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Die Technik
Die Grundzüge unserers Car-Systems gehen bis ins vorige Jahrhundert zurück :-) - Bereits gegen Ende der 90er Jahre hatten wir in der Stadt Altburg eine kleine Rundstrecke auf der Autobusse Ihre Kreise zogen. Damals war die ganze Strecke noch mit einer einfacher Relaisteuerung aufgebaut. Die Highlights damals waren ein Bus mit Scheinwerfern (noch Glühlampen!) und ein einfacher Feuerwehreinsatz mit einem brennenden Haus. Mit der Zeit gab diese Strecke und auch die Fahrzeuge Ihren Geist auf. Dafür wurde an anderer Stelle (im Bereich Buchheide) eine neue Strecke erbaut. Zwei Autobusse und ein Milchwagen fuhren abwechselnd im Kreis.
Die Elektronik des Car-Systems im Jahr 2007. Im Vordergund ist der PC inkl. Monitor zu erkennen. Im Hintergund rechts sind zwei Einschübe, die die Steuerungsplatinen übernehmen. Versorgt werden diese über zwei Schaltnetzteile. Unter dem Einschub befindet sich die USB-Zentrale.
Zu betonen ist, dass der Kabelsalat links vom Monitor NICHT zum Car-System gehört!
Nach einem Besuch im Knittelfelder Modelleisenbahn Verein und einem Besuch im Miniaturwunderland Hamburg keimte in uns jedoch die Idee aus dem noch kleinen Car-System größeres entstehen zu lassen...
Wir wollten jedoch unbedingt eine (fast) perfekte Lösung: Autos sollten mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten Fahren, Beschleunigen, Abbremsen, Blinken, Bremslichter zeigen, mit geringem Abstand hintereinander fahren und das ganze sollte möglichst automatisch, fehlerfrei aber vor allem realistisch aussehen.
So blieb uns nichts anderes über, als zuersteinmal einige Techniken zu probieren. Es war uns klar, dass jedes Auto mit einer Elektronik ausgestattet werden sollte, die große Frage war jedoch, wie die Kommunikation einer noch zu schaffenden Zentrale oder eines PC's mit den Fahrzeuge funktionieren sollte.
Der erste Prototyp erhielt seine Informationen noch über die Stopstellen. Durch das Ein- und Ausschalten der Stopstelle konnten über den Reedkontakt des Fahrzeuges Befehle an dieses gesendet werden. Störend waren dabei neben dem Geräusch vor allem die Tatsache, dass das Fahrzeug stehen musste und das die Datenübertragung sehr langsam war.
Trotz anfänglicher Skepsis des Elektronikers haben wir dann einen weiteren Versucht mit Infrarotsendern unternommen. Relativ rasch stellte sich heraus, dass bei entsprechend modulierten Signalen (wir verwenden eine Trägerfrequenz von 38kHz) eine sehr gute Reichweite, eine rasche und relativ sichere Datenübertragung erreicht werden würde.
Leider hat die Infrarotdatenübertragung einen entscheidenden Nachteil. Das ursprünglich über Infrarot gesteuerte Abstandssystem konnte aus Inkompatibilitätsgründen nicht mehr weiter verfolgt werden.
Nach ein paar durchgemachten Nächten konnten wir schließlich 2003 das erste Fahrzeug über einen PC mit angeschlossenem Infrarotsender (links im Bild die heute eingesetzten IR-Sender mit 5 IR-Sendedioden) steuern. Die Sender sind mit Netzwerkkabeln verbunden und ein Steuereinheit sorgt dafür, dass alle Sender synchron die gleichen (für das menschliche Auge unsichtbaren) Infrarotsignale aussenden.
Nachdem die Technik der Datenübertragung stand ging es darum eine Software zu entwickeln, die die Steuerung der Fahrzeuge (und natürlich auch der Strecken) erlaubte. Ein katastrophaler Computerabsturz führte dann im Dezember 2003 dazu, dass zur Weihnachtsausstellung kein einziges Fahrzeug fuhr.
Im Februar 2004 machten wir uns dann erneut an die Entwicklung einer Software.
Aus Zeitgründen haben wir auf einen grafischen Editor verzichtet. Die gesamten Strecken und deren Parameter werden in Listenformen verwaltet.

Damals war jedoch nicht abzusehen, welche Ausmaße diese Software erreichen würde...
Stand Oktober 2007:
Die Software (entwickelt in Delphi) umfasst mittlerweile beinahe 65000 Zeilen. Hier ein kleiner Auszug des Funktionsumfangs der Software:
* Streckendefionition mit frei wählbaren Ereignissen
* Blinken beim Abbiegen
* Abbremsen vor Stopstellen
* Anhalten bei Stop-Tafeln
* Langsamfahrstrecken im Ortsgebiet
* Vorangregeln
* SMS-Information bei Fehlern
* Automatisches erkennen von leeren Fahrzeugen
* Automatisches Laden von Fahrzeugen
* Genaue Positionsverfolgung (mm-genau) in Echtzeit
* Antikollisionsmanagement
* Bahnübergangssteuerung
* Online-Datenbank für unsere Homepage
* Automatisches Abbremsen und Beschleunigen
* Ampelsteuerungen
* Zufällige und fixe Routen
* Dynamische Kreisverkehrssteuerung
* und vieles, vieles mehr...
Neben der PC-Software ist natürlich auch noch eine kleine Steuerungsplatine für die Fahrzeuge notwendig. Die Fahrzeuge selbst sind mit einer EMK-Lastregelung, 5V Step-Up Konverter, PowerDown Mode und Empfangsfilter für den Infrarotempfänger ausgestattet. Die integrierte Firmware erlaubt diverse Lichteffekte wie z.B. Blinker, Abblend und Fernlicht, Rücklicht und Bremslicht, Doppelblitz, Rundumleuchten und viele andere Einsatzlicht Effekte.
Die gesamte Firmware kann über die IR-Datenübertragung parametriesiert werden. So können z.B. die Beschleunigung und die Verzögerung, die Maximalgeschwindigkeit und EMK-Parmater jederzeit geändert werden.
Um das Eingleisen der Autos (der PC muss ja immer wissen, wo sich welches Fahrzeug befindet) zu erleichtern haben wir an verschiedenen Stellen auf und unter der Anlage Transponderleser eingebaut. Jedes Fahrzeug ist mit einem Transponder ausgestattet. So braucht das Fahrzeug nur mehr auf einen Leser gehalten werden und schon weiss der PC, wo sich das Fahrzeug befindet.
Im Jahr 2007 haben wir uns dann dazu entschlossen, unseren PC etwas zu entlasten, und eine eigen Zentrale zu entwickeln. Die Zentrale übernimmt die Steuerung der Einschübe, erzeugt die Infrarot Datenpakete, überwacht die Transponderleser, kommuniziert mit den Ladegeräten und den externen I/O Modulen. Gebündelt gehen die gesammelten Informationen dann über die USB-Schnittstelle zum PC.
Nachdem die Brennstoffzellentechnologie leider noch nicht weit genug fortgeschritten ist, begnügen wir uns noch mit handelsüblichen Nickelmetallhydrid (NiMh) Akkus (die meisten von GP). Mit diesen Akkus erreichen wir je nach Fahrzeug und Akkukapazität Reichweiten von bis zu 3000m (das sind ca. 8 Stunden Fahrzeit). Aber irgendwann kommt der Zeitpunkt, an dem der Akku leer wird. Diesen Zeitpunkt erkennt die Steuerungssoftware und setzt daraufhin den Fahrzeug Status auf "Aufladen". Das Fahrzeug selbst fährt dann auf kürzestem Weg in unsere unterirdische Ladestation.
Natürlich haben wir nicht nur die Mechaniken der Ladestationen (hierfür benötigten wir mehrere Anläufe...) sondern auch die Ladeelektronik selbst entwickelt und gebaut.
Die Ladeelektronik steuert das ßffnen und Schließen der Servos, regelt die Stromzufuhr und überwacht die Ladeschlussspannung. So kann jeder Akku individuell auf seine Nennkapazität geladen werden, unabhängig davon, ob der Akku leer oder noch halb voll ist... ßber einen RS-485 Bus sind die Ladestationen mit der Zentrale verbunden. Die Software speichert dann sogar noch die Ladediagramme...
Nachdem das Fahrzeug aufgeladen wurde stellt die Software den Status auf "Abstellen". Daraufhin fährt das Fahrzeug in den unterirdischen Abstellplatz, über den es (mit Hilfe des Power-Down Modus) auch ßber nacht stehen bleiben kann, ohne allzuviel Energie zu vergeuden...
ßbrigens: Wird ein Fahrzeug leer, so gibt die Software automatisch einem abgestellten Fahrzeug den Befehl Fahren, damit immer gleich viele Fahrzeuge auf der Anlage unterwegs sind...
Autor: Andreas KönigErstellt am: 15.10.2007Zuletzt bearbeitet: 07.12.2007