D124/D132 Grundmodul für eigene Basteleien

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  • In diesem Projekt möchte ich die Ideen aus dem Forenbeitrag "Eigene Firmware auf Cardecoder/Blackbox, Sourcecodesammlung" aufnehmen und es auf den Selbstbau von weiterem Zubehör für die Carrera Digital ausdehnen.

    Ich fange an mit der Beschreibung des Grundmoduls. Die Schaltung ist zum besseren Verständnis in Teilmodulen unterteilt.
    Im Wesentlichen besteht die Originalschaltung aus dem oben genannten Forenbeitrag aus den folgenden Grundschaltungen:
    1. Z-Diode-Transistor Spannungsstabilisierung
    2. Pegelwandler 5V
    3. H-Brücke zur Motoransteuerung sowie …
    4. … dem ATMega8 Mikrocontroller Anschaltung und Peripherie

    In der vorliegenden Schaltung soll ein Grundmodul realisiert werden, auf dessen Basis unterschiedlichste eigene Funktionen realisiert werden können. Erstes Ziel hier war im Projekt die Realisierung einer mit der CU synchronisierten Startampel. Die H-Brücke wird also zunächst nicht beschrieben.

    Die Spannungsstabilisierung
    Die Z-Diode-Transistor Spannungsstabilisierung sorgt für eine stabile 5V Versorgung für den Mikrocontroller, sowie für den korrekten Pegel der Bahnsignale am Transistor T2 respektive dem Eingang PD2 des ATMega8.
    An der Basis-Emitter Strecke des Transistors T2 fallen 0,7V an, in Verbindung mit der mit 6,2V dimensionierten Zenerdiode ergeben sich somit ca. 5,5V Spannung am Ausgang, also genau die benötigte Versorgungsspannung des ATMega8.

    Der Pegelwandler
    Die Spannungsstabilisierung sorgt auch für den korrekten Pegel am Kollektor des Transistors T1. Die Steuerspannung für den Pegelwandler wird direkt an der Bahnversorgung abgenommen, so dass das Bahnsignal ungestört zur Steuerung des Pegelwandlers herangezogen werden kann.
    Liegen 14-18V an, schaltet der Transistor durch. Die Basisspannung wird dabei durch den Spannungsteiler R3/R5 auf das verträgliche Maß reduziert. Die Spannung fällt am 100k Widerstand R4 ab, am Eingang PD2 des Mikrocontrollers liegen 0V (low) an. Fällt die Bahnspannung auf 0V, sperrt der Transistor T2, der Elko Cx übernimmt dabei kurzzeitig die Versorgung des Mikrocontrollers und des Pegelwandlers. Damit geht der Pegel des Eingangs PD2 auf 5V (high).

    Die Mikrocontroller Anschaltung und die Peripherie
    Im Unterschied zur Originalschaltung soll das Grundmodul für verschiedene Zwecke eingesetzt werden können. Zum Debugging, sowie anderen Funktionen, sollen jeweils eine serielle Schnittstelle (UART) sowie ein ISP Anschluss realisiert werden. Des Weiteren werden eine I2C Schnittstelle sowie die freien Ports über eine Stiftleiste herausgeführt. Dem Mikrocontroller wurde noch ein externer Quarz spendiert. Das sorgt für eine robuste Taktversorgung, was insbesondere für die serielle Schnittstelle wichtig ist.

    Die Startampel (wird als eigener Artikel nachgereicht)
    Die Startampel ist mit sog. Ampel LED Bausteinen aufgebaut. Diese sind aus jeweils einer roten, einer gelben und einer grünen LED in einem gemeinsamen Gehäuse aufgebaut. Das Ganze lässt sich relativ einfach auf eine Streifenrasterplatine aufbauen und entsprechend verdrahten.
    Zur Ansteuerung der LEDs wird zusätzlich ein ULN2803 8-Kanal Darlington Treiber sowie zugehörige Vorwiderstände benötigt. Die grünen und die gelben LEDs werden zusammengefasst, lediglich die roten LEDs werden einzeln angesteuert. Des Weiteren steht ein Port für die Signalisierung durch blaue Ampel, sowie ein zugehöriges Sensorsignal für die Streckenvorfahrt an der Box zur Verfügung. Mit den LEDs werden somit alle 8 Kanäle des ULN2803 belegt.
    Bei den verwendeten LEDs handelt es sich um MENTOR Ampel-LED Bausteine mit 2,2V Durchlassspannung und max. 20mA. Die LEDs werden direkt an der Hauptspannungsversorgung der Bahn angeschlossen, so dass die vollen 14-18V verwendet werden können und die LED Anschaltung die Spannungsstabilisierung des Grundmoduls nicht belastet. Damit müssen 11,8-15,8V am Vorwiderstand abfallen, bei einem Strom von 15ma, ergibt sich ein idealer Widerstandswert von 1180 Ohm. Bei 14V Versorgung kämen somit 10ma an die LED, immer noch genug, um die LED hell leuchten zu lassen. Der nächstliegende Wert ist dann 1200 Ohm.
    Anschaltung sind dafür zunächst die Ports … bis … reserviert.
    Der maximale Strom pro Kanal für den ULN2803 beträgt 500mA, d.h. es können bei 18V ohne weiteres 30 LEDs an einem Kanal angeschlossen werden (bei 14V sogar mehr). Das sollte reichen um die komplette Bahn mit Ampelanzeigen zu versorgen, vorausgesetzt das Bahnetzteil macht das auch mit!

    Die Startampel synchronisiert sich mit den entsprechenden Datenworten der CU. Somit können per Software die komplette Startsequenz (Rot1-5, Grün) sowie Frühstarts oder Safety-Car Phasen (Gelb blinkend) signalisiert werden.

    Für die Realisierung der blauen Ampel in der Pitlane gibt es grundsätzlich zwei Möglichkeiten:
    1. Anschluss eines IR-Sensors an der letzten Kurve vor der Zielgeraden, die Ampel schaltet für eine gewisse Zeit ein und signalisiert dem Fahrer in der Pitlane, dass er Vorfahrt gewähren muss.
    2. Verbindung der Ampelfunktion mit dem Zieldurchfahrtsdatenwort, z.B. wenn die Pitlane-Ausfahrt genügend weit hinter dem Rundensensor liegt.
    Da es erst einmal nur um den Effekt geht und ein IR-Sensor nebst Einbau eingespart werden kann habe ich die zweite Alternative realisiert.
    Images
    • Grundmodul_01.png

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