP32 D1 Mini32" verwendet und auf dem Computer gespeichert.

Nun Rocrail starten, den WIO-Dialog öffnen und zum Reiter "Update" wechseln, Mit dem Button "Binary WIO file:" wird die gerade heruntergeladene BIN-Datei geöffnet.
In das Feld "IP" die IP-Adresse aus dem Monitor der Arduino IDE eintragen und bei "Port" des jeweiligen Boards, in diesem Fall für das Bord ESP32 die "3232" eintragen.
Jetzt auf "Start OTA" klicken; die BIN-Datei wird nun auf den ESP übertragen, Erscheint im Server-Fenster "9999 OTA: OK [OK]", dann war die Übertragung erfolgreich.



Nun die Arduino IDE schließen, beziehungsweise zumindest den Seriellen Monitor, da dieser die weitere Einrichtung behindert.

(Die ESP Nutzer können hier kurz mitlesen; es ist aber für diese nicht relevant.)

Die "BOOTSEL" Taste des Pico W drücken und den Pico W mit einem USB-Daten-Kabel mit dem Computer verbinden.

Der Pico W erscheint nun als Speichermedium auf dem Computer und wird mit der Kennung "RPI-RP2" angezeigt.

Nun unter Daily & Regular Builds die Datei "WIO Pico-W USB" herunterladen und auf dem Pico W speichern.
Dieser startet danach neu und ist nun nicht mehr als Laufwerk sichtbar.

Der Pico W hat nun die WIO Software erhalten und kann weiter eingerichtet werden.

Im WIO Dialog auf den Reiter "Wartung" gehen.

Über den Button "Geräte suchen" wird der,an den Computer mit Rocview angeschlossene WIO erkannt.

Wenn auf "Verbinden" geklickt wird, sollte im Fenster des Dialogs etwas Entsprechendes angezeigt werden:

Rocrail - Model Railroad Software
Copyright (c) 2002-2022 Robert Jan Versluis, Rocrail.net
All rights reserved.
WIO 664
.......

Jetzt werden unter "WLAN" über "Suchen" die vorhandenen WLAN SSID angezeigt.
Hier das entsprechende WLAN auswählen und das Passwort für dieses WLAN eingeben. Über den Button "Einstellen" wird die Verbindung hergestellt.

Bitte beachten!!
SSID-Name und Passwort ohne Leerzeichen, .
Max. Länge beträgt 32 Zeichen inkl. die Nullterminierung. Nur 7-Bit-ASCII wird unterstützt.
Only 7 bit ASCII is supported.


Der WIO sollte nun mit dem Rocrail-Server verbunden sein und unter dem Reiter "Abfrage" angezeigt werden. Eventuell muss hierfür dort der Button "Abfrage" angeklickt werden.

Alternativ kann die "Server"-IP-Adresse direkt eingetragen werden,
In diesem Fall muss dann auch der Harken bei "Automatisch" entfernt werden.

Die Erst-Einrichtung ist damit abgeschlossen.

Über "Datei / Rocrail Eigenschaften" im Reiter "Zentrale" WIO hinzufügen und den Dialog mit "OK" beenden.



Danach Rocrail neu starten.

Zu Anfang sollten im WIO Dialog unter "Abfrage" folgende Einstellungen vorgenommen werden:

Als erstes die Kennung (ID) des WIO ändern; die STANDARD-Kennung für neu eingerichtete WIOS ist die 33. Wenn diese nicht geändert wird, kann kein weiterer WIO hinzugefügt werden.

Nun kann noch der Name abgeändert werden; dieser dient zur Identifizierung im Netzwerk und in den Dialogen von Rocrail, Für die eigentliche Steuerung wird die Kennung (ID) verwendet, Die maximale Länge des Namens beträgt 8 Zeichen.

Mit dem Button "Einstellen" werden die Änderungen übernommen.

Für die ESPs muss nun der WIO Typ ausgewählt werden. Diese Dokumentation beschränkt sich auf die Typen "LED", "Servo" und "I/O16". Weitere WIO Typen können dem Wiki entnommen werden: WIO - Konfiguration.

Beim Raspbery Pi Pico W muss nichts eingestellt werden, da dieser nur als Typ "I/O16" verfügbar ist.

Für den "ESP32 D1 mini" wird in diesem Beispiel der WIO Typ "I/O16" eingestellt.
Weitere Einstellungen sind nicht notwendig, da der WIO Typ "I/O16" den echten Typ anhand des ersten Befehls nach dem Neustart selbstständig festlegt.

Bei WIO-01 und WIO-02 muss definiert werden, ob mit dem WIO "Servo"s oder NeoPixel "LED"s (WS2812,WS2811) angesteuert werden soll.

Der Typ wird über den Button "Einstellen" gespeichert.

Im WIO Dialog den zu konfigurierenden WIO aktivieren und auf den Reiter "Einstellung" wechseln.



Auf der linken Seite befindet sich die Port-Konfiguration (Port Configuration):



Hier kann die Nutzung eines WIO Eingangs/Ausgangs definiert werden; es gibt 4 Möglichkeiten:

• "i" Input / Eingang
• "o" Output / Ausgang
• "p" Pulse / Ausgang mit Abschaltung z.B. für Magnetartikel
• "b" Block / Eingang entprellt für Rückmelder wie Kontaktgleise, Lichtschranken, ….
• Invert (o,p) Invertierung der Ausgänge; der Standard-Zustand eines Ausgangs ist "Low" (minus); durch aktivieren geht dieser bei off auf "High" (3,3 Volt plus).

Erst sind nur 8 der 16-32 I/O's zu sehen. Über die Pfeiltasten im unteren Bereich kann zu den weiteren I/O`s gewechselt werden.
Achtung: vor dem Wechsel vorgenommene Änderungen mit dem Button "Set" speichern.

Im folgende Beispiel wird der erste Ausgang des WIO mit der WIO ID 1 eingerichtet.
Im Rocrail-Plan mit einem rechten Mausklick auf das Ausgang-Objekt die Einstellungen öffnen und auf den Reiter "Schnittstelle" wechseln.



Bei der Schnittstellenkennung "WIO" auswählen, in die "Knoten-ID" die ID des WIO - im Beispiel die "1" - eintragen und im Feld "Adresse" ebenfalls die "1" für den ersten Ausgang eintragen.

Im Beispiel ist der Rückmelder am Port 3 von WIO-ID 1 angeschlossen; die Konfiguration dieses Anschlusses wird auf "b" = "Block" eingestellt.



Allerdings ist es deutlich einfacher, über den Rückmelder-Monitor die Eistellung vorzunehmen:
- im Rückmelder-Monitor auf "Alles löschen" klicken,
- nun den Rückmelder auslösen.



- dann den Eintrag via Drag and Drop auf den Rückmelder ziehen,
- der Rückmelder ist dann wie folgt eingerichtet.

Ein Magnetartikel kann hier ein Flügel-Signal oder eine Weiche sein.
In diesem Beispiel verwenden wir die Port-Nummern 4 und 5; diese müssen zuerst im WIO-Dialog auf p = "Pulse" eingestellt werden. Dadurch schaltet sich der Ausgang selbsttätig wieder aus; die Dauer ist hier auf 500 ms eingestellt (Pulse = 50 x 10ms entspricht 500 ms). Dies sollte ein Durchbrennen der Spule verhindern.



In den Rocrail Signal Einstellungen im Reiter "Schnittstelle" die Schnittstellenkennung "WIO" wählen, in die "Konten-ID" die ID des WIO eintragen, bei Adresse ROT die 4 eintragen und den Haken bei Typ "Weiche" setzen.
Die zweite Adresse wird nicht eingetragen; es wird der Folge-IO (5) benutzt.



Für eine Weiche ist die Vorgehensweise identisch.

Deutsches Licht-Haupt-Signal
HP0	Halt	rotes Licht
HP1	Fahrt	grünes Licht
HP2	Langsam	grünes + gelbes Licht

Im Beispiel verwenden wir für ein 3 begriffiges Lichtsignal die Ports 6, 7 und 8. Diese müssen als o = "Output" definiert sein.



Unter den Einstellungen für ROT, GRÜN und GELB die Adressen 6, 7 und 8 eintragen.
Bei Signalen mit gemeinsamer Anode muss Invert aktiviert werden.

Um HP2 ("Langsam", grün/gelb, …) anzeigen zu können, muss unter "Schnittstelle / Steuerung" die Einstellung "Begriffs-Nummern" aktiviert werden. Bei einem Signal mit 2 Begriffen ist dies nicht notwendig.
Zur weiteren Einstellung von HP2 nun auf den Reiter "Einzelheiten" wechseln. Dort die Begriffsnummern unter "Nummer" eintragen.
ROT = 0, GRÜN = 1 und GELB = 2

Hinter dem Nummernfeld unter "Wert" auf den Button mit den 3 Punkten klicken.

Bei ROT LED 2 auf "On" setzen	Bei Grün LED 1 auf "On" setzen	Bei GELB LED 1+3 auf "On" setzen

Info:
WIO unterstütz auch Charlieplexing für Viessmann Multiplex Signale.

Mit WIO können bis zu 64 (200 PicoW) WS2812/WS2811 RGB LEDs angesteuert werden; diese können neben normalen Beleuchtungen auch für Signale usw. verwendet werden.
Bei WIO-01 und WIO-02 muss dafür der Typ "LED" aktiviert werden

Folgende Einstellungen im Reiter "Schnittstelle" vornehmen:

• Schnittstellenkennung WIO eintragen,
• Bei Knoten ID, die ID des WIO
• Bei Adresse die Nummer des WS2812/2811 in der Kette (1-64) (1-200)*
• Unter Wert wird die Helligkeit eingestellt 1-255
• Bei Optionen Farbe
• Aus Zubehör den Haken nehmen und LED aktivieren.

* Pico

* Pico

Nun zum Reiter "Farbe" wechseln; hier können die Farbwerte für die LED eingetragen werden:

"Type" = "RGB" für das "WS 2812" Protokoll oder
"Type" = "GRB" für das "WS 2811" Protokoll.

Weitere Optionen im Reiter "Schnittstelle":

Wenn "Blinken" aktiviert ist, blinken die LEDs. Die Frequenz wird über "Dimmen" im Reiter "Schnittstelle" eingestellt.

¹ Pico
² Die Einstellungen für Helligkeit, Verzögerung und Blinken werden für alle LED's übernommen, im Reiter Farbe kann die Helligkeit eingestellt werden.

Nachfolgend wird die Einrichtung für die WS2811 Platinen erläutert.
Wichtig hierbei ist zu beachten, dass beim WS2811 Protokoll Rot und Grün vertauscht sind.
Also: Rot ist Grün, Grün ist Rot und Gelb ist Blau auf dem Chip.

Im Reiter "Schnittstelle" sehen die Einträge wie folgt aus:

* Pico

Im Reiter "Einzelheiten" geht es für ein Signal mit 3 Begriffen wie folgt weiter:

• Zuerst die "Nummern" ausfüllen mit 0, 1 und 2

Unter "Muster / Begriffe" hinter den "Nummer"-Feld auf das Feld mit den 3 Punkten "…" klicken.

Muster / Begriffsnummer
	Begriffs-Nummer:
		LED 1	LED 2	LED 3	Deutsches Licht-Haupt-Signal
ROT	A1	aus	ON	aus	HP0 (Halt; rotes Licht)
GRÜN	A2	ON	aus	aus	HP1 (Fahrt; grünes Licht)
Gelb	A3	ON	aus	ON	HP2 (Langsam; grünes + gelbes Licht)

HP0	HP1	HP2
Bei ROT LED 2 auf "On" setzen	Bei Grün LED 1 auf "On" setzen	Bei GELB LED 1+3 auf "On" setzen

Wenn "Blinken" aktiviert ist, blinken die LEDs. Die Frequenz wird über "Dimmen" im Reiter "Schnittstelle" eingestellt.

Um ein Signal mit mehr als 3 LEDs zu bauen, wird der Konfiguration ein weiterer WS2811 hinzugefügt mit den Begriffsnummern 4, 5 und 6.
Es werden dann die Ausgänge des folgenden WS2811 Bausteins genutzt.
Achtung: selbst wenn nur eine zusätzliche LED (No. 4) genutzt wird, so können dennoch die ungenutzten LEDs (5 and 6) nicht anderweitig genutzt werden.

Muster / Begriffsnummer
	Begriffsnummer:
		LED 1	LED 2	LED 3	LED 4	LED 5	LED 6	Deutsches Licht-Haupt-Signal
ROT	A1	aus	ON	aus	aus	-	-	HP0 (Halt; rotes Licht)
GRÜN	A2	ON	aus	aus	aus	-	-	HP1 (Fahrt; grünes Licht)
GELB	A3	ON	aus	ON	aus	-	-	HP2 (Langsam; grünes + gelbes Licht)
WHITE	A4	aus	ON	aus	ON	-	-	HP0/SH1 (Rangierfahrt; rotes + weißes Licht)
		WS2811 #1			WS2811 #2

HP0	HP1	HP2	HP0/SH1
Bei ROT LED 2 auf "On" setzen	Bei Grün LED 1 auf "On" setzen	Bei GELB LED 1+3 auf "On" setzen	Bei WEISS LED 2 und 4 auf "On" setzen

Wenn "Blinken" aktiviert ist, blinken die LEDs. Die Frequenz wird über "Dimmen" im Reiter "Schnittstelle" eingestellt.

Mit WIO können Onboard bis zu 4 Servos angesteuert werden; dies kann aus den Objekten "Ausgang", "Weiche", "Signal" und "Drehscheibe" erfolgen.
Bei GCA WIO-01 und WIO-02 muss dafür der Typ "Servo" aktiviert werden.
Beim ESP32 Typ "I/O16" entfallen die IO-Adressen 1 bis 4, da diese zur Ansteuerung der Servos verwendet werden.

In diesem Beispiel wird die Einrichtung anhand des Objekts "Weiche" erklärt, die abweichenden Felder für "Ausgang" "Signal" und "Drehscheibe" können hier entnommen werden Adressierung Servo-Objekte.

In der Schnittstelle der Weiche die Schnittstellenkennung "WIO" und die Knoten-ID des WIO eintragen.
In der "Adresse" die Nummer des Servo (1 bis 4) angeben.
In "Parameter" und "Wert" werden die erste und die zweite Position des Servo eingestellt.
In dem Feld "Schaltzeit" kann die Geschwindigkeit (1 bis 10) eingestellt werden.
Die Option "Zubehör" deaktivieren und Typ "Servo" auswählen.



Über das Tastenelement mit den 3 Punkten rechts neben dem Feld "Wert"", kann ein Fenster zum Einstellen des Servos aufgerufen werden.
Dieses Element ist nur im Typ "Weiche" verfügbar.

Im Rocrail-Forum und im Rocrail-Wiki gibt es bereits Dokumentationen über praktische Anwendungen der WIO Lösung:

Wiki: WIO G-Semaphore Signal
Wiki: G Servo Adapter
Forum: Das G-Fundament

Wiki: WIO Bahnsteig

Wiki: Drucktastenstellpult, ZBL, ...

Viel Freude mit WIO und beim Erkunden der weiteren Möglichkeiten.