Modeltreinen bestuurd met een MS-DOS XT: beschrijving besturing I

[René]

Grappig om zo'n oud besturingssysteem na 20 jaar nog eens te zien werken.
In 1993 heb ik ook eens een door de PC (ook een XT) aangestuurd systeem gebouwd op basis van de Motorola IC 145026 of 146027 (als ik mij niet vergis). Met een zelfbedacht interface kon dit IC met tristate ingang door de parallelle poort van de PC aangestuurd worden. Nog even een Basic programmaatje bij geschreven en de baan kon bestuurd worden.

[Bart Sanders]

Voorbeeld: stel dat Set Speed Memory op 8 staat, dan gaat de H-brug aan voor de tijd die hoort bij het tellen van 0 t/m 7 door de "teller" C0-C3.

  ... van mijzelf.

Foutje,  , en maakt niet uit voor de werking, maar toch, hier moet staan:

Voorbeeld: stel dat Set Speed Memory op 7 staat, dan gaat de H-brug aan voor de tijd die hoort bij het tellen van 8 t/m 15 door de "teller" C0-C3.

Ik heb de tekst aangepast in deel II.

[Bart Sanders]

Nog even een Basic programmaatje bij geschreven en de baan kon bestuurd worden.

Deze posting brengt mij ertoe om eerst even een uitstapje te maken naar de software kant en met name wat de bedoeling is van deze besturing op die oude MS-DOS XT.

Het hoofddoel is een modelbaan waarbij (tot nu toe) maximaal drie dienstregelingen automatisch worden afgewerkt. Het is dus niet de bedoeling om via de PC een aantal "knopjes" te hebben waarmee de treinen, wissels, seinen e.d. met de hand kunnen worden bestuurd.

Elke dienstregeling wordt "afgebeeld" op een van de maximaal drie modeltreinen die op de baan tegelijkertijd rijden. Deze dienstregeling moet met een korrel zout worden genomen v.w.b. het op tijd rijden. Dat element is helemaal niet aan de orde. Zou ook heel moeilijk worden op een druk bezet spoor, waar treinen vooral veel op elkaar moeten wachten omdat er altijd spoordelen zijn die door deze treinen moeten worden gedeeld.

Wél aan de orde is dat elke dienstregeling een lijst is van welke baanvakken moeten worden afgelegd, in welke richting en met welke snelheid. Daarbij kan ook nog worden bepaald of een trein in een baanvak stilstaat en voor hoeveel seconden, of dat een trein in een baanvak een aantal seconden met een bepaalde snelheid rijdt. Met dit laatse kun je dan bijv. een langzaam afremmen of versnellen programmeren voor een realistische aankomst of vertrek.

Deze dienstregeling staat in een simpel tekstbestand met uiteraard een vastgelegd formaat, bijvoorbeeld:
1 0 5     0 R    <--- trein rijdt in blok 1, richting 0, snelheid 5 en rijdt door het blok
3 0 5     1 W   <--- trein trein rijdt in blok 3, richting 0, snelheid 5, doet dat 1 seconde
3 0 3     1 W   <--- trein trein rijdt in blok 3, richting 0, snelheid 3, doet dat 1 seconde
3 0 1     1 W   <--- trein trein rijdt in blok 3, richting 0, snelheid 1, doet dat 1 seconde
3 0 0   10 W   <--- trein trein rijdt in blok 3, richting 0, snelheid 0, doet dat 10 seconden
enz.

De software zal tijdens de initialisatie deze max. drie tekstbestanden (= dienstregeling) uitlezen en in de interne datastructuur opslaan. Vervolgens worden de max. 3 treinen gestart met de instructie uit de 1. regel van de dienstregeling.

Voordat ik beschrijf hoe e.e.a. dan verder gaat, is er nóg een tekstbestand belangrijk. Er moet aan de software ook kunnen worden verteld hoe de spoorbaan precies in elkaar zit. Welk baanvak heeft wissels, op welk(e) baanvak(ken) sluit dat wissel aan, zitten er vaste stopplaatsen in een baanvak? Ook dat wordt in een tekstbestand in een bepaald formaat door de gebruiker vastgelegd. Tijdens de initialisatie wordt voor elke dienstregeling in de datastructuren dus ook vastgelegd hoe de fysieke layout er precies uitziet voor die dienstregeling. Uiteindelijk moet automatisch een wissel in de juiste stand worden gezet, of moet er actief gekeken worden of een locomotief een stopplaats bereikt heeft.

Nu is in principe alles bekend en kunnen de drie dienstregelingen worden gestart. Voor de software zijn dat max. drie (quasi) parallel lopende taken. Taak1 beheert dienstregeling1 enz. Vanuit de dienstregeling bekeken moet een trein zeg maar van A naar B zien te komen. Elke taak heeft natuurlijk diezelfde opdracht. En we weten dat op elke spoorbaan er altijd baanvakken te vinden zullen zijn waar meerdere dienstregelingen gebruik van maken. Dus, de taken komen "ergens" met elkaar in conflict: twee treinen willen beide één baanvak inrijden. Of, het volgende baanvak is nog bezet.

Het ontwerp van de software kent alle toestanden waarin een trein per baanvak kan voorkomen. De taken zijn dus "toestands-gedreven". Voorbeelden: een trein A wil een baanvak inrijden, maar daar rijdt of staat trein B, stoppen en wachten dus. Of, trein A wil een baanvak inrijden en trein B wil hetzelfde, het toeval bepaalt nu welke trein de eerste is en die rijdt dat baanvak in, de andere moet stoppen totdat het aangepeilde baanvak weer vrij is. En zo zijn er nog een aantal toestanden die tot bepaalde besluiten volgen, zodanig dat de dienstregeling kan worden afgewerkt.

Het resultaat is een altijd wisselende reeks van "horten en stoten" als de treinen elk van A naar B proberen te komen en meestal ook weer terug, van B naar A.

Hier duiken heel interessante verschijnselen op: treinen die op elkaar kunnen staan te wachten komen in een "deadlock" terecht en dat moet ook weer worden voorkomen. Oplosbaar met "prioriteiten": een sneltrein heeft voorrang op een boemeltrein - of andersom!

Bovenstaand overzicht is niet meer dan dat, een globale indruk van wat de software te doen heeft. Zelfs op een heel eenvoudige modelbaan zoals op de video te zien is, leidt dat al tot heel realistisch modeltrein gedrag.

De volgende keer iets over de wisselkaart en de stopplaats bepaling.

[Patrick Smout]

Dag Bart,

Op deze site kan je wel wat ideeën voor de software opdoen http://wwwis.win.tue.nl/tallis/.
Een deadlock preventie algoritme kan je vinden in de paper "Modeling Train Movements Through Complex Rail Networks", hoofstuk 4 Deadlock-free routing van Quan Lu en Maged Dessouky.
Uren programmeerplezier gegarandeerd (ik hoop ooit nog eens m'n baan af te werken  )

mvg,

Patrick Smout

[Bart Sanders]

Hallo Patrick,

Op deze site kan je wel wat ideeën voor de software opdoen...()

Zou die TUE opstelling nog bestaan? Komt in elk geval dicht in de buurt van wat ik aan het doen ben. Alleen is mijn baan nog véél......... kleiner    Ik ben al eens gaan lezen in de documentatie en een ding bevalt me al: ergens wordt er over een dual blok gesproken. Dit is een bloktype waar treinen van beide kanten in kunnen rijden en uiteraard ook een shared blok voor de diverse spoorboekjes/treinen. Dat idee pik ik zeker op, want daarmee kun je beter de toegang tot een dergelijk dual blok regelen. Ik ga beslist nog verder lezen en het (ik neem aan) boek waar je naar verwijst ga ik ook opzoeken.

Groet!

Bart

[Patrick Smout]

Bart,

Geen idee of de layout van TUE nog bestaat. Heel veel universiteiten hebben layouts. De univ. van Kiel bvb. heeft een layout die ze besturen met petri netwerken.
Het concept van de dual blocks van TUE is niet verkeerd. Ik heb het idee in mijn software aanvankelijk ook overgenomen, echter ik ben nadien overgestap op het concept van poorten en nodes zoals het beschreven staat in figuur 2 op pagina 8 in de paper waar ik naar verwijs. Dit werkt gewoon een stuk handiger, de software zit veel logischer in elkaar en veel minder kans op fouten. Ik zou zeggen, ga voor poorten en nodes. Heel veel stukken van van mijn code zijn nog altijd gebaseerd op code van de TUE. Blijft de moeite waard.

mvg,

Patrick

[Bart Sanders]

Hoi!

Het heeft even mogen duren, maar hier gaat het verhaal rond mijn "homebrew" treinbesturing weer verder 

Zoals al verteld is de baan in 1992 opgeborgen en ik was toen net begonnen aan de zgn. Wisselkaart. Zoals de naam al doet vermoeden, de electronica op een Eurokaart waarmee de wissels bestuurd kunnen worden. En dat ontwerp was toen nog lang niet klaar. Dus, hier pikken we dat verhaal weer op en de laatste maand ben ik 's avonds druk doende geweest om deze ontbrekende schakel in een volwaardige treinbesturing nu wél te realiseren.

Nog staat alles op een prototype-board en het sterft van de draadjes en dergelijke, maar de zaak werkt inmiddels naar volle tevredenheid. Sommigen onder jullie zullen nu misschien wel denken "dat kan toch allemaal niet zo moeilijk zijn!" en dat klopt ook.

Echter, de Wisselkaart is maar voor de helft een kaart die de wissels aanstuurt, voor de andere helft is het ook de electronica die de signalen teruggeeft als de locs over een positie-sensor rijden. Dus, deze kaart is eigenlijk "Wissel- en positiesensor kaart" of zo. Maar, dat is mij te lang, dus "Wisselkaart".

Hier eerst het globale schema:


Als je ongeveer in het midden een streep trekt dan vormt de bovenste helft de wisselaansturing en de onderste helft zorgt voor de positieterugmelding.

De wisselaansturing is recht-toe-recht-aan. Een wisseladres van 0 t/m 7 en een "rechtdoor" of "afslaan" bit (hier D4o) met wat selectie- en strobe- logica zorgen voor de keuze van het juiste wissel. Met behulp van ULN2003 drivers wordt geschakeld. En omdat er wissels bestaan met automatische afslag en wissels zonder afslag en er dan ook nog exemplaren zijn die wel automatisch zijn, maar dat niet meer goed doen, een "power on timer" die de 18V voor ca. 200 msec op het gewenste wissel zet. De goede lezer zal opvallen dat er 7 wissels kunnen worden aangestuurd en nog een electromagnetische functie met één spoel. Voorlopig zijn 7 wissels bij mij genoeg. En anders kan er nog een kaart worden bijgezet die met de selectie KSx wordt gekozen in het kaartrek.

Wat mij veel meer gepuzzel en geprobeer heeft gekost is de positie-terugmelding.

Allereerst even vertellen welke "sensoren" ik gebruik. Omdat het zo mooi ouderwets is maar ook heel simpel is, wil ik voor Fleischmann locs de Fleischmann Contact Rail (FCR) gebruiken. Fleischmann heeft al minstens sinds ik mijn eerste trein kreeg van mijn ouders een "paddestoeltje" onder elke locomotief. Dat is een in- en uitverend contactje dat de motorspanning van dat ogenblik op de contactrails zet. Oorspronkelijk bedoeld om daar een sein, een wissel of een relais mee te besturen. De FCR is uit het midden van de rails geplaatst net zoals het paddestoeltje. Daarmee kun je al twee treinen op één plek "iets" laten doen. Enfin, ik vind dit een mooi systeem, dus dat is één sensortype.

Nu gebruik ik ook ROCO locs en die hebben deze contructie niet. Daarvoor gebruikt ROCO een magneetje dat onder de loc wordt gelijmd. Met een reed-relais of een hall-effect transistor zijn daarmee positie-sensoren te maken. Je zou je ook nog optische sensoren kunnen voorstellen, zo lang er maar een puls tussen 3 en 18 Volt afkomt, dan merkt de ingang van de wisselkaart dat er iets gebeurt.

Een optocoupler zorgt voor de veilige scheiding van de "ruwe" treinwereld met spanningen van tot 18 Volt en de "beheerste" TTL-wereld in de electronica. Op dit moment worden 8 positie-sensoren onderscheiden. Elk sensorsignaal wordt in een één-bit geheugen opgeslagen. Het heeft even geduurd voor ik deze stap heb gezet.

Ik ging er lang van uit, dat de software snel genoeg zou zijn om elke sensor op tijd "af te vragen". En dat bleek toch niet het geval te zijn. Vaak lukte het wel, maar bij drie treintaken die tegelijkertijd hun spoorboekje aan het afdraaien zijn, bleek er toch te vaak een sensorsignaal te worden gemist. En dan is een FCR nog best lang met ca. 50 mm. Een Hall-effect transistor heeft een meetgebied van ca. 4 mm en dan houdt het wel op. Dus op een aantal meters spoor wordt in het laatste geval een signaal gemaakt dat minder dan 4 promille van de tijd aanwezig is. Zo bekeken eigenlijk best logisch dat de sofware dan simpelweg te vroeg of te laat is met het afvragen van een sensor.

De oplossing is dan eenvoudig, het signaal moet worden opgeslagen. Dan weet de software dat een loc op die positie is of kortgeleden was. Met behulp van een 8-naar-1 selectie worden dan de sensorsignalen uitgelezen.

Maar, we zijn er nog niet helemaal. Als een loc succesvol qua positie is geregistreerd, komt er ongetwijfeld weer een volgend moment waarop een nieuwe positie op dezelfde plek moet kunnen worden gedetecteerd. Bijvoorbeeld omdat diezelfde loc er weer is, of een andere loc ook over dat blok en dus die sensor moet rijden én moet worden "gezien".

Ik heb gekozen voor een oplossing waarbij de software verantwoordelijk is voor het resetten van het positiegeheugen. Dan heb je maximale vrijheid en kun je met elke sensor verschillende dingen doen of meten.

Dat geheel werkt nu naar volle tevredenheid en er wordt geen positiesignaal meer gemist. Wel zo handig als een trein keurig moet stoppen op een kopstation en niet door het stootblok dendert....

Het simpele feit dat er nu ook binnen een blok kan worden gezien waar de trein binnen dat blok is, introduceert in de software weer nieuwe uitdagingen, maar ook nieuwe mogelijkheden. Je kunt het gebruiken als signaal om netjes af te remmen en te stoppen (bijv. kopstation of doorgangsstation). Maar je kunt een blok er ook in twee secties mee opdelen. Op basis van tijdmeting (baanlengte = snelheid x tijd) kunnen dan interessante toepassingen ontstaan.

Enfin, op dit moment ben ik de software aan het uitbreiden met een nieuwe toestand (state) in mijn "state driven" software. Naast de treintoestanden "blok bezet: trein rijdt" of "blok bezet: trein wacht" komt er een derde toestand bij, nl.l. "blok bezet: trein stopt". Deze state laat het dan bijv. toe om binnen een blok precies op een gewenste plaats te stoppen en van richting te veranderen. Zie wederom het voorbeeld van een kopstation voorzien van een positiemelder. Mijn nu "oude" methode met tijdmeting blijft  bruikbaar voor hetzelfde doel, maar gevoelig voor de lang niet altijd constante snelheid van de locomotief bij een bepaalde snelheidsinstelling. Door warmte- of andere effecten loopt de loc dan toch te ver door of komt niet ver genoeg.

Daarover later meer!

[De Stoker]

Leuk om te lezen, ben met een vergelijkbaar project bezig ook met een PWM maar dan in een microcontoller (PIC16F628A)

Op de video rijden de treinen erg strak voor een analoog systeem.

Gebruik je de PC als micro controler? of ook als interface om bv wijzigingen in de dienstregeling aan te passen?

Moet de topic nog goed door lezen want het is wel erg interessant

[Bart Sanders]

Op de video rijden de treinen erg strak voor een analoog systeem.

Gebruik je de PC als micro controler? of ook als interface om bv wijzigingen in de dienstregeling aan te passen?

Hallo!

En die video is nog maar het begin, of beter het laatste van wat ik begin 90-er jaren had ontwikkeld. Nu, een winter verder moet je de volgende video maar even afwachten. Er zit nu een "speed ramp" functie in die wordt aangeroepen als de loc een positiedetector bereikt. Mooi langzaam afremmen of versnellen en volledig tekst-tabel gestuurd: Voor elke discrete snelheid (16 stappen in totaal) wordt de bijbehorende doorlooptijd voor die snelheid in deze tabel geschreven in units 1/18.2 sec (waar zou dát nou vandaan komen? Kom op MS-DOS experts.... ) Straks krijgt elke loc zijn eigen speed-ramp tabel die is afgestemd op die loc. Een ROCO BR01 met vliegwiel in de motor moet anders worden aangestuurd dan een kleine Fleischmann BR89.

De PC bevat alle low-level HW-interfaces en daarbovenop de dienstregeling software.

Lees inderdaad al mijn bijdragen in dit draadje erop na, dan heb je het complete beeld.

Ik ga nu de laaste HW ontwikkeling op een Eurokaart solderen en dan is de HW in principe klaar. Nou ja, voor een tijdje dan....

Groet!

Bart

[De Stoker]

Ik ga je draadje zeker volgen.
Wil in de toekomst ook naar een soort gelijk systeem, weet nog niet precies hoe en wat voor mij werkbaar is.
Het maken en ontwikkelen van iets dergelijks vindt ik het leukst.
Op dit moment ben ik een proef opstelling aan het maken voor wat ik noem een PWM trafo, met een start en af rem functie in de "trafo" zelf, kan ook hand matig en een beveiliging dat je de rij richting niet maar zo om kunt gooien.

[MichaelArends]

Zwarte schermen met groene letters.. blijft mooi. Leuke draad om te volgen !!

gr Michael

[Bart Sanders]

Beste lezers van dit draadje,

Ik weet niet of na 6 maanden deze forum-SW nog e-mails verstuurd als er weer eens iets wordt geschreven in een thread die net zo lang inactief is geweest...., maar proberen gaat boven studeren.

De "R"-zit weer in de maand en na allerlei zomerse activiteiten ben ik weer vaker op de bovenste verdieping bij mijn (kleine) modelbaan te vinden.

Beschouw dit maar als een "logged in" boodschap. Veel valt er nog niet te melden. Behalve dat: de wissels nu toch hun eigen voedingsspanning krijgen (20,5V uit een oude geschakelde voeding voor een laptop) en de treinen nu met een PWM-spanning van 15 Volt worden bestuurd, i.p.v. voorheen ca. 20 V. Daarmee kan ik fijnere stappen in de PWM-sturing maken. Ruwweg van 0 - 10 i.p.v. 0 - 6 met dezelfde eindsnelheid. Een nog mooier rij- optrek en afremgedrag als resultaat.

De wisselkaart is nu echt wel rijp om op een Eurokaart te worden gezet, mijn 4 stuks 90x90 cm tafels worden opgebouwd en dan kan er weer een serieuzer baanontwerp worden aangelegd.

De huidige testbaan zal ik eerst nog even op video vastleggen, waarop dan ook het start- en stopgedrag te zien zal zijn.

Omdat ik in het baanontwerp van de nieuwe baan, ook een engels wissel heb gepland, ben ik nu zo'n ding aan het testen. De vraag die ik nu uitzoek is: hoe moet je zo'n ding besturen met een blok-systeem? Het is een Fleischmann "zelf"-denkend exemplaar: rechtdoor zijn de twee kruisende sporen electrisch gescheiden, afslaand wordt het traject door de wissel electrisch in twee delen geknipt. Enfin, daar kijk ik nog naar.

O ja, nog een tip - die iedereen in dit forum beslist al kent - de nieuwere Fleischmann wissels hebben een afneembare electromagnetische aandrijving met eindafslag. Op zich mooi, geen verbrande spoeltjes meer..., maar door ouderdom en nalatende veerspanning in een belangrijk schakelveertje, doen die dingen het dan toch niet meer betrouwbaar. De oplossing: mits je een wisselsturing hebt met ingebouwde afslag (ofwel een kort stuurpulsje voor wissel-om) kun je het beruchte veertje er ook uithalen. Door enkele punten door te verbinden krijg je een oerbetrouwbare wisselaandrijving, net zoals die oude electr. wissels uit de 60-er  en 70-er jaren van Fleischmann...

Plaatje van een verbrandde en gerepareerde wissel, let op het rode draadje:


Dus, weer een hoop te doen!

Stay tuned..... 

Bart

[De Stoker]

Ik ben met hetzelfde bezig!
Mijn wissel aandrijving is ook niet je van het en het ontkoppelen wil niet, Zoals je ziet werkt de "herinneringen" nog.
Ik ben inmiddels van het zelf ontwerp afgestapt, ik vindt het erg interessant maar moet nog te veel leren en te weinig tijd om het tot een succes te maken. Zie daarvoor ook mijn draadjes,
Ik heb van Dirk Meyer een beschrijving gekregen om die aandrijvingen aan te passen, erg handig

[Bart Sanders]

Beste allemaal,
Zoals in mijn laatste post aangekondigd, hier enkele bewegende plaatjes:



Deze video laat zien hoe een loc bij wegrijden zijn snelheid geleidelijk aan opvoert en bij het bereiken van een stoppunt (hier een Fleischmann Contact Rail) de snelheid geleidelijk aan terugneemt. Er zijn hier twee FCR gebruikt en daartussen pendelt de loc heen en weer. Er wordt gebruik gemaakt van een tekst-bestand waarin voor elk van de 16 snelheidsstappen in de PWM genoteerd staat hoeveel miliseconden elke stap duurt. Het hangt zeker samen met de motorconstructie. Dus, straks krijgt elke locomotief zijn eigen "snelheids-opvoer-tabel", ofwel speed-ramp.

O ja, het betreft hier een apart C-programmaatje, om e.e.a. te testen. De integratie in het treinbesturingsprogramma moet voor een deel nog gebeuren.



Hier zien we het treinbesturingsprogramma aan het werk, dat nu al wel de stopplaatsen kent (dit zijn ofwel FCR ofwel reed-relais voor ROCO locs) en bij een stopplaats ook al de loc geleidelijk laat afremmen. Dit op basis van de al beschreven speed-ramp tabel. Het optrekken gebeurt op twee manieren: ofwel plotseling, ofwel via een in de route-tabel staande instructie om stap voor stap de snelheid te laten toenemen m.b.v. wachtlusjes. Dat is nu een kunstgreep en moet straks ook via de al genoemde speed-ramp tabel verlopen.

Enfin, hierna wordt dit testbaantje afgebroken en wordt een nieuwe layout opgebouwd. Maar, eerst de wisselkaart (die ook de positiedetectie doet) op een Eurokaart opbouwen. Ben ik tenminste van de straat....

Bart

[gvandersel]

Bart,

Als ex HCC!m rijder volg ik je natuurlijk. Daarom op deze vraag een tip/antwoord:

Omdat ik in het baanontwerp van de nieuwe baan, ook een engels wissel heb gepland, ben ik nu zo'n ding aan het testen. De vraag die ik nu uitzoek is: hoe moet je zo'n ding besturen met een blok-systeem? Het is een Fleischmann "zelf"-denkend exemplaar: rechtdoor zijn de twee kruisende sporen electrisch gescheiden, afslaand wordt het traject door de wissel electrisch in twee delen geknipt. Enfin, daar kijk ik nog naar.

Je engelse wissel zal een eigen blokbesturing moeten krijgen Soms kun je nog een paar wissels aan dit blok toevoegen, maar het is niet anders.
Succes,

Groet,

Gerard van der Sel.