Rolfs N-Bahn
  Fahrregler
 

5. Analoger Fahrregler V3

   
     
1. Gleiskontakte    
2. Schaltpult    
3. Tastatur    
4. Multi-Board    
5. Fahrregler V3    
6. PC-Steuerung    
7. BUS-RAM    
     
     
Nachdem ich mit meinen in den Multiboards integrierten Fahrregler sehr zufrieden bin, wollte ich keinen neuen Fahrregler mehr bauen. Nun hat mich vor längerer Zeit ein Bekannter auf eine Schaltung für einen "Fahrregler von Christiane Eibeck der Spur Z" hingewiesen. Ich habe diese Schaltung zuerst völlig abgelehnt, da sie in vielen Parametern große Ähnlichkeit zu meinem Fahrregler hatte, auch wenn der Lösungsansatz ein anderer war.
Wie das aber so ist, ich war neugierig geworden und habe nun Versuche mit der Schaltung gemacht. Einiges fand ich besser,  als in meiner Schaltung, anderes passte so nicht. So habe ich die Schaltung an meine Bedürfnisse angepasst und erweitert. Heute bin ich von dem Fahrverhalten des Fahrreglers begeistert.
Die Schaltung basiert auch auf einem Mikrocontroller ATmega8, so das auch eine neue Software erarbeitet werden musste. Das verwenden des zu der Schaltung zur Verfügung gestellten Quellcodes der Software, kam für mich nicht in Frage.
Eine selbst entwickelte Software lässt sich besser an die eigenen Bedürfnisse anpassen und auch später erweitern.
Es ist inzwischen einige Zeit vergangen und nun ist ein Fahrregler fertig, den ich erst einmal neben meinen Multiboards einsetzen werde.
Und warum "Fahrregler V3"? Ganz einfach, die "Version Drei". Also mein bisher dritter gebauter Fahrregler.
 
     

Da die Schaltung nicht von mir entwickelt wurde, zeige ich den Schaltplan hier nicht und werde nur mit einem Blockschaltbild arbeiten.
Quelle der Schaltung:    Modellbahn Fahrregler von Christiane Eibeck

 
Ich habe die Schaltung auf meine Bedürfnisse angepasst, wodurch sich einige Abweichungen zum Orginalschaltplan ergeben.
Änderungen zum Fahrregler von Christiane Eibeck  
- Drei Einstellregler - Fahrbetrieb mit freien Einstellungen
 
 
zwei Einstellregler für PWM- und DC-Fahrstrom,
Fahrtrichtung über Tasten wählbar.
- Fahrbetrieb im Mischbetrieb
Wahl der Fahrtrichtung und des Fahrstrom entsprechend der gespeicherten
Einstellungen der Lok, mit dem Front-Regler.
- Vier Tasten für die Programmwahl der Loks Die Tasten werden mit unterschiedlichen Funktionen, in den verschiedenen Menüs belegt.
- Zwei Tasten für je einen Brems- und Anfahrbefehl Parallel zu diesen Tasten liegen zwei Ports mit denen ein sanftes Bremsen und Anfahren  ausgelöst wird. Dadurch kann der Fahrregler automatisch in Blocksteuerungen und an Signalen reagieren.
- I2C-Display Ausgabe aller notwendigen Daten
- I2C-EEprom In dem EEprom werden alle Funktionsdaten meiner Loks gespeichert.
- I2C-BUS und frei Ports für Steuerungen. Funktionswahl über die vier Tasten.
- PC-Steuerung Steuerung des Fahrreglers über ein PC-Steuer-Modul
Des weiteren kleinere Änderungen der Werte, einzelner Bauteile.    
     

Gegenüberstellung der Fahrregler

   
Eigenschaften Multiboard Fahrregler V3
Einstellung der oberen Spannungsgrenze In Stufen einstellbar Frei regelbar
Fahrstrom mit Gleichstrom -- frei regelbar ja ja
Fahrstrom mit PWM - frei regelbar ja ja
Fahrstrom PWM-Amplitude - regelbar nein ja
Fahrstrom mit Mischbetrieb Gleichstrom / PWM ja ja
Fahrstrom PWM-Frequenz - frei regelbar ja ja  / nicht mehr
          vorgesehen
Anfahr- und Bremskurve ja ja
Fahrstrom - Spannung ermitteln und auswerten nein ja
Fahrstrom - Strom ermitteln und auswerten nein ja
Überwachung der Lok nein ja
Einstellungen und Speicherung der Fahrstrom-Daten für jede Loks ja ja
Kurzschlusssicherung ja über Software
I2C-BUS für Zusatzkomponenten ja ja
Freie Ports für Zusatzkomponenten ja ja
Möglichkeit einer PC-Steuerung nein ja
     
Wie man in der Tabelle sieht, sind die Unterschiede nicht sehr groß. Durch die regelbare Amplitude des PWM-Fahrstroms, sowie die Ermittlung von dem Fahrstrom und der Fahrspannung, ist der höhere  Fahrkomfort dieses Fahrreglers aber deutlich spürbar.    

   
Bild 2. Blockschaltbild    
     
Die Funktion des Fahrreglers erläutere ich anhand von Oszilloskop-Bildern. Alle Oszilloskop-Aufnahmen wurden am Fahrstrom-Ausgang des Fahrreglers gemessen und zeigen den Spannungsbereich von 0 bis +10V. Im PWM-Fahrstom sind sehr kurze Spitzen von 12,5V messbar.

Natürlich können bei den Oszilloskop-Aufnahmen die eigentlich fließenden Übergänge nicht gezeigt werden. Ich wollte hier aber nicht mit Videos arbeiten.
 
Bild 3. Steigender Gleichstrom
Das durch den ATmega8 erzeugte erste PWM-Signal wird mit einem Tiefpass auf eine Gleichspannung von 0 bis 12 V eingestellt. Mit dem Fahrregler ist so der Fahrstrom als Gleichstrom einstellbar.
 
Bild 4. Steigender PWM-Fahrstrom
Durch einen zweiten Einstellregler kann über den ATmega8 ein zweites PWM-Signal eingestellt werden. Dieses wird dann in der Endstufe auf den Gleichstrom des Tiefpasses auf moduliert. Durch den PWM-Fahrstrom ist ein sehr langsames Fahren der Loks möglich. Soweit ähnelt sich der Fahrregler meinen bisher verwendeten Multiboard.
 
Bild5. PWM-Fahrstrom mit steigender Amplitude
Neu ist bei dem Fahrregler, das die Amplitude des PWM-Fahrstoms frei eingestellt werden kann.
Einige Loks vertragen keine Spannung von 12V, wie z.B.meine Köf. Durch die frei einstellbare Amplitude, kann diese Lok mit einem PWM-Fahrstom mit einer niedrigeren Amplitude von 6V betrieben werden.
 
Bild 6. Mischbetrieb
Durch diese Einstellungen ist ein Mischbetrieb möglich, so das mit einer ansteigenden Amplitude angefahren wird und gleichzeitig durch das Hochregeln des PWM-Signals, in einen reinen Gleichstrom über geht. Dieser steigt nun bis zu seinem voreingestellten Höchstwert. Daraus ergeben sich drei Einstellwerte für den Fahrstrom.
- PWM-Fahrstrom Wert 0 bis 255, wobei der Wert 255 einem reinem Gleichstrom entspricht.
- Einstellung der Amplitude des PWM-Fahrstroms über 255 Stellwerte.
- Frei einstellbarer Gleichstrom über 255 Stellwerte.
Da hier viele verschiedene Kombinationen möglich sind, ist ein deutlich besserer Fahrkomfort spürbar.

So sind auch ältere Loks mit einem schlechten Fahrverhalten sehr fein regelbar. Da ein ständiges regeln mit zwei Einstellreglern sehr schlecht zu handhaben ist, können für jede Lok entsprechende Werte für das Anfahren, Bremsen und das Fahren mit der Endgeschwindigkeit, ermittelt und abgespeichert werden.
Über die Tasten und das Display wird dann die Lok aufgerufen und mit den gespeicherten Werten im Mischbetrieb über nur einen einzigen Fahrregler gefahren.
Für einen Richtungswechsel wird der Fahrstrom mit einem Relais umgepolt.

Der Fahrregler kann den Fahrstrom auch überwachen.
Mit zwei Differenzverstärkern wird die Fahrspannung und der Fahrstrom gemessen und ausgewertet. Dadurch wird es möglich einen Vergleich von Ist- und Sollwerten zu ermitteln, wodurch das Fahrverhalten der Loks verbessert werden kann. Hier stehen aber noch viele Versuche zum Messwertermittlung und Auswertung an.
Durch diese Messwerte wird auch ein Kurzschluss erkannt und gemeldet. Wobei der Fahrstrom automatisch abgeschaltet wird.
Zur größeren Sicherheit, wird für aller weiteren Fahrregler je eine Feinsicherung für den Ein- und Ausgang vorgesehen. Diese wurde hier noch nicht berücksichtigt und mussten extern angebaut werden.

Nach einer Reihe von Versuchen mit verschiedenen Loks, hat sich gezeigt das mir ein Betrieb mit variablen Frequenzen keinen spürbaren Nutzen bringt. Somit betreibe ich den Fahrregler mit einer fest eingestellten Frequenz von 60 Hz.
     





 
Nachdem ich als Fernbedienung für meine Steuerung bisher immer mit provisorischen Bedienteilen gearbeitet hab, ist nun endlich auch eine neue Fernbedienung entstanden.



Viel Spaß bereitet mir das Entwickeln der Software. Da bleiben auch in Zukunft viele Möglichkeiten zur Verbesserung. Zumal auch noch eine PC-Software entwickelt werden soll.

So habe ich auch an langen Winterabenden an meinem Messplatz noch einiges zu tun.
     
  Der Fahrregler kann inzwischen neben dem Handregler, auch über den PC angesteuert werden. Der Fahrregler erkennt das jeweilig angeschossene Eingabegerät über Codebrücken im Stecker.

Mehr ist dazu auf der Seite PC-Steuerung zu erfahren.

 
Während der Entwicklung der Software zeigte sich sehr schnell, das der interne EEprom des ATmega8 mit 512 Byte zu klein ist, um alle Daten der Loks abspeichern zu können. Somit habe ich einen zusätzlichen externen EEprom für die Daten vorgesehen. Dieser wird über den vorhandenen I2C-BUS angesprochen und kann bei Bedarf noch erweitert werden.

Um den Fahrregler in einem automatischen Fahrbetrieb nutzen zu können, ist es erforderlich das ein Zug selbständig vor einem Signal zum halten kommt. Ein abschalten des Fahrstrom in einem Halteabschnitt, hat einen unschönen Halteruck zur Folge. Um diesen Halteruck zu verhindern erhält der Fahrregler einen Befehl von dem Signal und bremst sanft ab und nach der Fahrstellung des Signals erhält der Fahrregler einen erneuten Befehl und beschleunigt Vorbildgenrecht. Dafür war es notwendig automatischen Brems- und Anfahrkurven in die Software des Fahrreglers auf zu nehmen.
     
  Der Fahrregler besitzt zusätzlich ausreichend freie Ports und einem I2C-BUS, welche hier als Buchsen- und Stiftleisten erkennbar sind.
Über die Buchsenleiste können so Zusatzplatinen aufgesteckt werden. Mit diesen Zusatzplatinen werden weiter Komponenten von dem Fahrregler betrieben. Dadurch kann er als eine kleine Steuerzentrale eingesetzt werden und übernimmt so auch die Steuerung von Zusatzkomponenten, was meine bisher verwendeten Multiboards übernommen haben.
Mit einer Zusatzplatine soll z.B. auf meiner Nebenbahn ein Automatik-Betrieb ermöglicht werden. Denkbar ist auch eine Blocksteuerung oder das steuern eines Schattenbahnhofs. Wobei dann der Fahrregler über Gleiskontakte Informationen von dem Zug erhält und entsprechend reagieren kann.

Somit kann der Fahrregler meine Multiboard voll ersetzen.


Geplant ist auch eine USB-Platine, mit der der Fahrregler vom einem PC gesteuert werden kann.
Hier bleiben meiner Fantasie bei der Entwicklung der Software, auch in Zukunft alle Möglichkeiten offen.


Zur Zeit ist auf dem Fahrregler noch eine provisorische Zusatzplatine aufgesetzt, mit der der ATmega8 programmiert wird und das Bedienteil angeschlossen ist.
Natürlich kommt zu gegebener Zeit, hier eine vernünftige Platine.
 
     
  Ein kleines Video zeigt das Fahrverhalten der Loks mit dem Fahrregler.
Es ist ein sehr langsames Fahren, sowie ein sanftes Anfahren mit den Loks möglich.

Die Lok wird mit PWM-Fahrstom, mit einer Amplitude von 6,5V gefahren.
     
Ich denke mehr Komfort ist mit einem analogen Fahrregler kaum zu erreichen und so werden zwei weitere Fahrregler in dieser Jahr meine Multiboards ablösen.
Ich werde zu gegebener Zeit weiter über meine Steuerung berichten, also immer mal rein schauen.
 
   
Dieser Fahrregler ist der von mir verwendeten Form, nicht für einen Nachbau vorgesehen.
Da ich keine Universalsoftware für die Bedienung des Fahrreglers programmieren werde, ist der Fahrregler für die meisten Modellbahner nicht nutzbar. 
Für die Programmierung ist eine entsprechende Software wie Assembler, C, BASCOM oder eine andere geeignete Programmiersprache und entsprechende Vorkenntnisse erforderlich. Ich nutze für die Programmierung des Fahrreglers BASCOM.

Interessenten verweise ich auf die Homepage 
Modellbahn Fahrregler von Christiane Eibeck. Dort ist der Schaltplan sowie die dafür vorgesehene Software zu finden. So das ein Nachbau dieses Fahrreglers bei einigen Vorkentnissen möglich ist.
Ich kann nur enpfehlen eigene Versuche mit der Schaltung zu machen.

Ich bedanke mich hiermit bei Christiane Eibeck, für die geleistete Entwicklungsarbeit und freue mich den Fahrregler nutzen und für meine Bedürfnisse weiter entwickeln zu dürfen.

Da dies ein Pastelprojekt ist, entfällt jegliche Gewährleistung beim Nachbau, Anspruch auf Fehlerkorrektur und Hotlinesupport.
   
     






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