BeneluxSpoor.net forum
Vraag en antwoord => Elektronica en analoog => Topic gestart door: Florick op 11 oktober 2017, 18:57:25
-
Goedenavond,
Ik zou mijzelf graag even voorstellen, ik ben 22 jaar en ex student elektrotechniek. Nu ben ik vrijwilliger bij een vereniging, waar ze een spoorbaan willen opbouwen. De grootte en vorm van de spoorbaan wordt later bepaald wat wel vaststaat is dat het een gelijkstroombaan in HO is met verschillende merken gelijkstroommaterieel. Mij is enkel gevraagd om mee te denken over het elektrische aspect. Nu was ik daarover aan het brainstormen
Allereerst, ik heb ervaring in het ontwerpen van elektronische schakelingen en printplaten, Ik heb prive genoeg meetapparatuur en voedingen om allerlei schakelingen te testen en op te bouwen. Ik kan Through hole en SMD solderen.
Nu zat ik na te denken over de sturing van de spoorbaan, ik heb wat onderzoek gedaan en zie dat er veel verschillende mogelijkheden zijn om baanvakken aan te sturen, er zijn mensen die naar relais grijpen, en er zijn mensen die kant en klare H brug regelaars gebruiken. Of kant en klare modules ook wel (Boosters genoemd?)
Een van de vereisten is dat de snelheid en richting op elk baanvak in principe vrij instelbaar is. Lineaire stroom of spanningssturing vind ik zelf niet efficiënt genoeg, Rijgedrag zou eigenlijk puur softwarematig bepaald moeten kunnen worden.
Momenteel zit ik eraan de denken om een van de twee rails, Massa te maken, En een bipolaire (+-15V) driver te maken voor elk baanvak. Deze drivers zouden dan via 5V Arduino digitaal niveau aangestuurd moeten kunnen worden. Deze drivers zouden dan via twee logische signialen (Een PWM, en een hoog/Laag signaal (Voor richting) aangestuurd kunnen worden. Mijn idee was om de baansturings modules te voorzien van een microcontroller, Welke door een dip switch op de PCB een software gedefinieerd adres toegewezen krijgt. Als ik hiervoor dezelfde PIC gebruik als op een arduino gevonden wordt kan ik deze in een boardje programmeren. De verschillende kaarten zouden met de (Later te ontwerpen) PC interface via RS232 met een centrale regelaar moeten kunnen communiceren.
Treindetectie wou ik realiseren door middel van het terug meten van de stroom in de driver (Scheelt bedrading).
Ik was daarnaast van plan om alle baanvakken met een weerstand tussen massa en de uitgang van de sturing te voorzien, zodat bij inschakelen de modules zelf de bedrading kunnen controleren, door een kleine stroom terug te meten. Dit helpt naar mijn inziens enorm bij het foutzoeken.
Nu zat ik te denken, natuurlijk heeft een opbouw waar de vermogensregelaar zo dicht mogelijk bij het baanvak zit de voorkeur om ohmse verliezen door de draad naar de baanvakken te beperken. Echter heb ik ook met genoeg industriële elektronica gewerkt om te weten dat het erg handig kan zijn om voor een modulaire opbouw te kiezen. Ik zit momenteel aan een opbouw in 19 inch eurokaart rack te denken. Waarbij de elektronica op 10x16cm eurokaarten (Vervaardigd in China) gemonteerd wordt. De templates voor deze eurokaarten staan al in Eagle. En de racks en +-15V eurorack voedingen hebben we nog liggen. De aansluitingen tussen de print zou dan met DIN41617 of DIN41612 connectoren kunnen.
Een aantal dingen vind ik noodzakelijk om te implementeren:
Een overstroombeveiliging: voor elke module afzonderlijk, als een module teveel stroom vraagt schakelt deze de +-15V naar de uitgangstrap uit, tot de module door een drukknop op het frontje gereset wordt.
Statusleds op de frontjes van de eurokaarten: Voedingen goed, overstroom (Fail) indicatie.
Bezetmelding per kanaal.
Suggesties, Kritiek zou erg gewaardeerd worden!
Met vriendelijke groet,
Florick
-
Hi Florick
Waarom wil je het wiel opnieuw uitvinden en waarom geen "standaard" materieel gebruiken ?
groet
Harald
-
Ik had in 1980 dezelfde vraag kunnen stellen. ;)
Bespaar anno 2017 een hoop moeite en ga gebruik maken van de overvloed aan moderne reeds bestaande besturingssystemen.
Groet Jaap
-
Ter inspiratie.
http://www.vpeb.nl/oplossingen/treinen/ (http://www.vpeb.nl/oplossingen/treinen/)
-
Wat je beschrijft is inderdaad een besturing voor analoge locs, maar als je club vanaf nul begint zou ik dat niet meer doen en helemaal digitaal gaan.
Zoals al opgemerkt zijn eral kant-en-klare digitale systemen die ook nog door anderen te onderhouden zijn als jij de interesse in de hobby verliest en de club verlaat.
Als de ruimte er is kun je overigens ook gelijk- en wisselstroomsporen maken in dezelfde lay-out, onafhankelijk van elkaar.
-
Hoi,
Misschien een hele rare opmerking: Denk dat je met Dinamo een heel eind komt als het "analoog" / digitaal moet zijn. En kunnen op jouw systeem wel digitale loks rijden? Er komt steeds meer digitaal materieel in de winkel. De echte analoogrijders worden steeds minder ;) Dus houdt even in de gaten of je systeem ook geschikt is voor digitale loks.
Groet Ronald.
-
Florick,
In 1975 ben ik begonnen om mijn baan met een dergelijke opzet te gaan besturen. Vanaf 1985 computergestuurd met behulp van 8085-processors voor elk parallelblok. Het station wilde ik (ook) met een 19"-rek en eurokaarten gaan besturen. Maar zover is het nooit gekomen. Er waren toen inmiddels insteekkaarten met 8 x 8255 IC's voor de PC beschikbaar. Als programmeertaal gebruikte ik Pascal.
Na 40 jaar ben ik begonnen om mijn baan om te bouwen naar de hedendaagse stand van de techniek. Daarbij maak ik gebruik van een Intellibox met een booster. Voor het IO-gebeuren gebruik ik de OC32, die inmiddels naast outputsignalen ook inputsignalen kan verwerken. De koppeling tussen PC en Intellibox verloopt via een USB-LocoNet-omzetter. Die tussen de PC en OC32's met een USB-RS485-bussysteem.
Ronald Koerts schreef al over het Dinamo-systeem. Uit dat systeem heb ik de OC32 geplukt. Aan het vasthouden aan analoog rijden hangt een aardig prijskaartje; vooral als het een grote baan betreft.
Voor de besturing via de PC heb je keuze genoeg uit diverse softwarepakketten. Zelf schrijven van de benodigde programma's is een leuke uitdaging (ik spreek/schrijf uit ervaring), maar voor een vereniging met een redelijke kans op regelmatig voorkomende wijzigingen in inzichten, is dat niet aan te bevelen. De bedoelde softwarepakketten zijn wat dat betreft veel flexibeler.
-
Ik heb misschien in mijn introductie een aantal dingen onbelicht gelaten, de vereniging is een technische vereniging, geen modelspoorvereniging. Het grootste deel van de beschikbare tijd wordt door de jongeren met arduino en 3D printers gewerkt. Ik begrijp volkomen dat sommige hier zeggen dat je beter een off the shelf product kan kopen, echter is juist de analoge aansturing van de baan technisch uitdagend. Daarbij is al ons materieel gewoon analoog.
De baan is in het verleden al eens opgebouwd geweest, en I.V.M. verhuizing afgebroken. De regeling daarvan ligt nog ergens in een doos, echter waren de PCB's daarvan allemaal zelf geëtst. En nu zou ik graag iets professioneler ogend maken en ik dacht hiervoor op elk sturingsboard een PIC van bijvoobeeld een arduino Uno toe te voegen. Je kan de Pic dan gebruiken om afhankelijk van het commando uit het hoofdstation een bepaald rijgedrag te bewerkstelligen.
De benodigde onderdelen zijn met een paar uitzonderingen gewoon ruim voorhanden (Alleen al 200000+ metaalfilmweerstanden om een idee te geven)
De meeste jongeren hebben toch geen zin om de landscaping van zo'n baan te doen. Echter als ze met hun PC een trein kunnen besturen zijn ze wel weer te interesseren voor de techniek. Het is ondoenlijk om een leek een hoop over electronica te leren, maar de relatief eenvoudige commandset van de arduino valt dan weer goed te doen. De PWM regeling van de baan valt grotendeels software te defineren.
Elektronica zelf is sinds de jaren 2000 flink veranderd, vroeger had je nog veel zelfbouwers die schema's uit de elektuur die zelf hun printjes etsen. zelfbouwers tegenwoordig werken of met kitjes uit China, of ontwerpen zelf hun PCB's en laten die fabriceren in China. Ik snap zelf ook wel waarom, je maakt een keer een layout met een gratis Cad programma, en krijgt voor onder de 20 euro tien(!) Pcb's van 10x10 Cm opgestuurd.
Met betrekking tot de praktische implementatie, natuurlijk moet er grondig gedocumenteerd worden wanneer je een zelfbouwproduct daar neerzet, echter was het plan om meer kaarten dan absoluut nodig te bouwen zodat de baan nooit stil komt te liggen omdat er wat kapot is. Gerbers en documentatie komt gewoon in de cloud te staan. Naast een hardkopie voor het archief.
Reed switches, relais e.d. zijn ook ruim voorhanden echter gebruiken de meeste relais meer stroom dan een Mosfet om DC te schakelen, het is dus niet mijn eerste keus. Voor het aansturing van wissels zat ik te denken aan werken met transistoren. Die hebben we een paar tientalle typen op voorraad.
Nog een vraag van mijn kant, we hebben voornamelijk oude Fleischman en lima wissels, deze zouden piek bij schakelen 700mA kunnen trekken, kan ik deze met twee NPN transistoren aansturen? volgens mij zitten er twee spoelen in zo'n wissel en zou ik afhankelijk van welke stand de wissel moet hebben een van de twee NPN torren aan kunnen zetten. Ik had begrepen dat zo'n wissel maar een korte tijd (Een paar tiende van een seconde )bekrachtigd hoeft te worden, het lijkt me slim om de boel dus ook hardwarematig te beveiligen.
Hier een voorbeeld van wat ik bedoel, deze schakeling is uitgevoerd met PNP torren.
(http://www.uploadarchief.net/files/download/wissel%20omschakeling.jpg)
Met vriendelijke groet,
Florick
-
Dat schema ziet er best wel 1980 uit. :)
700 mA is nog een voorzichtige schatting. Kan flink meer zijn, maar een enkele dikke tor moet lukken. Wil je er zeker van zijn dat die oudere wissels omgaan, dan is een CPU een idee, een dikke elco die bij schakelen in één keer ontlaadt.
Zelf bedenken blijft leuk. Hoewel de kans groot blijft dat je het wiel opnieiw uitvindt. Ook analoge systemen zijn met hun tijd meegegaan. Het al genoemde Dinamo is niet zo oud, werkt met hedendaagse electronica en is bedacht voor analoge banen. Ter inspiratie altijd goed om te bekijken, zie mijn eerdere link.
-
Ik had het idee, om de wissels met Zetex Low VCE Sat torretjes te doen. Ziehier de datasheet, deze mogen kortstondig tot 20A hebben (Ontwikkeld voor IGBT en Mosfet drivers zoals gevonden in industriële H bruggen. Als Vrijloopdiode een snelle Scottkey, Ook SMD om ruimte te besparen.
https://www.diodes.com/assets/Datasheets/FZT1049A.pdf
Met een kleine kleine weerstand in serie met de emitter van de tor denk ik een BC847 te gebruiken om een Logische 0 te maken vanaf de 5V rail. Je kan dan teruglezen dat er daadwerkelijk stroom loopt. Met wat TTL chips uit de 74 serie dacht ik de aansturing zo te ontwerpen dat nooit twee spoelen tegelijk aangestuurd kunnen worden.
De Dinamo heb ik bekeken, in principe wil ik de stuurprinten zo ontwerpen dat deze tot 25Khz kunnen schakelen. Hiermee heb je volgens mij genoeg bandbreette om digitale decoders aan te sturen.
-
Op een Arduino zit overigens geen PIC maar een ATMEGA.
Succes Frits
Verstuurd vanaf mijn SM-G920F met Tapatalk
-
Bespaar anno 2017 een hoop moeite en ga gebruik maken van de overvloed aan moderne reeds bestaande besturingssystemen.
Precies. Iets van "beter goed gejat dan slecht verzonnen" en iets met een wiel ;)
-
Hoi Florick,
Als het om elektronica aspect gaat snap ik dat je niet iets kant en klaar wilt kopen. Maar zelfbouw hoeft digitaal nog niet uit te sluiten. Daar dingen om bijvoorbeeld rekening mee te houden bij analoog:
- Je kunt geen andere functies in de loc aansturen. Geen zwaailichten etc. En normaal is stoppen dus ook licht uit etc. Zijn wel weer dingen voor te bedenken maar toch. (bijvoorbeeld permaloog)
- Synchronisatie van de PWM tussen de blokken. Zonder synchronisatie kan je trein versnellen zodra deze over een overgang gaat. Je PWM kan namelijk (in het slechtste geval) uit fase zijn. De trein ziet dan de som van beide duty cycle als de totale duty cycle.
- Digitale loc's hebben juist weer problemen met PWM, ook met 25kHz.
Je zou bijvoorbeeld ook juist digitaal kunnen doen en dan de uitdaging zoeken in het ontwerpen van een centrale en het maken van locdecoders.
Verder wat losse opmerkingen:
Arduino is inderdaad geen PIC ;) Ook al is het natuurlijk lood om oud ijzer of je voor ATmega, PIC of STM8 gaat.
Grote uitdaging, voor zowel digitaal als analoog, waar stop je de brains? Want dat is eigenlijk de grootste uitdaging. Wil je dat ook embedded hebben? Of wil je daarvoor software schrijven? Of wil je compatible zijn met bestaande software? Beetje dingen aanstuurbaar maken is niet zo lastig, het vervolgens werkelijk aansturen is andere koek.
[...] om te weten dat het erg handig kan zijn om voor een modulaire opbouw te kiezen. Ik zit momenteel aan een opbouw in 19 inch eurokaart rack te denken.
Dat vind ik een gekke conclusie... Modulair kan ook prima gedistribueerd. Het lijkt mij een aardige nachtmerrie om een beetje baan naar één centrale kast te trekken namelijk... :angel:
En waarom wil je bipolair sturen ipv een H-brug? Misschien heb je er een goede reden voor maar lijkt mij het alleen lastiger maken.
Stroomdetectie is goed mogelijk. De "standaard" methode binnen modelspoor is om dat over 1 of 2 diodes te meten.
Wat betreft wissel sturing, 700mA en tiende van een seconde lijkt me wat optimistisch... Ook lijkt me dat schema nodeloos ingewikkeld als je digitaal gaat sturen. Mosfet aan een digitale uitgang en gaan. De genoemde FZT1049A lijken me prima geschikt maar is niet echt jelly bean. IRF7313 of iets dergelijks is dat meer.
En wat nog zou kunnen doen om pinnen te besparen is de wissel multiplexen. Simpelste vorm pak je twee NPN/P-channels voor afbuigen of recht en dan een NPN/N-channel per wissel. Je schakelt dus afbuigen of recht transistor in en vervolgens puls je de wissel transistor die je wilt omzetten (of andersom).
Timo
-
Het lijkt mij een aardige nachtmerrie om een beetje baan naar één centrale kast te trekken namelijk... :angel:
Zo'n nachtmerrie is dat niet. Ik heb dat tot nu toe ook steeds gedaan. Het is een kwestie van inschatten hoeveel aansluitpunten je hebt en waar die ongeveer zitten. Dan leg je op voorhand vast een bundel draad, zonder dat je weet welke draad voor welk doel gaat dienen. Dat vul je later tijdens de bouw in. Je moet wel elke draad aan beide einden een nummer geven en een administratie bijhouden zodat je niet per ongeluk een nummer dubbel gebruikt.
En waarom wil je bipolair sturen ipv een H-brug? Misschien heb je er een goede reden voor maar lijkt mij het alleen lastiger maken.
Waarom zou dat lastiger zijn? Het enige lastige is dat je een dubbele voeding nodig hebt. Verder komt het neer op het common ground systeem wat b.v. Märklin en de Intellibox ook toepassen.
Zelf je elektronica ontwerpen is juist heel leuk. Je kan b.v. met rijwegkeuze werken in plaats van de wissels individueel te sturen. Met een drukknop kies je het startpunt van de trein en met een andere knop de bestemming. De wissels op die route worden dan automatisch goed gelegd. Je kan zelfs door de volgorde waarin je de knoppen indrukt de rijrichting kiezen.
-
Ik weet dat het naar een centrale kast ook kan. En sommig mensen (zoals jij Klaas ;)) zijn er erg goed in. Maar mijn ervaring is dat het een stuk warriger is op de lange termijn. Modulair gedistribueerd heeft mijn voorkeur.
Nouwja, lastiger. Lastiger omdat ik wel H-brug IC's ken en geen voor dubbele voeding. En wil je het zelf doen zal je de transistoren dus goed moeten sturen met een driver of een transistor stage. Geen rocket science maar toch. :)
Timo
-
Ik ben blij dat er nog zelfbouwers te vinden zijn!
Ik kom er vanavond op terug
-
Nouwja, lastiger. Lastiger omdat ik wel H-brug IC's ken en geen voor dubbele voeding. En wil je het zelf doen zal je de transistoren dus goed moeten sturen met een driver of een transistor stage. Geen rocket science maar toch. :)
Voor de boosters in mijn Permaloog systeem heb ik het schema van de Edits booster als basis gebruikt. En daaruit alles weggelaten wat ik niet nodig acht. Geen IC's, maar losse transistors. Inderdaad geen rocket science, en daarom juist eenvoudig.
-
Allereerst bedankt voor jullie bijdrage, initieel was ik een beetje teleurgesteld in het forum omdat, ik beweerde de kennis en kunde in huis te hebben om zelf iets te ontwikkelen. En Herhaaldelijk te horen kreeg dat ik het maar moest gaan kopen. Terwijl het juist de bedoeling is om zoiets zelf te ontwikkelen. Mijn bedoeling met het openen van dit topic was dan ook
Wat betreft het aansturen van wissels, ik dacht eraan om per Board 10 wissels aan te sturen, je gebruikt dan in principe 22/31 aansluitingen van de connector (Twee connectoren voor de geschakelde +15VDC) . Multiplexen is wel een goed idee, Je zou dan de + van alle wissels voor een board kunnen schakelen met een N kanaal mosfet, en de corresponderende laag met een low VCE 1049 tor. Nu zal je afvragen waarom geen Jellybean tor? Nou deze torretjes zijn erg goed, en we hebben er een groot aantal liggen. Daarbij zijn ze lekker makkelijk te solderen, en hoeven er geen gaten voor geboord te worden (Handig als er toch beslist wordt te etsen) De versterking van de torretjes is dusdanig hoog dat met minder dan 10mA enkele ampères schakelstroom geleverd kan worden.
Voor de aansturing van de Mosfet zou een To220 mosfet met een paar tientallen ampère schakelstroom en een redelijk lage RSDon voldoende moeten zijn, deze zou ik aan kunnen sturen met een high side mosfet driver. En de Aan -Tijd zou ik hardwarematig kunnen begrenzen met een 555s die een 200mS-1Sec hoog geeft (Met een potmeter instelbaar) en een flip flop die ervoor zorgt dat de 555 niet getriggerd kan worden door een continue hoog vanuit de Atmel. Dit zou dan je wissels enigszins beschermen tegen fout coderen.
Current limit zit vaak in een high side driver ingebakken. Ik zou eens moeten kijken wat er ligt, en anders wat de beste oplossing is, die drivers zijn verkrijgbaar vanaf iets meer dan een kwartje.
De Atmel zou je een binair adres toe kunnen wijzen door middel van een 4 polige dip switch. Waarna je deze met I2C zou kunnen aansturen. Ik moet nog wel onderzoeken of er een interface/driver nodig is om massa problemen tussen de kaarten te voorkomen. Ground loops tussen Digital ground en Analog ground kunnen voor veel problemen zorgen weet ik uit ervaring.
Qua micro, volgens mij zit er een Atmega328 op de Uno Boardjes die er liggen. Ik zou even moeten kijken hoeveel stroom de digitale outputs mogen schakelen, Als ik het goed herinner rond de 10mA max,
De baansturing zou ook met TO-220 Mosfets gedaan kunnen worden. TO220 heeft als voordeel dat de PCB dan ook door anderen gerepareerd kan worden. (TO220 pootjes krijg je met een weller en wat litze wel los) : Noot 15V schakelen met een Mosfet is niet zo heel spannend, gezien het feit dat er altijd een paar honderd milliOhm aan sense weerstanden en draad-connector weerstanden in serie staat met de Fet, is het erg onwaarschijnlijk dat een Fet door zelfs een directe kortsluiting kan overlijden. ( De Mosfet driver grijpt bij grote stromen in door de Fet snel af te schakelen.
Voor de baansturing aansturing zou het eigenlijk ook wel slim zijn om N kanaal mosfets te gebruiken (P kanaal mosfets zijn vaak slechter dan hun N tegenhangers) Voor de positieve sturing zou je dan ook high side mosfet drivers nodig hebben. De driver voor de -15V switch zal waarschijnlijk met een Optocoupler aangestuurd moeten worden.
Opmerkingen, toevoegingen of kritiek is van harte welkom!
-
Allereerst bedankt voor jullie bijdrage, initieel was ik een beetje teleurgesteld in het forum omdat, ik beweerde de kennis en kunde in huis te hebben om zelf iets te ontwikkelen. En Herhaaldelijk te horen kreeg dat ik het maar moest gaan kopen. Terwijl het juist de bedoeling is om zoiets zelf te ontwikkelen. Mijn bedoeling met het openen van dit topic was dan ook [...)
Dat is niet helemaal eerlijk Florick. In je tweede post geef je zelf al aan waar de schoen wrong. Als je het op een modelspoorforum over een vereniging hebt, dan denken mensen dat het om een modelspoorvereniging gaat. Als die vereniging een baanbesturing zoekt, dan is de vraag waarom dat zelfbouw moet zijn, een logische vraag. Het komt bij een modelspoorvereniging niet zo vaak meer voor dat de baanbesturing doel op zich is. Daarvoor is het aanbod te goed en te goedkoop geworden.
In je tweede post heb je meer duidelijkheid gegeven en sindsdien denken de meeste mensen met je mee. Veel succes en dat het draadje maar lekker lang mag worden. Genoeg mensen die zoiets leuk vinden en nog verstand van zaken hebben ook. Wel is het onvermijdelijk dat je zo nu en dan ter inspiratie en illustratie op bestaande wielen zal worden gewezen. :) Ook met een Arduino blijven de beginselen van de analoge baanbesturing hetzelfde. Enfin, daarom heb je ook hier aangeklopt.
-
Hoi Henk,
Daar heb je helemaal gelijk in.
Gr,
Florick