Der alternative Weihnachts-Kalender mit dem ATtiny2313
Ampeln, Modellbeleuchtungen und Signale, von Heinz D.
Download: 12WK-2313-bas-hex.zip
Am Heiligabend sind Sie im Besitz einer AVR-gesteuerten Schaltung für den Modellbau (-bahn). Im AVR sind 2 Programme abgelegt, die entweder 16 Ausgänge für Ampeln/Häuser, Reklame, Blinker steuern oder mit 8 Tastern 4 Vor- und 4 Hauptsignale im Bahnhofsbereich ansteuern können. Für ein Modell können Sie später zusätzliche Bauteile ergänzen. Im Rahmen des Kalenders sind nur die minimal erforderlichen Bauteile für einen Funktionstest enthalten.
Bezeichnungen
Um die Drähte für LEDs und Tasten wiederzufinden, wurden foldende Kurzbezeichnungen verwendet:
S1g, S1r .. S4r für die Signale 1-4;
T1g, T1r .. T4r für die Tasten zur Steuerung der Signale 1-4;
A1g, A1y, A1r .. A4r für die Ampeln 1-4 (oder Häuser);
N1+N0 für die Neonreklame;
B für das Blinklicht;
S für das Schweißlicht und
J für den Jumper der Programmumschaltung.
Schaltung
' Ampel/Licht Tasten Attiny2313 Signal/Ampel/Licht
' LED Res o 1----___----20 o +5V LED
'A3g +--|<- T4r +_/__o--o 2 PD0 PB7 19 o--o-->|--(*) S4r/S
'A3y +--|<- T4g +_/__o--o 3 PD1 PB6 18 o--o-->|-+ S4g/B
'A3r +--|<- T3r +_/__o--o 4 PA1 PB5 17 o--o-->|-+ S3r/A2r
'A4g +--|<- T3g +_/__o--o 5 PA0 PB4 16 o--o-->|-+ S3g/A2y/Haus 2
'A4y +--|<- T2r +_/__o--o 6 PD2 PB3 15 o--o-->|-+ S2r/A2g
'A4r +--|<- T2g +_/__o--o 7 PD3 PB2 14 o--o-->|-+ S2g/A1r
' N0 |+-|<- T1r +_/__o--o 8 PD4 PB1 13 o--o-->|-+ S1r/A1y/Haus 1
' N1 |+-|<- T1g +_/__o--o 9 PD5 PB0 12 o--o-->|-+ S1g/A1g
' || | o--o 10 GND PD6 11 o |
' || +-------+-----o J o-----+ |
' |+-120R (*)-Batt +-120R -Batt +-120R -Batt
' +-120R -Batt'
Die Tasten T1g-T4r sind nicht vorhanden. Der (*)=Schutzwiderstand ist nur für blaue und weißen LEDs. Der -Batterieanschluss ist ausschließlich über Schutzwiderstände mit den Bauteilen verbunden, um den Halbleitern beim Verschalten ein längeres Leben zu ermöglichen!
24 Versuche für 24 Tage im Advent
1. Der Batteriehalter ist für Stand-Alone-Lösungen,die Batterien sollten 10 Stunden durchhalten. Für eine Modell-Anlage kann später eine Stabilisierung ergänzt werden. Das erste Programm (J=offen) kann bis zu 4 Ampeln (2 Kreuzungen) steuern oder 4 bis 8 Häuser beleuchten (ohne gelb).
2. Ein Schutzwiderstand 120R
für die rt/ge/gn LEDs rechte Seite.
3. Eine LED grün für die 1. Ampel
(A1g und später S1g).
Jede Ampel kann für 2 Häuser als Beleuchtung dienen, oder für ein mehrgeschossiges Haus:
A1r = obere Etage, A1y = Flurlicht, A1g = Erdgeschoss.
4. Ein Steckbrett. LED-Test: +Batterie
-> LED -> 120R -> -Batterie.
5. Eine LED gelb für die 1. Ampel A1y(ellow)
6. Eine LED rot für die 1. Ampel (A1r).
7. Ein Schutzwiderstand 120R für den AVR Attiny 2313.
8. Ein AVR Attiny 2313
Er ist programmiert und nicht durch einen beliebigen anderen zu ersetzen! Die erste Ampel funktioniert nun.
9. Eine LED grün für die 2. Ampel (A2g)
10. Eine LED gelb für die 2. Ampel A2y(ellow)
11. Eine LED rot für die 2. Ampel (A2r) (und Signal 3 (S3r))
Die zweite Ampel funktioniert.
12. Eine LED rot: Sie ist fürs Blinklicht (B) (und später für S4r)
13. Ein kurzer Draht (oder 3 Drahtbrücken)
Nun schalten Sie das zweite Programm ein, indem Sie mit einer Drahtbrücke Pin 10 mit Pin 11 des AVR verbinden. Wenn Sie die Spannung nicht abgeschaltet hatten, müssen Sie etwa 1min warten, bis das Ampelprogramm durchgelaufen ist. Mit einem zweiten Draht von Pin 10 nach Pin 9, 8, .., 2 können die Signalausgänge Pin 12, 13, .., 19 geschaltet werden. Sie können die vorhandenen LED rt/gn nun für die Signale umstecken.
Wenn Sie Pin 10 mit Pin 1 verbinden geht alles aus, weil Sie einen Reset ausgelöst haben.
14. Eine LED grün für Signal 3 (S3g)
15. Eine LED rot für Sinal 4 (S4r)
16. Eine LED grün für Signal 4 (S4r)
Nun funktionieren alle 4 Signale. Sie sind gegenseitig verriegelt, weil aus dem Bahnhof nur ein Zug ausfahren darf, ist nur ein Signal grün. An den Pins 12-19 werden bis zu 4 Vrsignale(VS) und Hauptsignale(HS) gemeinsam für den Bahnhof mit bis zu 4 Gleisen angeschlossen. Die Darstellung erfolgt vereinfacht:
rot = (VS) ge=langsam fahren und rot erwarten, (HS) rt+ws=anhalten;
grün = (VS) gn+ge=langsam fahren, (HS) gn+ge=langsam ausfahren.
Am Vorsignal leuchtet gelb immer, gelb -> GND.
Anstelle der Taster kann auch ein Steuerbaustein mit Wischontakten (für Magnetartikel) angeschlossen werden.
(Nur gnd, keine Spannung an den 2313 legen!)
17. Ein Schutzwiderstand 120R
für die LEDs blau und weiß
18. Eine LED weiß
Sie kann für Reklame benutzt werden (N0+N1), sie schalten phasenverschoben zwei LED für "HOTEL" + "Central"; "Löwen" + "Apotheke" o.ä. Entfernen Sie die Brücke Pin 10-11, um auf das Ampel/Licht-Programm umzuschalten.
19. Eine zweite LED weiß
für Reklame (N0+N1)
20. Eine LED blau
Sie kann für ein Schweißlicht (Blitzlicht) im Lokschuppen verwendet werden (S).
Dazu legen Sie eine Brücke vom Schutzwiderstand links unten nach rechts oben, oberhalb Pin 20.
21. Ein Schutzwiderstand 120R
für die rt/ge/gn LEDs der linken Seite (Ampel 3+4).
Sie können nun anfangen die Ampeln zu stecken.
22. Eine LED gelb für die 3. Ampel A3y(ellow)
23. Eine LED gelb für die 4. Ampel A4y(ellow)
Alle Ampeln funktionieren nun.
24. Eine LED rot für die für das Blinklicht (B)
Geschaft, fröhliche Weihnacht!
Stückliste
Batteriehalter 1x
Steckbrett 1x
120R 4x
Attiny 2313 1x
LED grün 4x
LED gelb 4x
LED rot 5x
LED weiß 2x
LED blau 1x
Draht 1x
P.S. 1 weißer Trinkhalm, 2 weiße 3mm LED und fertig ist eine Modell-Leuchtstoff-Röhre.
[
]
]Vollausbau-Version
[
]
]Stückliste
1x Platine
1x 1N4004 Diode
1x 1000uF/25V
1x 7805
1x 100nF (gegen Schwingneigung des 7805)
1x 10k (Reset opt. der interne Pullup sollte ausreichen)
2x 9/16-pol Steckbuchse 1mm (9-pol für gemeinsame Verdrahtung, 16-pol für Einzel-Verdrahtung)
2x 9/16-pol Stiftleiste 1mm
16x 1k2 (für 12V-24V-Betrieb)
2x 18-pol IC-Fassung
2x ULN 2803
1x 20-pol IC-Fassung
1x Attiny 2313
8x Tasten (opt.)
1x9/16-pol Flachbandkabel (gnd markieren)
1x 9/16-pol Stiftleiste
16x 120R (opt. für +5V-Betrieb)
Die 120R entfallen bei +24V-Berieb mit ULN2803.
Die 1k2 entfallen bei +5V-Betrieb ohne ULN2803.
Bei Betrieb mit 8-Tastenfeld entfallen alle Bauteile links vom 2313 (wie beim Kalender/minimal)
' Ampel-Licht Tasten Signale/Ampel-Licht
' LED Tiny2313 LED
'+24V o-----o 10 + gnd 9 o Res-o 1 ---__--- 20 o +5V ULN2803
' gn o-1k2-o 11 T1g 8 o-120R-o 2 PD0 PB7 19 o-120R-o 1 --__-- 18 o-1k2-o S4r/B
' ge o-1k2-o 12 T1r 7 o-120R-o 3 PD1 PB6 18 o-120R-o 2 17 o-1k2-o S4g/S
' n1 o-1k2-o 13 T2g 6 o-120R-o 4 PA1 PB5 17 o-120R-o 3 16 0-1k2-o S3r/rt
' n0 o-1k2-o 14 T2r 5 o-120R-o 5 PA0 PB4 16 o-120R-o 4 15 o-1k2-o S3g/ge
' rt o-1k2-o 15 T3g 4 o-120R-o 6 PD2 PB3 15 o-120R-o 5 14 o-1k2-o S2r/gn
' gn o-1k2-o 16 T3r 3 o-120R-o 7 PD3 PB2 14 o-120R-o 6 13 o-1k2-o S2g/rt
' ge o-1k2-o 17 T4g 2 o-120R-o 8 PD4 PB1 13 o-120R-o 7 12 o-1k2-o S1r/ge
' rt o-1k2-o 18 T4r 1 o-120R-o 9 PD5 PB0 12 o-120R-o 8 11 o-1k2-o S1g/gn
' --ULN2803-- o 10 gnd PD6 11 o-oJ o-o 9 gnd + 10 o-----o +24V
' +----------------------+
Bitte die gnd-Verbindungen sorgfälltig ausführen, damit +24V nicht auf den 2313 gelangt!
Bei +5V-Betrieb können max. 2 LED gn/ge/rt in Reihe oder 1 LED WS/bl gegen GND angeschlossen werden. Bei +24V-Betrieb können 4-mal so viele LED in Reihe an +24V betrieben werden (Inverter).
Fertige Signale für 12-24V enthalten meist eine Schutzdiode und einen Serienwiderstand an jeder LED und werden deshalb parallel angeschlossen (die 1k2 sollten dabei nicht stören, ggf. weglassen); wegen der Invertierung lassen sich die fertigen Signale nicht an 5V betreiben!
Die 1k2 begrenzen den Kurzschluss-Strom auf 20mA. Die Verbindung zu Ampeln, Häusern und Signalen erfolgt über 9/16-pol. 1mm Stecker. Sie sind 180°-drehsymetrisch beschaltet (rote Ader markieren). Die Verbindung zu Tastern (Steuerbaustein) erfolgt direkt am 2313 (ULN-Sockel).
Die Platine stellt selbst Kinder nicht vor unlösbare Aufgaben. IC-Sockel sind heute so teuer wie die ICs geworden, deshalb wurden alte 40/64-pol CPU-Sockel zersägt. Der ISP-Anschluss wird ambulant an die ULN-Sockel gesteckt.
Mit J=1=offen wird der Ampel/Haus-Mode, mit J=0=gnd der Signal-Mode eingestellt.
Software Signalsteuerung:
4 Vor- und Hauptsignale im Bahnhofsbereich mit vereinfachter Darstellung = 2-wertig
Mit dem Verriegeln wird bei parallelen Gleisen sichergestellt, das nur ein Gleis grün erhält.
Ein PC-Steuerbaustein mit Wischkontakten (für Magnetartikel) kann parallel zu den Tastern geschaltet werden. (Nur gnd schalten, keine Spannung!)
Ein PC-Steuerbaustein mit Schaltkontakten speichert selbst und kann die Signale direkt steuern. Schneidet man das Flachkabel unter 30° ab, ist das Anlöten einfacher. Die Tasten werden damit abgesetzt betrieben. (prellen sollte kein Problem sein)
Vorsignal (VS) Hauptsignal (HS)
----------------------------- -----------------------------------
Rot: gelb gelb = rot erwarten rot rot (weiß=Sperrsignal) anhalten
Grün: ge ge gn gn = langsam fahren ge ge gn gn = langsam ausfahren wg. der Weichen
gelb -> GND =leuchtet dauernd
Software Ampel/Lichsteuerung:
zwei separate phasenverschobene Ampelkreuzungen A1g .. A4r
zwei Phasen-Blinker für Leuchtreklame Hotel/Apotheke N0+N1
ein Blinker B für Baustelle/Bahnübergang
ein Zufallsgenerator für Schweisslicht/Blitze S (blau/weiss) (ggf. invers für Feuer (rot/gelb))
Nicht jeder Wert in Klammer RND(30) zeigt zufälliges Verhalten (2^n-2)!
Die Muster für die Takte sind in den Data-Zeilen abgelegt. Die selben Muster und das selbe Timing kann für Häuser verwendet werden. Je eine Ampel kann für je ein Haus genutzt werden, rot=obere Etage, gelb=Flurlicht, grün=untere Etage, oder einzeln für bis zu 8 Häuser (ohne gelb). In jedem Haus können mehrere LED in Reihe gegen die Fenster gerichtet werden.
Do
Portd.6 = 1 'pullup J
If J = 1 Then Goto Ampelmode
Signalmode:
Ddra = 0 'Eingänge
Ddrd = 0 'Eingänge
Porta = 3 'pullup
Portd = 127 'pullup
If T1g = 0 Then : S1r = 0 : S2r = 1 : S3r = 1 : S4r = 1 : End If 'grüne Tasten
If T2g = 0 Then : S1r = 1 : S2r = 0 : S3r = 1 : S4r = 1 : End If 'rote Signale
If T3g = 0 Then : S1r = 1 : S2r = 1 : S3r = 0 : S4r = 1 : End If 'Verriegelt
If T4g = 0 Then : S1r = 1 : S2r = 1 : S3r = 1 : S4r = 0 : End If
If T1r = 0 Then S1r = 1 'rote Tasten
If T2r = 0 Then S2r = 1 'rote Signale
If T3r = 0 Then S3r = 1 'haben Vorrang
If T4r = 0 Then S4r = 1
If S1r = 0 Then S1g = 1 Else S1g = 0 'Aufräumen =
If S2r = 0 Then S2g = 1 Else S2g = 0 'grüne Signale ergänzen
If S3r = 0 Then S3g = 1 Else S3g = 0
If S4r = 0 Then S4g = 1 Else S4g = 0
If Pind = 63 And Pina = 3 Then Goto Ampelmode_ende Else Waitms 150 'gegen prellen
Signalmode_ende:
Goto Ampelmode_ende
'-----------------------------------------------------------
Ampelmode:
Ddra = 3 'Ausgänge
Ddrd = 63 'nur J=Eingang
Restore Dta0
For I = 0 To 31
Read Muster
Read Muster1
Read Muster2
Porta = Muster
Portb = Muster2
Portd = Muster1
Delayms = 128 '16ms*128= 2s-Takte
While Delayms > 0
If Delayms < 84 Then S4g = 1 Else S4g = 0 'Blink 1,4s:0,7s
Wend
Next
Ampelmode_ende:
Loop
'=============================================================
T0interrupt: 'alle 16,384ms
If Delayms > 0 Then Decr Delayms
If J = 0 Then Goto T0interrupt_ende 'Signalmode ?
Blitz = Rnd(30) '2^n-2
If Blitz = 0 Then S4r = 1 Else S4r = 0 'bl/ws Blitz
' If Blitz = 0 Then S4r = 0 Else S4r = 1 'rt/ge Feuer
T0interrupt_ende:
Return
'------------------------------------------------------------
Dta0:
' PortA PortD PortB
' +--<---------+
' |+->--------+|
' rg JNNryyg SBrygryg
Data &B00000011 , &B01110000 , &B00100100 ' gn rt rt rt
Data &B00000011 , &B01110000 , &B00100110 '---------->ry
Data &B00000011 , &B01110000 , &B00100001 '---------->gn
..
Fortgeschrittene können (mit Änderungen) auch einen Tiny 26 (2 Ports weniger) oder einen Mega 8 (5 Ports mehr) einsetzen. Viel Spass beim Basteln (mit Kindern?).
Vor- und Hauptsignal
Im praktischen Betrieb gibt es im Bahnhofsbereich nur zwei Signalzustände (1 Bit):
ROT: Vorsignal gelb=rot erwarten; Hauptsignal rot+weiß=Gleis gesperrt.
GRÜN: Vorsignal grün+gelb=langsam fahren; Hauptsignal grün+gelb=langsam ausfahren wegen der Weichen.
Da gelb am Vorsignal immer leuchtet können die Anschlüsse ohne Dioden direkt mit GND verbunden werden. Am Hauptsignal wird grün mit gelb verbunden und rot wird mit weiß verbunden (Diode entfällt ggf.).
Rund um die Modellbahn
Wenn zu Weihnachten wieder einige Modellbahn-Starterpackungen unter den Bäumen liegen, stellt sich nach kurzer Zeit die Frage nach einem strukturierten Aufbau und Ausbau. Die häufigsten Fehlfunktionen entstehen durch falsch verstandene Verdrahtung, die die Signal- und Meldetechnik ungünstig beeinflussen.
WARNUNG: Dieser (kurze) Text kann nur Hinweise geben, kann nicht alle Möglichkeiten und Kombinationen aufzeigen und ist deshalb sicher unvollständig. Die Hinweise sind als Ergänzung, nicht als Ersatz für die Bedienungsanleitungen zu verstehen. Für einen Überblick und das Verständnis der Zusammehänge
sollte es reichen.
Historisches: Als vor etwa 60 Jahren die ersten Wohnzimmertauglichen Modellbahnen produziert wurden, waren Halbleitergleichrichter noch recht teuer und nicht gerade kurzschlussfest. Märklin entschloss sich alle Artikel für wechselstrom auszulegen. Bei einem Kurzschluss löste nach mehreren Sekunden eine Thermosicherung aus. Nach Abkühlung schaltete der Strom automaisch wieder ein. Ein Selengleichrichter wäre dann aber schon kaputt. Gleichstromtrafos setzten daher auf Begrenzung des Stromes, bzw. schalteten sehr schnell mit einem Sichungsautomaten den Strom ab.
Magnetartikel für Wechselspannung müssen etwas anders kontruiert sein, funktionieren aber auch mit Gleichspannung. Glühlampen ist es egal und bei LED-Lichtsignalen ist meist eine Diode vorgeschaltet, sodas sie auch für beide Spannungen geeignet sind.
Seit etwa 25 Jahren bieten fast alle Hersteller (nicht kompatible!) Zentralstationen mit Motorola-Chips an. In den Loks ist ein Chip, der die Befehle empfängt und den Motor, Licht, Sound usw. steuert (Elektor hat sich auch damit beschäftigt, weil die Module recht teuer sind). Die Anlage muss nicht mehr, sollte aber dringend nach wie vor in elektrisch getrennte Abschnitte unterteilt werden.
Meldetechnik für 3 Leiter-System mit elektronischer Zentralstation oder PC-Steuerung: Der Mittelleiter (ROT) führt auf der GESAMTEN Anlage die GLEICHE Fahrspannung. Eine der beiden Schienen führt GND-Potenzial (BRAUN/SCHWARZ). Sie sollten frühzeitig festlegen, welche. Z.B. immer die Schiene, die zur Mitte der Anlage zeigt. Die äusseren Schienen werden zu Blöcken von etwa Zuglänge zusammengeschaltet und an den Meldebaustein (S88) angeschlossen. Ohne Züge und Hänger messen wir nun auf den äusseren Schienen etwa +5V von den Pullupwiderständen im S88-Meldemodul. Mit einem Hänger muss am PC/Zentralstation der jeweilige Block als belegt erkennbar sein.
Bei Zweileiter-Systemen müssen zum Melden Stromfühler in die GND-Leitung geschaltet werden. Entweder werden die Stromfühler an die S88 angeschlossen, oder es werden S88-kompatible Module incl. Fühler verwendet (www.opendcc.de).
Mit den Melde-Modulen ist nun ein automatischer Fahrbetrieb möglich. Es fehlen noch die Weichen und Signale.
Magnetartikel: wurden früher mit (2) Tasten (Signal rot/grün oder Weiche rechts/links) gesteuert (sogenannte Wischkontakte). Dieser kurze Impuls muss heute von der Elektronik (K83) zur Verfügung gestellt werden. wenn ein PC oder eine Zentralsteuerung eingesetzt wird. Je nach Artikel müssen die Impulse 50ms-500ms betragen. Häufig genügen um 100ms. Danach sind Magnetartikel wieder stromlos. Wenn die Magnetartikel keine Kontakte für Lichtsignale haben, können die so nicht gesteuert werden.
Lichtsignale (K84): wurden früher mit einer Schaltwippe (wie ein Kippumschalter) gesteuert. Der dauernde Kontakt nach GND lässt dann Strom durch rot(grün) fließen.
Soll trotzdem mit Wischkontakten (K83) angesteuert werden, dann müssen die Zustände von einer Elektronik gespeichert werden (z.B. erweiterte 12WK-Hardware oder Bremsmodul classic bistabil).
Alte und neue Signal-Technik ist kompatibel! Die Wischkontakt können sogar parallel betrieben werden. Versuchen Sie nicht Wischkontakte und Dauerkontakte zu vertauschen.
Bremsabschnitte (märklin 72442) vor Signalen mit der Zentralstation: Die Software der Zentralstation kann die Loks offensichtlich nicht so verfolgen, das ein anhalten vor einem roten Signal erfolgt! Das hat zur Folge, das vor jedem Signal bis zu 3 Abschnitte des MITTELLEITER !!! unterbrochen und an ein Bremsmodule angeschlossen werden müssen!
Mit dem Bremsmodul classic von www.bogobit.de kann ein Abschnitt ausreichen.
Bremsabschnitte vor Signalen mit PC-Steuerung (z.B. RAILWARE): benötigen Sie i.A. nicht. Die Software verfolgt die Loks über die S88-Melder und hält gezielt an!
Aufbautipps: S88-Melder mögen keine Störspannungen und beziehen ihre Potenziale auf GND. Sie sollten die Verkabelung immer Sternförmig anlegen, um Spannungsabfälle gering zu halten. Ausserdem können Sie bei Fehlern durch auftrennen die Ursache schnell finden, ohne gleich alle Gleise abreissen zu müssen. Eine Nummerierung macht auch Sinn. Mit etwas Geschick lässt sich alles unter einem abnehmbaren Bahnhof verstecken. Die Licht- Module (K84), Magnet-Module (K83) und Brems-Module (72442) können problemlos dezentral montiert werden, aber möglichst gut zugänglich.
Zusammenfassung
Die S88 (-kompatiblen) melden belegte Gleise über den "S88-Bus" an den PC/Zentralstation. Die K83 und K84 erhalten ihre Befehle (wie die Lok-Elektronik) über die Fahrspannung vom PC/Zentralstation. Bremsmodule und 12WK enthalten KEINE Decoder und müssen von K83/84 oder manuell angesteuert werden. Von Bogobit gibt es zwei verschiedene Bremsmodule, monostabil für K84 und bistabil für K83!
Fazit: Die Verkabelung einer "alten" und einer "neuen" Anlage unterscheidet sich nicht sehr.
Für alle, die wissen an welcher Seite man den Lötkolben anfasst, gibt es bei BOGOBIT.de und OPENDCC.de ein Sparpotenzial und viel Grundlagenwissen.