Elektronik

Um das System steuern zu können wurden nebst der Software diverse elektronische Komponenten entwickelt. Einige dieser Komponenten werden in diesem Abschnitt kurz beschrieben. Leider reichte die Zeit nicht aus um einen ausführlichen Beschrieb der einzelnen Module zu verfassen oder alle Module zu Beschreiben.

Das BUS-System

Um das vom PC generierte Steuerungssignal zu verteilen wurden diverse Komponenten entwickelt. Die Steuerbefehle verlassen den PC über eine RS-232 und werden weiter, grösstenteils über RS-485, verteilt.

Der RS-232 bzw UART Verteiler

Die mit dem PC verbundene RS-232 wird aufgeteilt. Die Ein und Ausgänge des Moduls arbeiten mit TTL-Pegeln.

Der RS-232 zu RS-485 Wandler

Das BUS-System basiert grösstenteils auf einer RS-485. Die RS-485 ist sehr störungssicher und wird deshalb auch in der Industrie häufig verwendet.

Der RS-232 zu RS-485 Wandler empfängt das Signal vom RS-232 Verteiler und wandelt dieses dann um. Die RS-485 ist, anders als die RS-232, nur halb Duplex fähig. Das bedeutet, dass die Kommunikation zur gleichen Zeit immer nur in einer Richtung möglich ist. Deshalb muss die Kommunikationsrichtung ständig umgeschaltet werden. Das Timing dieses Umschaltvorgangs wird von einem klassischen 555 Timer-IC gesteuert.

Der RS232 zu Wired-OR Wandler

Innerhalb der Ladestation wird nicht eine RS-485 sondern ein eigen entwickeltes System für die Kommunikation verwendet. Das System basiert auf dem Prinzip des Wired-OR. Der vorteil gegenüber der auf der restlichen Anlage eingesetzten RS-485 besteht darin, dass mit diesem System ein Follduplexkommunikation möglich ist. Das heisst, dass zur gleich Zeit in beide Richtungen kommuniziert werden kann. Anfangs sollte das System auf der gesamten Anlage eingesetzt werden, dies stellte sich jedoch ziemlich schnell als eher blöde Idee heraus. Momentan wird das System noch innerhalb der Ladestation zur Kommunikation mit der Schrittmotorensteuerung eingesetzt, jedoch nicht mehr weiter ausgebaut.

Das 32 Kanal PWM-Lichtmodul

Um das System steuern zu können wurden nebst der Software diverse elektronische Komponenten entwickelt. Einige dieser Komponenten werden in diesem Abschnitt kurz beschrieben. Leider reichte die Zeit nicht aus um einen ausführlichen Beschrieb der einzelnen Module zu verfassen oder alle Module zu Beschreiben.

 

Das 8-Kanal PWM-Erweiterungsmodul

Um die Beleuchtung in den Fahrzeugen zu steuern wurde ein kleinen Modul entwickelt welches es erlaubt 16LEDs verteilt auf 8 Kanäle anzusteuern. Von den nur 15mm x 15mm grossen Modulen können, je nach bedarf, bis zu vier Stück pro Fahrzeug eingebaut werden. So stehen pro Fahrzeug, zusätzlich zu den Ausgängen des Fahrzeugdecoders, maximal 32 unabhängige Kanäle für die Beleuchtung zur Verfügung. Die Kommunikation zwischen Fahrzeugdecoder und den Modulen geschieht über I2C.

Das S88-Rückmeldemodul

Für die Rückmeldung der Fahrzeugpositionen an den PC wurde der aus der Modellbahntechnik bekannte S88-Bus verwendet. Obwohl S88-Module von diversen Herstellern angeboten werden, habe ich mich entschieden eine eigens zu entwerfen und zu produzieren. Einerseits um die Kosten zu senken andererseits da ich die käuflichen Module als nicht optimal empfinde.

 

Der Raumlichtdecoder

Der Raumlichtdecoder empfängt die über den BUS ausgesandten Befehle der Lichtsteuerungssoftware und gibt diese an die Raumlichtsteuerung weiter.

Der RGBW DMX-Dimmer

Um die RGB-Deckenbeleuchtung per PC bedienen zu können wurde ein LED DMX-Dimmermodul entwickelt. DMX (Digital Multiplex) ist ein Standard für die Steuerung von Theater und Bühnenbeleuchtung und somit weit verbreitet. Durch die Verwendung eines Standards wie DMX ist es Möglich das System (Die Beleuchtung) später einfach und ohne grossen aufwand zu erweitern. Selbstverständlich hätte es solche Dimmermodule auch zu kaufen gegeben, doch hatten diese nicht den gewünschten Funktionsumfang oder waren einfach zu teuer.

 

Die Schrittmotorensteuerung

Um die unipolaren Schrittmotoren der Ladestation zu steuern wurden zwei Schrittmotorensteuerungen mit je zwei Ausgängen aufgebaut. Um die Nullposition der Motoren zu bestimmen dient eine Lichtschranke.

Die Steuerung kann so die Ladekontakte, welche benötigt werden um die Fahrzeug internen Akkus aufzuladen, hinauf und herunterfahren. Die Mechanik dieser Ladekontakt (siehe Bild) wurde ebenfalls selber entworfen und gefertigt.