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Im Jahr 2007 entschlossen wir uns dazu die Elektronik neu zu entwickeln, da die Anforderungen stark gestiegen sind und Ersatz für die alten Blockplatinen nur schwer beschaffbar war.

Zuerst wollten wir wieder eine analoge (also nicht digitale) Elektronik, jedoch mit den Vorzügen der Digital-Elektronik.
Obwohl wir einige Prototypen dieser Elektronik aufbauten konnten unsere Erwartungen nicht erfüllt werden.

Die Platine war mit einer Lastregelung ausgestattet, um so auch analoge Lokomotiven feinfühlig steuern zu können. Diese Lastregelung funktionierte auch sehr gut, jedoch war trotz vieler Versuche und verschiedenster Ansätze die ßbergabe von einem Block zu einem anderen immer mit einem kleinen Ruck der Lokomotive an der ßbergangsstelle nicht optimal lösbar.

Anfänglich überlegten wir den Einsatz von "fertiger" Elektronik.
Nachdam jedoch die verschiedenen Systeme der unterschiedlichen
Hersteller etnweder viel zu teuer oder zu sehr nach Bastelei
aussahen und viele unserer Wünsche nicht erfüllen konnten mussten
wir uns an die Entwicklung einer eigenen digitalen Elektronik, die keine Wünsche offen lassen sollte machen.

Das Pflichtenheft stellte unter anderem nachfolgende Anforderungen:
* Sämtliche Vorteile der DCC Technik
* Ausfallsicheres und sich selbst überwachendes System
* Module für Weichen und Signale
* Einfachste Wartung
* Verwendung einer kommerziellen Software (Railware, TrainController, etc)
* Unwesentliche ßnderungen an der bestehenden Verkabelung
* Alle Komponenten sollten Software-Updatefähig sein.
Es war uns natürlich sehr rasch klar, dass die Blockplatine wohl eine der komplexesten Aufgaben sein würde. Natürlich fängt man mit den schwierigsten Aufgaben an, und so wundert es auch nicht, dass es mehrere Anläufe benötigte.

Im Gegensatz zu den ersten Analog-Prototypen wechselten wir von einer Atmel CPU auf eine ARM7 CPU.

Wir nennen das ganze Blockplatine, in der Digitalsprache würde man wahrscheinlich Doppelbooster dazu sagen.
Nachdem der 1. Prototyp bestückt war merkten wir sehr rasch, dass die Besetzmeldung so nicht gut genug funktionierte, daher wurde mit Fädeldrähten die Platine umgebaut.

Im Vordergrund sind die Spulen für die zwei Schaltregler zu erkennen, mit denen eine konstante und einstellbare Gleispannung erzeugt wird.
Zusätzlich entschlossen wir uns noch zwei RailCom Detektoren einzubauen - man weiß ja nie was die Zukunft so bringt...

Die vielen Elkos dienen der Glättung. Viele Elkos sind meist wesentlich günstiger als ein gosser Elko.
Leider funktionierten diese auch nicht auf anhieb und dann kam uns noch die Idee, die Railcom Detektoren um die Funktionalität der Richtungserkennung der Lokomotive zu erweitern. Gesagt getan, die nächste Version war fällig
Dies ist die endgültige Version. Zusätzlich hat diese Schaltung noch eine Sicherung als Brandschutz erhalten.

Was kann die Blockplatine?
Die Platine enthält einen Doppelblock, d.h. alle nachfolgenden Angaben (bis auf die CPU) sind doppelt auf dieser Platine enthalten:
* ARM7 CPU mit bis zu 72MHz Taktfrequenz inkl. In-System Bootloader.
* Verlustarmer Schaltregler zur Spannungsstabilisierung (max. 2 Ampere)
* Booster mit max. 2 Ampere
* Einstellbare Strombegrenzung und Kurzschlusserkennung
* Vollautomatisches Kehrschleifenmodul
* RailCom Detektor mit Richtungserkennung
* Spannung/Strom/Temperatur ßberwachung
* 3 Belegtmeldeabschnitte (Trennschiene links/rechts und das Gleis dazwischen)
* Umschaltung zwischen eigenem und externem DCC/Signal
Und das alles zweimal pro Platine!
Bis zu 16 Blockplatinen werden in einem 19" Einschub untergebracht, was wiederum 32 Blöcken (mit insgesamt 3*32=96 Rückmeldern) pro Einschub entspricht. Die Einschübe sind mit speziellen Rückenplatinen ausgestattet, die sämtliche Signale verteilen und entsprechende Ausgangsklemmen zur Verfügung stellen.

Auf Basis des Pflichtenheftes erarbeiteten wir dann das Konzept
für die Weichen- und Signalmodule:
Die Weichen und Signale werden über Module angesteuert,
die wiederum über einen Industriebus (RS485) miteinander
verbunden werden. Als Verkabelung dienen CAT5 Netzwerkkabel,
die in beliebiger Länge selbst herstellbar sind.

Es können bis zu 255 Weichen/Signalmodule pro Zentrale angeschlossen werden, was bis zu 2040 Weichen und Signalen pro Zentrale entspricht.
Die Module verfügen über einen DIP-Schalter, mit dem die Adresse des Moduls eingestellt wird.

Die Platinenform sieht etwas eigenartig aus. Das liegt an den verwendeten Gehäusen, die die Elektronik schützen und leicht zu montieren sind.
Das Weichenmodul kann bis zu 8 Doppelspulenantriebe (mit und ohne Rückmeldung) und beliebige Motorantriebe (mit einer kleinen Adapterplatine) ansteuern. Neben der Auswertung der Rückmeldung sind alle Ausgänge kurzschlußsischer und die Versorgungsspannung wird ebenso überwacht wie die Betriebsspannung und der aufgenommene Strom.

Das Signalmodul ist gleich dem Weichenmodul aufgebaut, wobei jedoch bis zu 4 Signale mit 8-LED's oder 8 Signale mit bis zu 4 LED's pro Signal angeschlossen werden können. Zusätzlich sind auch beim Signalmodul sämtliche Ausgänge kurzschlußsicher.
Zu guter letzt fehlten noch die Zenralen:
Das System ist so modular aufgebaut, dass es mit beliebig vielen Zentralen arbeiten kann.
Die Zentrale unterstützten prinzipell 4 Betriebsarten:
* Fahren (Erzeugen des DCC-Signals)
* Schalten (Weichen- & Signalmodule)
* Rückmelden (Blöcke)
* Lichtsteuerung (Lichtmodule)
ßber einen DIP-Schalter wird die Funktion der Zentrale eingestellt. So können auch drei oder vier Zentralen parallel (eine für Fahren, eine für Schalten und eine für das Rückmelden) eingesetzt werden, was die Lastverteilung optimiert.
Die Zentrale selbst wird PC-seitig mit einem USB Kabel verbunden und hat einen integrierten USB-Hub, der 3 Ports zur Verfügung stellt. Zum einen ist die CPU über einen direkten USB-HID Link verbunden, über den Statusmeldungen und Konfigurationen verarbeitet und an die ßberwachungssoftware weitergesendet werden. Als zweites wird ein USB-FTDI Chip (dieser stellt PC-seitig eine virtuelle COM-Schnittstelle zur Verfügung) verwendet, über die kommerzielle Software auf Basis des XPressNet Protokolls (LENZ kompatibel) mit der Zentrale kommunizieren können. Der dritte Port wird wieder nach aussen geführt, sodass an diesem Port die nächste Zentrale angeschlossen werden kann.
So genügt ein einziges PC-Kabel als Verbindung zwischen PC und Anlage.


Für die Technikfreaks: Als CPU wird bei allen Komponenten ein STM32 verwendet. Als Bussystem wird RS485 mit 62.5KBit bzw. 125KBit/Sekunde verwendet. Als Transceiver werden MAX1381 verwendet, da diese nur 1/8 LOAD besitzten und so bis zu 256 Busteilnehmer erlauben.

Die Entwicklung der gesamten Elektronik dauerte ca. 3 Jahre. Es wurden ca. 80.000 Zeilen Firmware und Software geschrieben.
Autor: Andreas KönigErstellt am: 28.05.2010Zuletzt bearbeitet: 28.05.2010