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Modellbahnsteuerung
Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven

Seit vielen Jahren bieten verschiedene Hersteller Digitalsteuerungen für die Modelleisenbahn. Vor 35 Jahren haben wir, eine Gruppe von Modelleisenbahnern, über ähnliche Konzepte nachgedacht. Für die Spur N ließen sich jedoch keine kleinen Digital-Decoder entwickeln. Wir haben mit Hörgeräte-Transistoren experimentiert. Lange Zeit fuhren die Lokomotiven ohne Gehäuse, weil die Baugruppen zu groß waren. Die Firma Märklin brachte wenig später die ersten Digital-Decoder für Spur H0 auf den Markt. Sie wurden noch mit 'Mäuseklavieren' programmiert.
Wir sind dann jedoch einen andern Weg gegangen. Warum eigentlich den ganzen Bestand an Lokomotiven umrüsten? Die Kosten für einen Digital-Decoder lagen damals noch recht hoch. Wir entwickelten ein neues System. Eine einfache Schaltung auf einseitigen Europa-Platinen (10cm*15cm). Jede Platine enthält 8 mal die gleiche Schaltung für Blockabschnitte oder Signalabschnitte. Für Weichen und andere zu schaltende Baugruppen wurde eine eigene Schaltung erstellt. Die Ansteuerung übermittelt ein Computer. Es wird mit Impulsbreitensteuerung gefahren. 32 Blockabschnitte, 280 Signale, 150 Weichen und ca. 50 andere Funktionen wie Bagger, Karusells usw. werden mit dem Programm gesteuert.

Steuerung Win7 und Win8.1.

Die neuen Windows-Versionen lassen eine direkte Kommunikation zwischen Computer und externen Baugruppen über LPT und COM nicht mehr zu. WIr haben jetzt eine andere Lösung gefunden, die auch zukunftssicher ist. (Soweit man das überschauen kann !!) Eingesetzt wird jetzt ein Microcontroller von AVR, in den ein Teil des Delphi-Programms in C++ umgeschrieben in den Speicher geladen wird. Der AVR-Mircocontroller erzeugt jetzt die Takte für die Impulse. Verbunden sind Cumputer und Microcontroller über eine Standard-USB-Verbindung. Daten und Adressen werden zwischen Computer und AVR-Mocrocomputer über den USB-Ports übertragen. Die Impulsfrequenz  kann zwischen 50 und 300 Hz und die Fahrstufen können zwischen 50 und 200 eingestellt werden. Gleichzeitig wertet das Programm die Gleisbesetzt- und Kurzschlussmeldungen der Schaltung aus. Alle aktuellen Standorte der Züge und Wagen werden verwaltet und gespeichert.


Software - ein Delphi-/Lazarus- und ein C++ Programm

Die Programm-Anfänge wurden auf einem CP/M-Computer mit Z80-Prozessor entwickelt. Zuerst waren es Assembler-Programme. Als Turbo-Pascal zur Programmierung zur Verfügung stand, wurde es wesentlich einfacher. Es gab jedoch noch keine übersichtliche Benutzeroberfläche. Nachdem die ersten Windows-Computer auf dem Markt waren, haben wir die Software umgestellt. Heute läuft die Eisenbahn mit einem Delphi-Programm und Windows XP oder Windows 7. Alle Vorgänge und Betriebsabläufe lassen sich auf mehreren Bildschirmen verfolgen. Immer wieder werden neue Wünsche in das Eisenbahnprogramm eingebaut und das Programm weiterentwickelt.

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Gleisbild Hauptstrecke (im Aufbau)

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Gleisbild Nebenstrecke (im Aufbau)

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Geschwindigkeitsanzeige (im Aufbau)

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Streckenteile (im Aufbau)

Hier die Darstellung der Modelleisenbahn mit den einzelnen Bildschirmfenstern aus den Delphi-Programm. Noch sind nicht alle Funktionen dargestellt.


AVR-Microcontroller

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
AVR-Microcontroller (Radig) mit Testschaltung


Ethernet ATmega32/644 Experimentierboard

Dass ein Schaltmodul fürs Web nicht teuer sein muss, zeigt dieses kleine Projekt. Ein kompletter mini Webserver für etwa 30€. Dabei kommt der Mikrochip ENC28J60 Ethernetcontroller in Verbindung mit einem ATmega32 oder ATmega644 zum Einsatz. Mir ist bewusst das es schon einige solcher Schaltungen auf der Basis dieses Netzwerkchips und dieser Controller im Internet gibt. Allerdings kommt meine Schaltung ohne SMD Bauteile aus und die Platine ist zudem lediglich einseitig. Dies garantiert, dass dieser mini Webserver von einem Bastler ohne weiteres nachgebaut werden kann. Das Bild zeigt euch dabei den Webserver mit optionalem Display. Auch wenn die Software in der Programmiersprache C geschrieben wurde, kann eigentlich jeder seine eigene Webseite erstellen und in dem Webserver einbinden. Ein blick in die Datei webpage.h zeigt euch wie eine Webseite eingebunden wird, und somit Schaltaktionen durchgeführt werden. Die restliche und allgemeine Konfiguration erfolgt in der config.h. Auch hier wird von keinem irgendwelche C Kenntnisse abverlangt. 
Im Radig-Onlineshop sind die Platinen für dieses Projekt zu haben! (c) Text Ulrich Radig
Für Fragen und Ratschläge zur AVR steht Ulrich Radig jederzeit gerne zur Verfügung.

Programmentwicklung für Win8 und AVR-Microcontroller

Die Erstellung des neuen C++ Programms übernahm der Kollege Andreas Lutters. Nach Wünschen und Erfordernissen wurden verschiedene Routinen in das Programm integriert. Bei der Weiterentwicklung des Delphi-Programms stand mit vielen Ratschlägen und Verbesserungen Andreas Fischer bereit.

Verbindung PC, AVR-Microcontroller und Eisenbahn-Hardware

Als Verbindung zur Hardware der Modelleisenbahn stehen 3 mal 8-IO-Datenleitungen zur Verfügung. Somit wurden die zwei LPT-Schnittstellen am PC und die Druckerkabel durch diese Schaltung ersetzt.


Modelleisenbahn-Hardware

Die Schaltungen der Modellbahn-Hardware gehen auf Entwürfe von Wolfgang Fischer zurück.

4 zu 16 Encoder

Die 8-Bit-breite Adressenleitung vom Druckerport wird mit einem 4-zu-16-Encoder decodiert. Mit den Ausgangssignalen werden die Block- und Signalplatinen selektiert. Im Eisenbahn-Hardwareschrank werden zur Zeit 10 Encoder genutzt.

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Schaltplan 4-zu-16-Encode

Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Platine 4-zu-16-Encode

Diese Platine dient zur Auswertung der Adresssignale des AVR-Mircocontrollers und zur Weiterleitung von Befehlen an die Blockabschnitte, Signale, Weichen und sonstigen Einrichtungen.

8 * Blockabschnittsteuerung

Auf diesen Platinen sind 8 Blockabschnitte mit identischer Schaltung bestückt. DIese Einzelschaltungen erzeugen die Impulsbreitenpulse. Zusätzlich wurde mit wenigen Bauteilen eine Besetzt- und Kurzschlusserfassung aufgebaut.

Eisenbahnmagazin Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Schaltplan 8 * Blockabschnittsteuerung

Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Platine 8 * Blockabschnittsteuerung

Die vom AVR-Microcontroller kommenden Geschwindigkeitsbefehle werden in die Impulslängen umgesetzt, die den einzelnen Geschwindigkeitsstufen entsprechen. Zusätzlich wird eine Gleisbesetzt- und Kurzschlussmeldung ermittelt und an den AVR zurückgeleitet.

8 * Signalsteuerung (Streckenteil)

Die Signalplatine dient zum Ein- und Ausschalten von Signalen sowie zur Besetzt- und Kurzschlussauswertung.

EisenbahnmagazinDigitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven
Schaltplan 8 * Signalsteuerung

Digitalsteuerung ohne Decoder in den Lokomotiven Platine 8 * Signalsteuerung

Diese Platine schaltet Signale zu oder ab. Zusätzlich werden Gleisbesetzt- und Kurzschlussmeldung an den AVR abgegeben.

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