Decoder

Signale im Motorola-Format decodieren und Magnetartikel steuern
Bauanleitungen


Abb.1

Abb.1 zeigt das Flussdiagramm.

1 (hellblau):
eine Zentrale steuert konventionell digital eine Modellbahnanlage.
Ebenso kann die Anlage per PC über Software gesteuert werden (dunkelblau).

2 (hellblau):
mit konventionellen Decodern werden Komponenten der Anlage geschaltet.

3 (hellgelb):
in Vorbereitung

4 (hellgelb):
Selbstbau-Decoder im Motorola-Format.
* 4 Magnetartikel
* 4 Umschalter
* 4 Servos
* 8-10 Anzeigen
steuert Komponenten der Anlage inklusive Anzeigen für ein Gleisbildstellwerk (5).

Vorbemerkungen

Für meine Modellbahnanlage benötige ich sehr viele Decoder zur digitalen Steuerung von Weichen und Flügelsignalen.
So rechnete ich mir natürlich auch mal die Kosten aus, und: erschrak! Ich führe hier beispielsweise ein Kostenbeispiel auf.
Mit einem Viessmann-Decoder können 4 MÄRKLIN-Weichenantriebe mit Unterflurzurüstsätzen digital geschaltet werden:
Die Kosten (Listenpreise, Stand August 2022)
Artikel Art.-Nr. Preis € Stück Preis €
Märklin Weichenantrieb 75491 26,99 4 107,96
Märklin Unterflurzurüstsatz 7548 17,99 4 71,96
Viessmann Decoder 5211 33,69 1 33,69
Gesamtbetrag:       213,61
Die Kosten für den selbstentwickelten "Decoder 4 Servos OP1.4"
Alle erforderlichen Bauteile Bestellung Fa. Reichelt Internet China-Shops
Selbstbau-Gesamtbetrag 58,38 € 15,20 €
Und dabei bewegen sich die Weichenantriebe zudem noch vorbildlich langsam und alle Schaltzustände werden durch LEDs angezeigt!
Für meine Anlagenplanung mit z.B. 100 Weichen müsste ich 5.340,25 € ausgaben, mit meinem Selbstbauprojekt hingegen lediglich 380,00 €, ein Ersparnis von satten 4.960,25 €, das sind 93% Ersparnis! Da lohnt sich der Selbstbau!
Randbemerkung:
In einer Modellbahnfachzeitschrift las ich in einem dort veröffentlichten Artikel "selber machen" des verantwortlichen Redakteurs "gerne veröffentlichen wir in der DiMo auch den Baubericht eines Lesers. Schreiben Sie uns an!". Ich schrieb, da ich der Auffassung war, dass mein Selbstbauprojekt auf Grund der enormen Preisersparnis ein "Zugpferd" für die Zeitschrift sei. Das war im Juni - keine Antwort - Anfang August das zweite Anschreiben - bis heute, 1. September, keine Antwort. Mir unverständlich, was davon zu halten ist. Mir kommt es gar nicht so sehr auf das Autorenhonorar an (was sowieso äußert bescheiden in Anbetracht des Arbeitsaufwandes ist), sondern ich möchte vielmehr den - in meinen Augen - überzogenen Preisen der Hersteller mit meinen bescheidenen Selbstbauentwicklungen entgegentreten und sie den Freunden der Modellbahn zugänglich machen.
So veröffentliche ich nun hier auf meinen Seiten für alle Modellbahnfreunde meine Bauanleitungen.

Einführung
Zum besseren Verständnis der nachfolgenden Bauanleitung besuchen Sie unter ARDUINO die Seiten: Grundlagen, ARDUINO und Zubehör, ARDUINO ATtiny-Brenner, und Servosteuerung.

Teil 1: ein Decoder mit 4 Weichen-Servos und Anzeigen


Abb.2

Abb.3

Wenden wir uns dem Schaltplan zu. Die Beschreibungen erfolgen schrittweise für die einzelnen Funktionsstufen.

Decoder und Signal-Datensenke

Da unsere Schaltung  mit 5V (TTL-Pegel) arbeitet, die Zentrale jedoch ihre digitalen Daten mit +/-19,5V liefert, sind diese erst mal auf auf 5V-Pegel zu bringen. Dies erfolgt mittels der Stufe "Pegelanpassung"; Eingänge St31 und St32.
Die auf 5V-Pegel umgesetzten digitale Daten werden dann dem Dateneingang des Decoder-ICs 1 (MC14027 Pin 9) zugeführt. Der Adressbereich, welcher vom Decoder dekodiert werden soll, ist mit dem 8-poligen DIL-Schalter 1 einzustellen.

Abb.4
Pegelanpassung: R1, R2, R3 arbeiten als Spannungsteiler, sodass am Emitter (E) des Transistors T1 die digitalen Signale der Zentrale mit 5V-Pegel zur Verfügung stehen.
Decodierung: die Daten-Signale gelangen an das Decoder-IC1 (Pin 9). Der Arbeitstakt für das Motorolaformat des IC1 erfolgt durch C4, R5, C6, R6. C7 dient der Stabilisierung von IC1. In Abb.4 sind die DIL-Schalter auf "Decoder-Nr.1" und "Adressbereich 1-4" eingestellt (Schalter mit roten Pfeilen auf on), also wie beim Viessmann Decodern auch.
Die so eingestellten Adress-Signale gelangen zu den Adresseingängen A1 bis A4 von IC1, wobei A5 stets auf 0V (L) liegt (IC1 könnte einen viel größeren Adressbereich verarbeiten).
D6 bis D8 sind Ausgänge des IC1 an denen Impulse von 1sec dekodiert ausgegeben werden, wobei D9 jedesmal ein 1 sec.-H-Impuls liefert, wenn an der Zentrale eine Schaltfunktion erfolgt. Diese Impulse (D6 bis D9) gelangen nun zum IC2.
IC2 74HC138 (oder baugleich 74LS138) [bildet eine sogenannte Signal-Datensenke] empfängt an seinen Eingängen A0 bis A2 die dekodierten Impulse von D6 bis D8. E3 erhält einen Impuls von D9, damit nur dann eine Datenverarbeitung erfolgt, wenn an der Zentrale eine Eingabe erfolgt. E1 und E2 von IC2 liegen permanent auf 0V (L). Y0 bis Y7 sind 8 Ausgänge von IC2 und liefern negative 1 sec Impulse, jeweils zugehörig von dem Taster welcher an einer Zentrale (Keyboard, Software) betätigt wurde. Bei oben genannter Kodiereinstellung des DIL-Schalters geben also die IC2-Ausgänge Y0 und Y1 Adress-Daten 1 aus, mit  Y0 der Keyboardtaste Rot und Y1 der Keyboardtaste Grün gewählten Befehlen. Analog gilt dies für Y2 und Y3 Adressdaten 2, Y4 und Y5 Adressdaten 3, sowie Y6 und Y7 Adressdaten 4. Siehe hierzu die Abbildung 4. Hier sind auch Testpunkte angegeben: an TP1 (der Anschlüsse ST31 und St32) können mittels eines Oszilloskops die Digitalspannungssignale der angeschlossenen Zentrale gemessen werden; an TP2 die pegelangepassten 5V-Signale; an TP3 der Impuls der hier auftreten muss, wenn an der Zentrale eine Taste der Adresse 1 betätigt wurde. So kann schnell die Schaltung überprüft werden, ob alles funktioniert.

Abb.5
Die Abbildung 5 zeigt die möglichen Logik-Zustände des IC2.
Meine obigen Beschreibungen können damit nachvollzogen werden.
Wenn E3 = L, dann passiert nichts.
Wenn E1 und E2 = H und E3 = L, dann werden binäre Eingangssignale an A0, A1, A2 dekodiert an die Ausgänge Y0 bis Y7 jeweils entsprechend der Eingabe ausgegeben.

Abb.6
Wen es interessiert:
Abbildung 6 zeigt das Blockdiagramm von IC1.

Datenspeicher

Die dekodierten Signale, welche an den Ausgängen Y0 bis Y7 von IC2 nur kurzfristig nach jeder Eingabe an einer Zentrale (Keyboard oder Software) als negative Impulse zur Verfügung stehen, müssen nun gespeichert werden. Um mögliche Störeinflüsse auf das angeschlossene Digitalsystem zu vermeiden, werden zuvor aber Optokoppler zur galvanischen Trennung eingesetzt. Außerdem werden damit die Ausgänge von IC2 in ihren TTL-Pegeln nicht durch Folgestufen belastet. Als Optokoppler kommen ICs vom Typ LTV847 zu Einsatz. Ein IC besitzt intern 4 LEDs als Eingänge mit zugehörigen 4 npn Transistoren als Ausgänge. Die LEDs haben jeweils zur Strombegrenzung Vorwiderstände (R7 bis R14) an ihren Anoden zu +5V. Erscheint nun ein negativer Impuls (also L = 0 Volt) an der Kathode einer LED, so wird der zugehörige Transistor im IC leitend und gibt den Impuls an seinem Kollektor-Ausgang (C) aus. Die Emitter (E) vom IC liegen über Widerstände (R15 bis R22) an +5V. Siehe Abbildung 7 unten.

Abb.7
Der Optokoppler-Schaltungsbereich ist in Abb.7 grau hinterlegt und besteht aus IC3 und IC4. Die galvanische Trennung vom unteren zum oberen Schaltungsbereich ist durch eine grau gestrichelte Linie gekennzeichnet.
Der Schaltungsbereich des Datenspeicher ist rosa hinterlegt. Zum Speichern der empfangenen Daten wird das IC5 vom Typ 4044 verwendet. IC5 beherbergt 4 unabhängige RS-FlipFlops. Pin 5 (EN = Enable) ist ein Freigabeeingang, welcher permanent auf +5V liegt, so ist das IC5 stets zu Eingaben bereit. Gelangt ein L-Impuls an S (Set), so schaltet der Ausgang Q auf H (ein). Gelangt ein  L-Impuls an R (Reset), so schaltet der Ausgang auf L (aus). Das ist genauso, als ob ein bistabiles Relais verwendet würde, nur viel preiswerter, mit einem Nachteil: gespeicherte Daten gehen verloren, wenn die Versorgungsspannung abgeschaltet wird. Um diesen Datenverlust zu vermeiden, wird über D2 ein Goldcap (großer Kondensator) C8 mit  5V geladen (in Abb.7 Grün hinterlegt) [Taster Ta1 ist optional zum Entladen von C8, wenn man IC5 spannungslos nach Spannungsabschaltung aus der Fassung nehmen möchte]. Datenspeicher IC5 wird also über D8 mit Stromversorgt und bei Spannungsabschaltung ist D8 in Sperrrichtung zu anderen Verbrauchern, sodass die Spannungsversorgung von IC5 durch C8 über lange Zeit aufrecht erhalten wird (rechnerisch für 600 Tage). Die Ausgänge Q1 bis Q4 liefern somit gespeichert die Schaltzustände der Adressen 1 bis 4. Und zwar jeweils L für Gerade, wenn eine grüne Keybooard-Taste betätigt wurde, oder H für Abzweig, wenn eine rote Keybooard-Taste betätigt wurde (deshalb sind diese Leitungen im Schaltplan auch Orange/Grün-gestrichelt dargestellt, um die 2 Potentiale von Schaltzuständen zu verdeutlichen). An TP4 kann die Funktion von Adresse 1 gemessen werden. Die kleine Tabelle "Logik IC 4044" zeigt die logischen Funktionen von IC5.

Treiber und Anzeigen

Die Ausgänge Q1 bis Q4 des Daten-Speicher-IC5 4044, also die Daten der Adressen 1 bis 4, gelangen zu den Eingängen 1 bis 4 des IC6 vom Typ ULN2803. IC6 ist ein 8-fach-Treiber-IC, welches die Eingangssignale invertiert! Und die LED-Anzeigen treibt (sowie auch die Servosteuerung, Beschreibungen hierzu folgen später weiter unten). Die Funktionsweise ist wie folgt: Gehen wir mal davon aus, dass für Adresse 1 am Keyboard die rote Taste gedrückt wurde.

Abb.8
Dann ist Q1 von IC5 H (Abzweig). Das Signal wird am Eingang Pin 1 von IC 6 am Ausgang Pin 18 invertiert als L ausgegeben und gelangt an die Kathode von LED1, die über R23 auf +5V liegt; sie ist also an und signalisiert W1or=Abzweig. Zugleich gelangt das L-Signal über D3 Auf die Anode der LED2, welche dadurch ausgeschaltet ist. Betätigen wir nun für Adresse 1 am Keyboard die grüne Taste, dann geht Q1 von IC5 von H auf L und damit Pin 18 von IC6 invertiert auf H und gelangt ebenso an die Kathode von LED1, die über R23 auf +5V liegt, welche aus geht, da nun ihre beiden Anschlüsse auf +5V liegen. Diode D3 ist in Sperrrichtung, sodass keine positive Spannung zur zur Anode von LED2 gelangen kann! LED 2 geht an und signalisiert W1gn=Gerade.
Entsprechendes gilt für die Adressen 2, 3 und 4 für die Anzeige-LEDs 3 bis 8. Wozu dient das IC6? Nun, es müssen nicht nur Anzeige-LEDs versorgt werden, sondern auch 2 weitere ICs (zur Servosteuerung der Weichenantriebe, Beschreibung folgt im nächsten Abschnitt). Die Ausgänge von IC5 können aber jeweils nur maximal 2 Gatter ansteuern, was hier aber nicht ausreichend ist, sodass ein Treiber-IC erforderlich ist, eben IC6. In Abbildung 8 rechts sind bereits vier Adressleitungen mit dem Hinweis "zur Servosteuerung" eingezeichnet, was im Folgebeitrag beschrieben wird.

Steuerung ATtiny, Treiber, 4 Servos


Abb.9
Außer zu den Anzeigen führen die 4 Adressleitungen auch zu 2 ATtinies, IC7 und IC8: Leitung 1 zu IC7 Pin 2, Leitung 2 zu IC7 Pin 3 und Leitung 3 zu IC8 Pin 2, Leitung 4 zu IC8 Pin3.

Die ATtinies vom Typ 85 enthalten die Software zur Steuerung der Servos (Beschreibungen siehe "Servosteuerung", Software-Download "2W30ATtiny85").

Die Ausgänge gelangen zu dem Treiber IC9: IC7 Pin 6 => IC9 Pin 1, IC7 Pin 5 => IC9 Pin 2, und IC8 Pin 6 => IC9 Pin 3, IC8 Pin 5 => IC9 Pin 4. IC9 UDN2981 ist ein nicht invertierender Treiber (ansonsten wie invertierender Treiber IC6 ULN2803; aber zu beachten: die Polarität der Stromversorgung, Pin 9 und Pin 10 der ICs sind vertauscht!).

Die Ausgänge von IC9 führen zu den Servos: Pin 18 => Servo 1, Pin 17 => Servo 2, Pin 16 => Servo 3, Pin 15 => Servo 4. Die Eingänge von IC9 liegen also den Ausgängen genau gegenüber.

Der Kondensator C9 dämpft mögliche Störungen, welche durch PWM-Störungen der Servos verursacht werden können.
Der Kondensator C10 stützt und stabilisiert die Servostromversorgung bei Ansteuerungen.

Stromversorgung


Abb.10
Die Stromversorgung der Schaltung kann entweder durch ein externes 5V Netzteil erfolgen, oder es wird die in Abbildung 10 dargestellte Schaltung verwendet. Diese Schaltung ist auch auf der Platine (Platinenabbildung weiter unten) enthalten, muss bei Verwendung externer Stromversorgungen aber nicht bestückt werden.
Die Wechselspannung eines Trafos wird an den Anschlüssen St29 und St28 angeschlossen. Bei 7-9V~ wird für das Spannungsregler-IC0 kein Kühlkörper benötigt, bei höheren Wechselspannungen bis maximal 19V~ ist ein Kühlkörper erforderlich.
Der Wechselstrom wird mittels Brückengleichrichter BrGl1 gleichgerichtet und durch C1 und C2 (ACHTUNG 25V-Typen!) gesiebt. Der Festspannungsregler IC0 liefert am Ausgang eine Spannung von +5V mit einem maximalen Strom von 1,5 A. C3 und C4 stabilisieren die Spannung. Die Diode D1 ist eine Schutzdiode: sollte aus einem Fehlergrund auf den Ausgang von IC0 eine höhere Spannung als 5V kommen, ist IC0 davor geschützt (D1 könnte also auch entfallen). Die blaue LED 9 mit Vorwiederstand R31 dient lediglich der Anzeige, dass 5V Stromversorgung bereit steht (optional, kann auch entfallen).

Es sei nochmals darauf hingewiesen, dass hier ein eigener, separater Trafo erforderlich ist! Würde man den Trafo verwenden, welcher auch die Zentrale (z.B. Intelli-Box) versorgt, so würden bei Zusammenschaltung der Anlage unweigerlich Bauteile zerstört!

Der Trafo sollte eine Leistung von mindestens 8 VA haben.
IC0 liefert max. 1,5 A bei 5V => P=U I = 5V * 1,5A = 7,5 VA. Etwas Reserve ist erforderlich, also 8 VA = 8 Watt. Dies gilt natürlich nur bei Versorgung einer einzigen Platine. Sollen z. B. 2 Platinen von einem einzigen Trafo versorgt werden, so ist ein Trafo mit 16 VA (2*8) erforderlich.

Gesamtschaltplan


Abb.11 Gesamtschaltplan Schaltdecoder 4 Servos OP v1.4
Die Anschlüsse St1 bis St32 bezeichnen die Pins der Stiftleiste einer 32-poligen Federleiste der Platine. Die Schaltung wurde sowohl auf Testboards, als auch auf einer Prototypenplatine (v1.0 siehe Abb.3), funktionsfähig getestet.
Der Schaltplan muss nicht von dieser Seite kopiert werden, er wird in einer folgenden Download-Bauanleitung enthalten sein.

Die Platine

Ohne Platine ist die Schaltung wohl kaum betriebssicher aufzubauen. Deshalb erstellt ich ein Platinen-Layout. Es gibt 2 Möglichkeiten: entweder kommt ein einseitig kupferkaschiertes Material zur Anwendung, wobei einige Verbindungen auf der Oberseite mittels Drahtbrücken zu erstellen sind, oder man treibt den etwas anspruchsvolleren Aufwand und verwendet zweiseitig kupferkaschiertes Material (wobei dann natürlich Durchkontaktierungen erforderlich sind). Auch ein Bestückungsaufdruck ist sehr hilfreich.

Abb.12
Bei einer 1-seitigen Platine stellen in Abb.12 die hellgrünen Linien Drahtbrücken dar, bei einer 2-seitgen Platine Leiterbahnen auf der Bestückungsseite (A), wobei dann die goldfarben dargestellte Bohrungen Durchkontaktierungen (B) sind. Zwei 90°-Winkel (C) dienen zur Befestigung einer Frontplatte, wenn die Schaltung in ein 19"-Gehäuse eingeschoben werden soll, was sinnvoll und platzsparend ist, da sicher mehr als eine Platine zum Einsatz kommen wird. Möchte man auch am 19"-Gehäuse Stellungsanzeigen haben, so finden LEDs auf der Frontplatte Platz. Die Verbindungen erfolgen über die 16-polige Steckleiste (rot umrandetes Rechteck). Eine 32-polige gewinkelte Federleiste (rechts auf der Platine) stellt die externen Verbindungen zur Verfügung.
Dieses Platinenlayout wurde von mir noch nicht bestückt aufgebaut und getestet, jedoch gewissenhaft mit dem getesteten Schaltplan überprüft.

Platinen-Layout und Bestückungsaufdruck folgt später im Download der Bauanleitung.

Abb.13
Die Abbildung 13 zeigt die Anschlussbelegung der Platinen-Federleiste.
Hierzu eine Anmerkung: Modellbahnhersteller kennzeichnen in den aller meisten Fällen Stellungsanzeigen und Anschlüsse ihrer Produkte mit Rot und Grün (Keyboard-Tasten, Stellpulte, etc.). Also zum Beispiel Stellung Rot für Signal Halt, Weiche Abzweig; Stellung Grün für Signal Fahrt, Weiche Gerade. Ich weiche von dieser Konvention etwas ab, um Stellungsanzeigen - insbesondere für Gleisbildstellwerke - eindeutiger in den Anzeigen, wie aber auch bei den Farben der Verkabelung, zu haben. Da beispielsweise ein 2-flügeliges Signal 3 Stellungen haben kann und mit einer Weiche gekoppelt sein kann, verwende ich folgende Farben: Signal HP0 ROT, Signal HP1 Grün mit Weiche Gerade Grün, Signal HP2 Grün/Gelb mit Weiche Abzweig Orange. Das ist für mich eine eindeutigere Kennzeichnung. So verwende ich je nach Anwendungsfällen entsprechende Farben der LEDs auf/von der Platine (dies kommt erst deutlich beim Teil 2 dieser Bauanleitungen zum Tragen).
Die Anschlüsse der obigen Abbildung 13 könnten einen kleinen Bahnhof mit 4 Weichen mit Servoantrieben bedienen.

Abb.14
In einem kleinen Gleisbildstellwerk können die Stellungsanzeigen auf drei Arten integriert werden: 1. nur die jeweils orangen und grünen runden LEDs neben den Weichen, oder 2. nur jeweils rechteckige LEDs innerhalb der Weichen (wobei jeweils eine LED permanent leuchtet und nicht angesteuert werden muss), oder 3.  beide Anzeigemöglichkeiten (also 1 und 2); dabei muss dann aber beachtet werden, dass nun jeweils zwei LEDs parallel angeschlossen werden und deshalb deren Vorwiderstand auf der Platine den haben Wert haben sollte, damit sie nicht zu schwach leuchten.
Hinweis: Die Abb.14 wurde mit dem Programm WinTrack erstellt. Die LED-Symbole wurden selbst erstellt und stehen als Download auf meiner Seite zur Verfügung; siehe WinTrack=>Gleisbildstellwerk

Die Programme für die ATtinies IC7 und IC8

Für beide ICs ATtiny 85 ist das gleiche Programm zu laden. Die Beschreibung muss hier nicht wiederholt werden, da sie ausführlich auf meiner Seite ARDUINO => Servosteuerung beschrieben ist, mit dem DOWNLOAD 2W30ATtiny85, wobei hier lediglich der Scetch (also das Programm) vom Download benötigt wird. Ebenso finden Sie auf dieser Seite auch die Baubeschreibung zum Servoeinbau für eine MÄRKLIN K-Weiche inklusive Einbauschablone zum Download.

Die Adresseinstellungen für den Decoder

Die Adressen für Decoder 1 bis 80 werden mit dem 8 DIL-Schaltern wie im Motorolaformat üblich eingestellt (z.B. wie bei Viessmann-Decoder auch); man braucht sich hier also nichts neues zu merken. Ich habe aber außer den Einstellungen auch die jeweils zugehörigen Pegel (H und L) in der Abbildung 15 hinzugefügt, wir wollen ja nicht nur stur Einstellungen tätigen, sondern auch die Schaltung des Motorolaformats verstehen (Die vollständige Tabelle wird im noch folgenden Download enthalten sein; hier nur die ersten 13 Einstellungen).

Abb.15
Im Schaltplan (Abb.11) wurde mit dem DIL-Schalter der Decoder 1 mit dem Adressbereich 1-4 eingestellt. Diese Einstellung ist in Abb.15 Hellblau hinterlegt. DIL-Schalter 1,3,5,7 schalten L an oder aus (deshalb Blau), 2,4,6,8 schalten H an oder aus, (deshalb Rot). Also sind für Decoder-Nr.1 die DIL-Schalter 2,3,5,7 auf ON, die anderen auf OFF zu stellen. Dabei ist der Eingang A1  von MC145027 H, A2,A3,A4 L (A5 ist permanent L).
Ein "X"  bedeutet der Eingang ist "hochohmig (also weder H noch L).
MC145027-Tabellenabschnitt zeigt in der Abfolge H-L-X deutlich die Abfolge des trinären (3-Wege-Logik) Motorolaformat (eben nicht binär!).
Die Ausgänge D6, D7, D8, D9 von MC145027 gelangen zu den Eingängen A0, A1, A3, E3, (E1, E2 permanent L) des 74HCT138 (siehe Schaltplan Abb.11). Ich habe die logische Abfolge in der rechten Tabelle der Abb.15 dargestellt. An den Ausgängen Y0 bis Y7 von 74HCT138 erscheinen nur dann 1 Sekunden L-Impulse, wenn die Control-Eingange E1 und E2 L und E3 H sind. Sind dann A0, A1, A2 auf L, so erscheint an an Y0 ein L-Impuls, sodass die Weiche W1 (der Sorvo) auf Gerade gestellt wird (Nr.1 in der Tabelle). Sind hingegen A0 auf H, A1, A2 auf L, so erscheint an Y1 ein L-Impuls, sodass die Weiche W1 (der Servo) auf Abzweig gestellt wird (Nr.2 in der Tabelle). Entsprechendes gilt für die Weichen W2, W3, W4; also die Nummern 3 bis 8 in der Tabelle. Mit also den 8 encodierten Adressen eines eingestellten Decoders (1 bis 80) lassen sich jeweils 4 Weichen stellen. Ich hoffe, dass für technisch Interessierte, die nicht nur Decodereinstellungen tätigen wollen, sondern auch die Schaltlogik verstehen wollen, meine Erklärungen hilfreich sind.

Abb.16
Mit dem 8-poligen DIL-Schalter werden die Adressen des Decoders eingestellt, wie in der Tabelle der Abb.15 bereits dargestellt. Da diese Schaltereinstellungen einer 3-Wege-Logik, oder auch trinäre Logik genannt (gemäß dem Motorola-Format) gehorchen, habe ich dies in der Tabelle links (Abb.16) für die ersten 13 Schalterstellungen dargestellt.
Mit DIL-Schalter 1 und  2 gelangen L, H, oder X Pegel nach A. Entsprechend Schalter 3 und 4 Pegel nach B und Schalter 5 und 6 Pegel nach C (Schalter 7 und 8 nicht in der Tabelle erfasst).
A entspricht im Schaltplan A1, B entspricht A2, C entspricht A3. Um die dezimal einzustellen Decoder (1 bis 80) dezimal berechnen zu können, ersetzt man L zu 0, H zu 1, und X zu 2 (in Abb.16 linke Spalte zu mittlere Spalte).
Das Trinär-System hat die Basis 3. Die erste Stelle, A, ist also 30 , die zweite Stelle 31 , und die dritte Stelle 32. Damit gibt die rechte Spalte der Tabelle die mathematische Berechnungen wieder.

Weitere Informationen zur Dreiwertigen Logik finden Sie auf meiner Seite ARDUINO => Grundlagen => Hilfreich zu wissen, dort unter "Dreiwertige Logik".

.Bauanleitung Download

Die Bauanleitung für die Schaltung "Teil 1: ein Decoder mit 4 Weichen-Servos und Anzeigen" beinhaltet den Schaltplan, Platinen-Layout für eine einseitige Platine 100 mm x 160 mm mit dem zugehörigen Bestückungsaufdruck, eine Platinen-Layout Fotoansicht, Anschluss-Belegungen externer Bauelemente, die Bauteile-Stückliste, Tabelle der Adress-Einstellungen mittels DIL-Schalter (Code-Tabelle), Programm-Listing (Scetch) für die ATtiny85-IC`s.
Download Schaltdecoder 4 Servos OP v1.4 ATtiny85 Bauanleitung.pdf
Anmerkung: in der Bauanleitung nicht enthalten sind die auf dieser Seite enthaltenen Funktionsbeschreibungen und Hinweise.

! Die Schaltung im Einsatz !
hier sollte beim Einschalten der Stromversorgungen zuerst das Digitalsystem der Anlage eingeschaltet werden (also Zentrale, Booster, etc.) und erst dann die Stromversorgung der hier beschriebe Schaltung! Grund: beim Einschalten des Digitalsystems können Impulse auftreten, welche dann die gespeicherten Stellungen (im IC5) verändern und dann die Stellungen mit deren Anzeigen nicht mehr stimmen.

Herausgezogene Teilschaltungen aus dem Gesamtschaltplan

Die obigen einzelnen Funktionsbeschreibungen (Abb. 4 bis 10) dienen nicht nur zum Verständnis der Schaltung, sondern können auch dazu herangezogen werden, eigene Teilschaltungen daraus zu entwickeln. Ein Beispiel dazu aus der obigen Abb.9  zeige ich in einer Variation in Abbildung17:

Abb.17
Vom IC 9 UDN2981A sind noch 4 Eingänge (Pin 5 bis 8) mit 4 Ausgängen (Pin 14 bis 11) frei. Hier können folglich weitere 4 Schalter mit Anzeigen (wie der gelbe Teil der Abbildung) mit 2 weiteren ATtiny85 angeschlossen werden und 4 weitere Servos an den Ausgängen, sodass insgesamt 8 Servos sehr einfach schaltbar sind.

 

Teil 2: ein Decoder für Magnetartikel, Servos und Anzeigen

Abb,18 MÄRKLIN
Märklin-Formsignale älterer Bauart (Abb.18) sind sicherlich bei dem Ein oder Anderen vorhanden, oder können preiswert im Internet erworben werden. Aber auch Flügelsignale von Viessmann (Abb.19) sind gleichermaßen ansteuerbar. Bei digitaler Ansteuerung bedarf es eines Magnetartikeldecoders.

Im Teil 1 habe ich eine Decoder-Schaltung entwickelt, welche den Nachbau zur digitalen Ansteuerung von 4 Servos für vorbildgerechte langsame Weichensteuerung inklusive deren Anzeigen zu aktrativ niedrigen Preisen gestattet. Diese Schaltung soll nun dahingehend erweitert werden, dass Magnetartikel (wie z. B. Formsignale der Abbildungen 18 und 19) mit Masse-Impulsen digital im Motorolaformat angesteuert werden können.

Da die Schaltung aus Teil 1 lediglich eine Erweiterung erfährt, werden nur Erklärungen bezüglich der hinzukommenden Bauteile erforderlich. Alles Andere bleibt gleich!

Abb.19 Viessmann
Der Schaltplan Schaltdecoder OP v5.4
Die Erweiterungen sind in der Abbildung 20 hellrosa hinterlegt. Das Netzteil (hellgrau hinterlegt) entfällt auf der Platine nicht nur aus Platzgründen, sondern auch weil eine stärkere Version für die Versorgung anzuschließender Magnetartikel erforderlich ist.


Abb.20
Die obige Abbildung 20 soll Ihnen lediglich einen Überblick von den Erweiterungen verschaffen. Ich erkläre aber, wie im Teil 1, jede Stufe der Änderung nachfolgend ausführlich. Es sei an dieser Stelle bereits vorausbemerkt, dass mit der Schaltung Magnetartikel und Servos gleichzeitig ansteuerbar sind, 1-begriffige, wie auch 2-begriffige Signale (mittels Umschalter) mit korrekten Stellungsanzeigen per LEDs (auch für Gleisbildstellwerke) digital ansteuerbar sind. Seien Sie gespannt!

 Die Erweiterung für die Impulsausgänge

Die linke Abbildung zeigt einen Vergleich:

Abb.23 wo Signale konventionell per Stellpult geschaltet werden. Beim Stellpult der Tasten 1 stellt Taste Rot das Signal auf Halt und Taste Grün bleibt "leer". Die Tasten 2 stellen mit Taste Rot das Signal auf HP2 und Taste Grün das Signal auf HP1. Von diesen 4 Tastern können also nur 3 verwendet werden.

Abb.22 zeigt äquivalent die Anschlüsse der Signale an unsere Schaltung. Auch hier bleibt der grüne Anschluss von Adr1 "leer". Die beiden Anschlüsse von Adr2 (orange/grün) entsprechen der beiden Tasten 2 (rot/grün) des Stellpults. Adr4 entspricht der Tasten 4 des Stellpults. Wir brauchen uns bezüglich des Anschließens nichts Neues zu merken.

Statt des Trafos in Abb.23 verwenden wir für unsere Schaltung ein Netzteil (in Abb.22 unten), da unser IC12 mit seinen Treiberausgängen zu den Signalen mit Gleichstrom betrieben werden muss, was der einzige Unterschied zur rechten Abbildung 23 ist. Zugleich ein Vorteil, da zum Schalten der Magnetartikel kein "kostbarer" Digitalstrom benötigt wird!

GND unseres Netzteils ist die gemeinsame Masse der Schaltung und der Signale.

 Die Erweiterung für die Funktionsumschaltungen und Anzeigen

Im Teil 1 dieser Bauanleitung wurden jeweils nur zwei Anzeigen für die Servostellungen benötigt (orange/grün, entsprechend Keyboardtaster ROT/GRÜN). Im Teil 2 nun sollen nicht nur Magnetartikel mit Stellungsanzeigen geschaltet werden, welche lediglich 2 Zustände haben (z.B. Signale HP0 ROT und HP1 GRÜN), sondern auch 3 Zustände haben (z.B. Signale HP0 ROT, HP1 GRÜN, HP2 GRÜN/GELB). Da diese Schaltung beide Funktionsmöglichkeiten besitzen soll (also auch die von Teil 1) sind Umschalter erforderlich. Diese Erweiterungen werden in der folgenden Abbildung 24 im Schaltungsausschnitt hervorgehoben. Wer sich nicht näher mit der Funktionsweise befassen möchte, der kann natürlich einfach die Schaltung übernehmen. Für diejenigen, die sich aber für die Funktionsweise der Elektronik interessieren, versuche ich diese so einfach wie möglich in groben Zügen verständlich zu beschreiben. Ich beschreibe im Folgenden den Erweiterungsbereich, der in Abb.24 GELB hinterlegt ist und für die Adresse 1 relevant ist. Der ROSA hinterlegte Erweiterungsbereich ist äquivalent dem gelben bezüglich der Adresse 3. Die Adressen 2 und 4 verbleiben identisch dem Teil 1.

Abb.24
Der Schalter S1x/y ist ein 2xum-Schalter und schaltet zwischen 2-begriffigen Magnetartikel (normal) und 3-begriffigen um. Für 3-begriffige Magnetartikel ist die gelbe LED (HP2) hinzugekommen und S1 ist im Schaltplan in Stellung für 3-begriffige Artikel dargestellt. Die neu hinzugekommenen Bauteile D11, D12, der Transistor T2 mit Vorwiderstand R31 schalten für 3-begriffige Stellungen mittels Schalter S1am die gelbe HP2-LED mit Vorwiderstand R25b hinzu, welche aber in den Stellungen HP0 und HP1 ausgeschaltet wird. der andere Teil des Schalters S1, nämlich S1bm,  verhindert dabei, dass bei schalten von ADR1 GRÜN (also z.B.  Keytaste 1 Grün) in Verbindung mit den Dioden D7 und D8  keine Schaltfunktion ausgeführt wird (also wie in Abb.23 oben die grüne Stellpulttaste 1 auch keine Funktion hat). T2 funktioniert als Inverter, ein H an der Basis wird zu L am Colektor (ein Inverter-IC, wie 4004, kann nicht verwendet werden, da das IC nicht komplett auf 0V (L) schalten würde). Ich verzichte in dieser Stelle die H/L-Pegel bei den Schaltstellungen HP0/HP1/HP2 aufzuzeigen. Dies sollten Sie inzwischen im Schaltplan selber nachvollziehen können und die Funktionsweisen der Dioden erkennen.
Der ROSA hinterlegte Erweiterungsbereich (wie gesagt äquivalent dem gelben) gehorcht dem zweiten Schalter S2, welche im Schaltplan aber in der Stellung "normal" (also nur für 2-begriffige Artikel) dargestellt ist . Die für diese Stufe zuständigen Dioden D9, D10, D13, D14 werden in dieser Schalterstellung weggeschalten und und eine verbaute gelbe LED 7b permanent ausgeschaltet, der Transistor T3 hat keine Funktion.
Im obigen Schaltplan der Abb.24 sind die Schalter S1 und S2 also so eingestellt gezeichnet, dass mit ADR1 und ADR2 ein 3-begriffiges Signal mit Stellungsanzeigen geschaltet werden kann und mit den Adressen ADR3 und ADR4 jeweils ein 2-begriffiger Magnetartikel. Wobei es auch gleichzeitig möglich ist die Servos 2, 3, und 4 mitzuschalten. Ein angeschlossener Servo 1 würde sich auf Grund der Schalterstellung S1 nur einmal in eine Position schalten lassen, aber nicht wieder zurück, da hier eben "GRÜN" durch die S1-Stellung blockiert ist. Ein Anschlussbeispiel gemäß dieser Schalterstellungen ist bereits in obiger Abb.20 rechts zu sehen, wo mit dieser Schaltung ein 3-begriffiges Flügelsignal mit servokekoppelter Weich 1 (per ADR1 und ADR2), eine servogesteuerte Weiche W2 (per ADR3), und ein 2-begriffiges Sperrsignal (ADR4) inklusive aller Stellungsanzeigen digital angesteuert werden können!

Die Erweiterung für 4x2 Schaltausgänge

Bis lang beherrschte unsere Schaltung die digitale Ansteuerung (neben Servos)  von Magnetartikeln, stellt also einen digitalen  Magnetartikeldecoder dar, mit dem mittels kurzer Schaltimpulse Komponenten geschaltet werden können (wie beispielsweise der Viessmann Magnetartikeldecoder 5211). Es gibt aber auch digitale Schaltdecoder, welche permanent geschaltete Ausgänge haben (wie beispielsweise der Viessmann Schaltdecoder 5213, der 4 Umschaltrelais besitzt, mit deren Ein-/Ausgängen externe Komponenten geschaltet werden können).
Wir werden unsere Schaltung nun dahingehend erweitern, dass 4x2 digital schaltbare Ausgänge verfügbar sind, welche jeweils 5V liefern. Auf entsprechende Relais wird auf der Platine verzichtet, diese können bei Bedarf extern angeschlossen werden, oder auch externe Elektronik direkt mit TTL-Pegel geschaltet werden. In der obigen Abbildung 20 sehen wir, dass die ICs 6 und 9  jeweils 4 nicht verwendete Ein-/Ausgänge haben. Wozu diese also brach liegen lassen? Die folgende Abb.25 zeigt diese Erweiterung im Ausschnitt des Schaltplans hell orange hinterlegt:

Abb.25
Die Funktionsweise ist wie folgt: die von IC5 gespeicherten Schaltzustände gelangen zu den Eingängen von IC6, wobei die Eingänge 1 bis 4  mit ihren Ausgängen 15 bis 18 Servos sowie Anzeigen bedienen und die Eingänge 5 bis 8 mit deren Ausgängen 14 bis 11 verstärkt negative (0V=) Schaltzustände übermitteln. Wird nun beispielsweise die rote Keyboardtaste der Adresse 1 betätigt, weist Pin 5 von IC6 H auf und der zugehörige Ausgang Pin 14 invertiert L. Wird hingegen die grüne Keyboardtaste der Adresse 1 betätigt, weist Pin 5 von IC6 L auf und der zugehörige Ausgang Pin 14 ist hochohmig (X). Pin 14 ist aber auch mit einer Transistorstufe verbunden: T4 erhält über den Vorwiderstand R35 an seiner Basis H-Potential. Die Collektor-Emitter-Strecke wird somit durchgeschaltet und an seinem Collektor steht eine Ausgangsspannung von +5V= zur Verfügung, sofern die Basis von T4 über den Ausgang Pin 14 von IC6 kein L-Potential erhält. Liegt hingegen ein L-Potential an, so wird die Collektor-Emitter-Strecke nicht durchgeschaltet und der Collektor-Ausgang weist über R36 0V= auf. Der Collektor ausgang gelangt zu IC9 Pin 5. Der zugehörige Ausgang Pin 14 hat H-Potential, wenn sein Eingang auch H ist. Ist der Eingang hingegen L, so ist der Ausgang hochohmig (X).  Entsprechendes gilt für die anderen drei Ausgänge von IC6 mit deren Transistorstufen T5 bis T7. Wir erhalten folglich 4x2 Leitungen, welche die Schaltzustände als TTL-Pegel bereitstellen.

Abb.26
Die Abbildung 26 zeigt ein Beispiel wie an den 8 Ausgängen des Wechslers 8 monostabile 5 Volt Relais angeschlossen werden können.
An diesen Relais können dann beliebige Komponenten mit beliebigen Spannungen vollständig elektrisch von der Anlagenelektronik getrennt digital geschaltet werden.

Natürlich können an diesen Ausgängen auch direkt 5V Komponenten angeschlossen werden (Lämpchen, oder LEDs mit Vorwiderständen), wie in Abb.27 das Andreaskreuz an den Ausgängen ADR2 von Abb.26 angeschlossen; es ist an, wenn Signal 1 HP1 oder HP2 zeigt und blinkt bei Verwendung einer Blink_LED.

Abb.27

Mit dieser Schaltung lässt sich ein Anlagenteil inklusive eines Gleisbildstellwerks steuern, wie es die obige Abbildung 27 zeigt.
Die untere Abbildung 28 zeigt den Gesamtschaltplan der Schaltung "Schaltdecoder 4 Servos OP v5.4"  mit Beispielen.
So sind zwei Signale angeschlossen und die Schalterstellungen S1 auf 3-begriffiges Signal und S2 auf "normal" gezeichnet, wie es auch für das Gleisbildstellwerk der Abbildung 27 erforderlich ist.


Abb.28
Diese Schaltung wurde auf einem Testboard erfolgreich getestet.

Die Leiterplatte


Abb.29
Die Schaltung ist nun so umfangreich, dass ein Platine unumgänglich erforderlich ist. Ich habe deshalb eine Platine gestaltet, die zweiseitig ist (Abb.29). Aber man kann auch eine einseitige Platine herstellen, wobei dann auf der Oberseite Drahtbrücken zu verlöten sind; dies sind dann die hellgrünen Bahnen mit den goldfarbenen Bohrungen in der obigen Abbildung.
Eine 5 Volt Versorgung entfällt auf dieser Platine nicht nur aus Platzgründen, sondern auch weil eine stärkere Stromversorgung erforderlich wird.

Die  Stift/Feder-Anschlussbelegungen der Platine des Schaltdecoders OP v5.4


Abb.30
Die Nummern an der Platinenanschlussleiste korrespondieren mit den im Schaltplan angegebenen Nummern.
Die Übersicht der Abbildung 32 zeigt alle Möglichkeiten Komponenten an diese Schaltung anzuschließen:
10 Stellungsanzeigen, 4 Servoantriebe, 4 Magnetartikel mit Impulsansteuerung, 2x4 5 Volt Umschaltausgänge (zur Ansteuerung von Relais, Lämpchen, usw.), Stromversorgungen 5V und 16-20V, Digitaleingang im Motorolaformat mit Adresseinstellungen. Das alles mit einer einzigen Schaltung.
In den weiter oben stehenden Abbildungen mit Funktionsbeschreibungen kann entschieden werden, für welche Anwendungen was auf der Platine zu bestücken ist und was entfallen kann (was Bauteilekosten einsparen kann). Also beispielsweise nur der Teil der Servos für Weichenantriebe. Oder nur der Teil für die Ansteuerung von impulsbetriebene Magnetartikel (siehe Schaltplan-Abb.28 wo 2 Signale angeschlossen sind). Selbstverständlich auch eine Kombination beider Steuerungsantriebe ist möglich. Zugleich kann mit den LED-Anzeigen ein Gleisbildstellwerk realisiert werden. Natürlich kann die Platine auch komplett bestückt werden, sodass man einen Decoder für all diese Ansteuerungen universell zur Verfügung hat (eventuelle Erweiterungen oder Änderungen bei einer Anlage erfordern dann keinen Austausch des Decoders). Selbstverständlich kann die Platine des Decoders, wenn man z.B. nur den Teil der Anzeigen für ein Gleisbildstellwerk bestückt hat, auch nachbestückt werden (z.B. der Teil als Schaltdecoder, usw.). Es stehen alle Möglichkeiten zur Verfügung.

Abb.31
Im Download enthalten:
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge Layout 1-seitigt Cu (Platine)
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge Layout 1-seitigt Fotoansicht
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge Layout 1-seitigt Bestückungsaufdruck
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge Schaltplan Beispiel
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge Stückliste
DOWNLOAD Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge
ATtiny85 Software wie unter "Servosteuerung": 2W30ATtiny85
WICHTIG:
Das Layout der Platine habe ich sorgfältig erstellt und mehrfach mit dem Schaltplan verglichen. Da ich die Platine jedoch noch nicht gefertigt, bestückt und geprüft habe, kann ich momentan keine Gewähr auf Korrektheit übernehmen. Die Schaltung selbst wurde aber auf Entwicklungsbords aufgebaut und und erfolgreich getestet.

 

Die Stromversorgung


Abb.32
Ein Trafo 2 stellt eine Wechselspannung zur Verfügung, welche mit dem Brückengleichrichter Gl1 gleichgerichtet wird. Der 5-Volt Regler (IC1 78H05) kann mit Kühlkörper geglätteten Gleichstrom bis zu 5A bereitstellen, sodass mehrere Schaltplatinen versorgt werden können.
LED1 signalisiert "5V an"; die Anzeige kann sowohl auf der Platine, wie auch extern realisiert werden.

Ein Trafo 3 stellt eine Wechselspannung zur Verfügung, welche mit dem Brückengleichrichter Gl2 gleichgerichtet wird. Der Kondensator C5 glättet den Strom ausreichend, um das IC12 der Schaltung ausreichend mit Gleichstrom betreiben zu können, damit die dort angeschlossenen Verbraucher betrieben werden können (natürlich könnte auch hier ein 15 bis 19V-Regler eingesetzt werden, was aber nach meinen Versuchen nicht zwingend erforderlich ist).
LED2 signalisiert "16-20V an"; die Anzeige kann sowohl auf der Platine, wie auch extern realisiert werden.

Die Nummern bezeichnen die Anschluss-Pins der Stift-/Federleiste der Platine.

Abb.33 Leiterplatte für die Stromversorgungen
Die Platine mit Stromversorgungen für die Schaltung "Schaltdecoder 4 Servos OP v5.4 mit Impuls-Schaltausgänge".
Beide Platinen (Abb. 30 und 31) haben das Standardmaß 160mm x 100mm und können so leicht in 19"-Gehäuse ihren Platz finden (natürlich können die Platinen auch Vorort auf einer Anlage verbaut werden. Persönlich liebe ich es aber in einem 19"-Zollgehäuse diese Steuerungselektronik leicht zugänglich beim Bedienpult der Anlage zu haben und nehme lieber längere Kabel mit ausreichenden Querschnitten zu den Komponenten auf der Anlage in Kauf. So muss ich bei Änderungen, Einstellungen, oder Fehlersuchen nicht unter die Anlage kriechen; diese Arbeiten sind dann viel leichter zu bewältigen!). Mit dieser Stromversorgung können mehrere Schaltdecoder versorgt werden.

Abb.34
Im Download enthalten:
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V5 20V Layout 1-seitigt Cu (Platine)
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V5 20V Layout 1-seitigt Fotoansicht
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V5 20V Layout 1-seitigt Bestückungsaufdruck
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V5 20V Schaltplan
- Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V5 20V Stückliste
DOWNLOAD Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V5 20V
WICHTIG:
Das Layout der Platine habe ich sorgfältig erstellt und mehrfach mit dem Schaltplan verglichen. Da ich die Platine jedoch noch nicht gefertigt, bestückt und geprüft habe, kann ich momentan keine Gewähr auf Korrektheit übernehmen. Die Schaltung selbst wurde aber auf Entwicklungsbords aufgebaut und und erfolgreich getestet.

 

Teil 3: Decoder-Erweiterung für Lichtsignale

Nachdem wir im Teil 2 einen Decoder für Servos, Magnetartikel und Umschalter, inklusive Stellungsanzeigen kenngelernt haben, fehlt nur noch die digitale Ansteuerbarkeit von Lichtsignalen.

Da die Decoder-Platine "Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5" platzmäßig ausgereizt ist, wird die Ansteuerung von Lichtsignalen mittels einer Erweiterungsplatine realisiert, welche einfach an die Decoder-Platine "Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5" angeschlossen werden kann.

Bevor ich aber einen kompletten Schaltplan einstelle, möchte ich zuerst eine Stufe davon vorstellen, damit die Funktionsweise leichter und verständlich erklärt werden kann.

Die untere Abbildung 35 zeigt gelb hinterlegt einen Schaltungsausschnitt des in Teil 2 beschriebenen Decoder und zwar den Anzeigeteil für ADR1 und ADR2 an denen die herausgeführten Anschlüsse an die Erweiterung für Lichtsignal (rosa hinterlegt) gelangen. Ganz rechts in Abb.25 als Beispiel der Anschluss eines 3-begriffigen Lichtsignals. Dabei muss natürlich der Schalter S1 des Decoders für ein 3-begriffiges Signal eingeschaltet sein.

Abb.35
Die Schaltung funktioniert wie folgt:
A] Signalstellung HP0 [Halt]: LED1 Kathode hat Minus; Anzeige Rot an:
Minus über ASt9c an St32c der Erweiterung über R1 an Optokoppler IC1 Pin 2, sodass die LED den Transistor durchschaltet und der Collector Plus an Pin 1 von IC6 liefert. Treiber-IC6 invertiert auf Minus, damit geht über Rvor die rote LED des Lichtsignal an.
B] Signalstellung HP1 [Fahrt (Weiche Gerade)]; Anzeige Grün an:
LED1 Kathode erhält kein Minus, daher gelangt auch kein Minus über D3 zur Anode von LED2, somit ist LED2 (anzeige Grün) an, weil über R24 Plus anliegt. Über ASt10c an St32a der Erweiterung über R2 gelangt Plus an die Basis von T1, wodurch die Collektor-Emitter-Strecke leitend wird und über R3 Plus an Pin3 von IC1 gelangt. Die Opto-LED schaltet den Transistor von IC1 durch, sodass über Pin 13 von IC1 Plus nach Pin 2 von IC6 gelangt. Treiber IC6 invertiert auf Minus, damit geht über Rvor die grüne LED des Lichtsignals an.
C] Signalstellung HP2 [Langsamfahrt (Weiche auf Abzweig)]; Anzeigen Grün und Gelb an:
da LED2 Grün an ist, erfolgt auch das was unter [B] beschrieben ist. Zusätzlich ist nun noch die LED3b Gelb an (Schalter S1 in Stellung für 3-begriffiges Signal!): über R25b gelangt daher Plus St12c zu St31a der Erweiterung und dort über R4 an Optokoppler IC1 Pin5, sodass die LED den Transistor durchgeschaltet und der Collector Plus an Pin 3 von IC6 liefert. Treiber-IC6 invertiert auf Minus, damit geht über Rvor die gelbe LED des Lichtsignals an.

Hinweis: der Wert der Vorwiderstände "Rvor" richtet sich nach den verwendeten Signal-LEDs und nach deren Versorgungsspannung (16-20V) und wird von Herstellern der Lichtsignale angegeben (bei 16-20V i. A. ca. 1KOhm)

  10.12.

Die folgende Abbildung 36 zeigt den vollständigen Schaltplan der Erweiterung "Lichtsignale v5.5", welcher mit 2 Schaltungen "Schaltdecoder OP v5.5" verbunden wird. Damit der Platz auf der Platine und ebenso möglichst viel von den ICs der Erweiterungsschaltung genutzt werden kann, ist die Erweiterung so gestaltet, dass 2 Platinen "Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 mit Impuls-Schaltausgänge" A (hellgelb hinterlegt, führt zum violett hinterlegten Erweiterungsteil) und B (gelb hinterlegt, führt zum rosa hinterlegten Erweiterungsteil) angeschlossen werden können. Anzumerken ist, dass auch hier wieder alle Anschlusskomponenten (Lichtsignale) durch Optokoppler galvanisch von den Schaltdecodern getrennt sind. Zur Stromversorgung dient für alle Platinen "Schaltdecoder 4 Servos OP v5.5 Netzteil 5V 20V".

Abb.36
Im rechten Teil der Abbildung 36 habe ich ein Beispiel von 7 angeschlossenen Lichtsignalen dargestellt. Mit dem Schaltdecoder A werden die Signale 1, 2, und 3 digital angesteuert. Das 3-begriffige Lichtsignal 1 entspricht dem 3-begriffigen Flügelsignal in Abb.28, welches dort zusammen mit einer servobetriebenen Weiche gekoppelt angesteuert wird. Dies ist auch in diesem Beispiel mit dem 3-begriffigen Lichtsignal möglich; d.h. auch hier kann über den entsprechenden Servoausgang des Decoders A eine Weiche gekoppelt angesteuert werden. Zu beachten ist, dass S1 von Decoder A für 3-begriffige Signale eingeschaltet ist! Der Schalter S2 vom Decoder A ist auf Stellung "normal" für 2-begriffige Signale zu stellen, denn hier werden die Lichtsignale 2 und 3 digital angesteuert. Die Schalter S1 und S2 des Decoders B stehen auf "normal" für 2-begriffige Signale, womit in diesem Beispiel die Lichtsignale 4, 5, 6, und 7 digital gesteuert werden. Natürlich sind mit den DIL-Schaltern der Decoder A und B entsprechend unterschiedliche Adressbereiche einzustellen!

Abb.37
Im Download enthalten:
- Erweiterung Lichtsignale v5.5 Layout 1-seitigt Cu (Platine)
- Erweiterung Lichtsignale v5.5 Layout 1-seitigt Fotoansicht
- Erweiterung Lichtsignale v5.5 Layout 1-seitigt Bestückungsaufdruck
- Erweiterung Lichtsignale v5.5 Schaltplan mit Beispielen
- Erweiterung Lichtsignale v5.5 Stückliste
DOWNLOAD Erweiterung Lichtsignale v5.5 für 2 mal Schaltdecoder v5.5
WICHTIG:
Das Layout der Platine habe ich sorgfältig erstellt und mehrfach mit dem Schaltplan verglichen. Da ich die Platine jedoch noch nicht gefertigt, bestückt und geprüft habe, kann ich momentan keine Gewähr auf Korrektheit übernehmen. Die Schaltung selbst wurde aber auf Entwicklungsbords aufgebaut und und erfolgreich getestet.

 

Mit den hier vorgestellten Schaltungen können die unterschiedlichsten Kombinationen zur digitalen Ansteuerung gebildet werden:
Servos, Schaltartikel (Funktion Schaltdecoder), Flügelsignale 2- und 3-begriffig (Funktion Magnetartikeldecoder), Lichtsignale 2- und 3-begriffig (Funktion Lichtartikel), inklusive aller Stellungsanzeigen, auch zur Realisierung von Gleisbildstellwerken.

 


Abb.38
Abbildung 38 zeigt ein Blockbild, welches die Verbindungen der einzelnen oben beschriebenen Schaltungseinheiten veranschaulicht.

Zu erwerben ist eine Zentrale mit Trafo1, von der Masse- und Digital-Ausgang mit den Selbstbaueinheiten zu zu verbinden sind.
Trafo2 und Trafo3 liefern Wechselspannungen an die Stromversorgung, deren Ausgänge +5V= und +16-20V= angeschlossene Schaltdecoder und Lichtsteuerungen mit Spannungen versorgen.

Schaltdecoder (hier 2 Stück A und B) decodieren je nach ihren Adresseinstellungen die dort anschließbaren Komponenten: maximal 10 Anzeigen, 4 Servos, 4 Magnetartikel (negative Impulsansteuerung), und 4x2 5V-Umschalter (Relais, Lampen, usw.).

Die Anzeigenausgänge der Schaltdecoder können zu den Eingängen einer Erweiterung zur Ansteuerung von Lichtsignalen geführt werden. Die Ausgänge der Lichtsteuerung können dann maximal 8 Lichtsignale bedienen (die Lichtsignale werden somit ebenfalls digital decodiert geschaltet).

Die Anzeigeausgänge der Schaltdecoder können ebenfalls LEDs ansteuern, welche Schaltzustände in einem Selbstbau-Gleisbildstellwerk zur Anzeige bringen, also Weichen- und Signal-Stellungen, oder auch Stellungen der Schaltausgänge (Umschalter = Schaltdecoder).

Die Anschluss-Nummern, also die Pins der Stift-/Federleisten der Platinen sind wegen der Übersichtlichkeit in Abb.38 nicht eingetragen; sie sind den Schaltplänen leicht zu entnehmen. Abb.38 soll lediglich die grundsätzliche Verschaltung der Baugruppen zeigen.
Anmerkung: die obige Abbildung 36 zeigt lediglich ein Beispiel, wie Lichtsignale an die Erweiterungsplatine und diese an den Decoderplatinen angeschlossen werden können. Natürlich können die Eingänge von Lichtsignal-Erweiterungsplatinen auch individuell jeweils zu Ausgängen anderer Decoderplatinen verbunden werden, je nachdem welche Decoderadressen für Lichtsignale Verwendung finden. So sind natürlich auch beliebig gemischt Flügel- und Licht-Signale ansteuerbar, wie es z.B. das Blockbild der Abb.38 zeigt.
Ein abschließendes Blockschaltbild möge verdeutlichen wie vielfältig und universell Modellbahnartikel an die äußerst preiswerten Selbstbau-Decoder zur digitalen Ansteuerung angeschlossen werden können und auch per PC-Software bedient werden können:

Abb.39

Damit ist diese Bauanleitungsserie erst einmal abgeschlossen und ich wünsche viel Erfolg und Freude bei preiswertem Nachbau! Wenn ich auch für mich bestückte Platinen aufgebaut habe, werde ich diese selbstverständlich testen und dies auf diesen Seiten dann vermerken (natürlich auch eventuelle Korrekturen in den Downloads, sofern erforderlich). Gerne können aber auch Sie mich auf mögliche Fehler hinweisen, wofür ich Ihnen dann sehr verbunden wäre!

Einen preiswerten Selbstbau von Gleisbildstellwerken unter Verwendung der hier beschriebenen Schaltungen finden Sie auf
"HJB-Modellbahn=>Gleisbildstellwerk".

 

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