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Arnold-Drehscheibe

Nov 2017:
Ich habe meine Arnold-Drehscheibe digitalisiert mit 2 PIC-Microcontrollern, davon einer in der Drehbühne.

Auf der Drehbühne stehen 4 Licht-Sperrsignale. Während der Drehung zeigen alle 4 Signale Sh0 rot. Eines der Signale wird automatisch auf Sh1 weiß gestellt, die 3 anderen bleiben auf Sh0 rot. Welches der 4 Signale auf Sh1 gestellt wird, hängt davon ab, ob auf der Bühne eine Lokomotive steht und an welchem Ende der Bühne das Anschlußgleis ist, beides wird während und nach der Drehung automatisch mit Sensoren gemessen.
Zusätzlich werden noch ein Licht im Maschinenhaus vor Beginn der Drehung angeschaltet und später nach der Drehung wieder ausgeschaltet; über das Bediengerät kann aber auch Dauerlicht geschaltet werden. Während der Drehung blinkt ein Blinklicht auf dem Dach des Maschinenhauses.

Mit einem Bediengerät mit LCD Display wird eine Gleisvorwahl mit einem Digitalen Drehpoti eingegeben. Per Knopfdruck beginnt dann die Drehung. Die Istposition der Bühne wird angezeigt, zählt also sichtbar von der Nummer des Startgleises bis zum Zielgleis.
Zur Synchronisierung der Bühnenstellung sind 3 Hallsensoren am Bühnenrand montiert, die automatisch die Bühnenstellung korrigieren. Dies kann auch manuell über das Bediengerät gemacht werden. Die Bühne dreht den kürzesten Weg zum Zielgleis. Manuell kann eine zusätzliche 180o Drehung per Tastendruck gewählt werden, sie wird bei der Berechnung des kürzesten Drehwinkels mit eingerechnet.

Während der Drehung ist die Fahrspannung an allen Gleisen abgeschaltet und wird nach der Drehung automatisch zugeschaltet.
Der Fahrstrom wird mit PWM-Modulation optimiert für Langsamfahrten.
Der Bühnenmotor wurde durch einen Faulhabermotor ersetzt.
Ende Nov. 2017 erhielt ich die Platinen (in China hergestellt für wenig Geld) und seither teste ich einen Prototypen.

Systementwurf auf dem Steckboard:
Das System und die Schaltungen hatte ich zunächst auf einem Steckboard entworfen und ausgiebig getestet.
Es entstanden 2 Versionen, die erste war zu kompliziert und wurde verworfen, die zweite habe ich mit Platinen realisiert.
IMG 0681ss
Bild zeigt Version 1, sie hatte noch zu viele Relais.
Version 2 wurde wesentlich einfacher.

Übersichts-Schaltplan:
kommt noch

Die 4 Platinen:
Die Steuerung besteht aus 4 Platinen:
Platine #1: in der Drehbühne, enthält dem "Bühnen-PIC" Microcontroller
Platine #2: Adapterplatine für die LED-Licht/Signal Anschlüsse
Platine #3: die Hauptplatine unter der Grube mit dem "Gruben-PIC"
Platine #4: das Bediengerät
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3 Platinen - die beiden roten und die gelben sind doppelseitig - habe ich in China herstellen lassen ... tolle Qualität und preiswert, die hellbraune ist einseitig und selbst hergestellt.
Beim Platinenhersteller mußte ich je 5 Platinen als Mindestmenge bestellen. Der Preis war fast "geschenkt" im Vergleich zu Herstellern in EU (je 20€ für die beiden großen, und 4 € für die kleine, für von 5 St. für die großen und 10 St. für die kleine, dazu noch 15 € Versand, Lieferung dauerte 2 Wochen, also 5 komplette Platinensätze für knapp 60 €).

Die Drehbühne:
Am schwierigsten gestaltete sich der Einbau der beiden kleinen Platinen in die Drehbühne, vom Platz her gesehen nicht problematisch, aber die Montage und Demontage der gesamten Bühne mit den vielen LED-Drähtchen erwies sich unpraktisch.
Deshalb hatte ich mich entschlossen, den schwarzen Bühnendeckel zu zersägen und die eine Hälfte steckbar zu machen. Somit kann die Bühne nun bequem zusammenmontiert werden ... und im Notfall sind die Platinen erreichbar ohne die gesamte Bühne wieder auseinander nehmen zu müssen.
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Die Bühne hat 4 Viessmann Licht-Sperrsignale (an jeder Seite ein Einfahrt- und ein Ausfahrt-Signal) bekommen, ein Licht im Maschinenhaus und ein (etwas zu groß geratenes, dafür aber - wenn es blinkt - nicht übersehbares) Blinklicht auf dem Maschinenhaus.
Ein Signal hab ich auf das Dach des Maschinenhauses montiert.
Der Zusammenbau der Arnold-Bühne ist bekanntermaßen nicht einfach, weil einem dabei die 3 Getriebezahnrädchen durcheinander "fliegen". Ich habe aber einen Trick gefunden, wie das ganz einfach geht, bei Interesse bitte melden.
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Das Bediengerät:

Als nächstes war das Bediengerät dran, ging ohne Probleme.
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Die Teile sitzen in einen schwarzen Kunststoff-Gehäuse:
- 6 Tasten, ich hab sie mal alle eingebaut, Verwendung finde ich zZ aber nur für 4,
- ein Digitalpoti mit Drucktaster,
- ein LCD Display.
In dem Gehäuse ist noch sehr viel Platz leer; man hätte sogar noch die Hauptplatine darin unterbringen können, wenn man es denn beim Platinenlayout rechtzeitig berücksichtigt hätte. Nach der Platinenbestellung war es dafür leider zu spät.

Die Hauptplatine:
Sie ist fertig bestückt und funktionierte auf Anhieb fehlerfrei, alle Schnittstellen mit den beiden anderen Platinen (Bühne und Bedienteil) funktionieren wie vorgesehen. Sie hat erstaunlich wenig Bauteile.
Die Platine hat 5 Status-LEDs und einen Reset-Taster.
Diese Verbindungsstecker sind vorhanden:
- 2-polige 16V Gleichspannungsversorgung
- 9-polige Verbindung mit dem Bedienteil (mit einem Sub-D Stecker)
- 4-polige Verbindung über die 3 Schleifer und den Drehzapfen (Masse) zur Drehbühne
        - Masse
        - +12V
        - seriell TX: UART zur Bühne
        - seriell RX: UART von der Bühne
- 2-poliger Fahrstromanschluß zur Ringleitung (ist im Grubenrand verlegt)
- 4-poliger Programmierstecker für den PIC-Microcontroller
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Zusätzliche Hallsensoren:
3 Hall-Sensoren werden noch hinzugefügt zur automatischen Synchronisierung der Bühnenposition... bisher war das nur über Taster (also manuell) möglich, nun soll das automatisch laufen.
Ich habe noch Eingänge an dem Gruben-Micro frei dafür; das werden zwar fliegende Kabelchen, aber für den Prototy reicht das.
Die Hallsensoren werden in die Grubenrandabdeckung an verschiedenen Stellen eingebaut, ein Magnet wird an eine Bühnenstirnseite geklebt.
Die ersten Tests sind sehr vielversprechend, weil der Sensor nur einen Messbereich über genau eine Schienenbreite hat. Damit kann also die Bühne zusammen mit dem Zählkontakt im Bühenantrieb genau auf eine Schienenbreite synchronisiert werden.
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...und dann wird noch der Rest programmiert. Das betrifft aber nur den Gruben-PIC und die Bedienung und gestaltung der Anzeige auf dem Display.
Der Bühnen-PIC sollte schon jetzt fertig sein, aber an den käme ich dank des abmontierbaren Deckels im Boden der Bühne sehr leicht dran (da ist auf dem Platinchen auch ein Programmierstecker vorhanden).
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Aussicht / Was ist noch zu tun:
Das Projekt ist noch nicht zu Ende, denn auch bei dem Prototyp gibt es noch ein wichtiges Probleme zu lösen, die Demontage der Bühne muß noch vereinfacht werden, insbesondere die vielen (11) Stromlitzen zwischen Adapterplatine und den Signalen müssen steckbar gemacht werden, damit man das Oberteil der Bühne mit den Signalen von dem Chassis (in den die Platinen eingebaut sind) für Wartungen leicht trennen kann.
Auch der Programmierstecker muß von außen "erreichbar" sein, ohne das Oberteil der Bühne abschrauben und damit die Bühne halb auseinander nehmen zu müssen....ich bastele schon an einer Lösung.
1007-information
Hinweis betreffs Nachbau:
Ich liefere KEINE detailierten Schaltpläne, Platinen, Programme oder HEX-Code an mir unbekannte Personen.
Ich möchte über diese Webseite zeigen, dass eine Digitalisierung auch der Arnold Drehscheibe möglich ist.
Für die Arnold Drehscheibe ist mir bisher keine Digitalisierung in dieser Art mit einem Microcontroller in der Drehbühne bekannt, die war bisher nur der Fleischmann Drehscheibe vorbehalten.

Baubericht:
In meinem online-Tagebuch berichte ich über das Projekt in Tagebuchform .... hier.