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 via einer RS-232 und werden nachher 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 gleichzeitig in beide Richtungen kommuniziert werden kann. Anfangs sollte das System auf der gesamten Anlage eingesetzt werden, dies stellte sich jedoch ziemlich schnell als eher schlechte Idee heraus. Momentan wird das System noch innerhalb der Ladestation zur Kommunikation mit der Schrittmotorensteuerung eingesetzt, jedoch nicht mehr weiter ausgebaut.

Neue Zentrale für den Analgen-BUS

Bisher wurde der Anlagen-Bus(RS-485) über eine RS-232 zu RS-485 Wandler an den Steuerungscomputer angeschlossen (siehe oben).

Dies führte unter anderem zu grossen Timingproblemen auf dem BUS. So musste zwischen zwei Datenpaketen immer ein grosser Sicherheitsabstand eingehalten werden, damit diese nicht kollidieren. Die effektive Übertragungsrate, besonders bei bidirektionaler Kommunikation, wurde durch diesen Umstand stark verringert.
Die neue Zentrale soll dieses Problem beseitigen.

Ausgestattet mit einen ARM Corex-M3 mit 100MHz Taktfrequenz als Kern und einem 240*320 Pixel Touchscreen zur Bedingung und LAN für die Kommunikation.

Zusammen mit der neuen Zentrale wurde auch ein neues Protokoll eingeführt. Das alte System erzielte zwar schon gute Ergebnisse, es gingen jedoch immer wieder mal ein Befehl verloren.
Das neue Protokoll hat eine Fehlerkorrektur und zusätzlich wurde die Übertragungsrate von 115.2k Baud auf 250k Baud erhöht.

Das 32 Kanal PWM-Lichtmodul

Dieses Modul ermöglicht die individuelle Ansteuerung von bis zu 32 Lampen. Diese sind dimmbar und es können diverse Blinkmuster definiert werden.

Das 8-Kanal PWM-Erweiterungsmodul

Um die Beleuchtung in den Fahrzeugen zu steuern, wurde ein kleines Modul entwickelt. Dieses erlaubt es 16LEDs verteilt auf 8 Kanälen 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 wird I2C verwendet.

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.


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