CMS Datenübertragung. 12V-Signal

Transkript

1 CMS tenüertrgung V-Signl Vom Computer ruht mn prllele Leitungen für en Aress/tenus un zwei Steuerleitungen für en Aressekoer. O ie Leitungen ls Aressen oer ten ehnelt weren, wir üer ie Steuerleitungen un en Aressekoer entshieen. Zum esten er Signlüertrgung ient s Fenster "Interfe" zw. "ruker", s Ergenis knn n en LE gelesen weren. Vom Computer (Interfekrte oer rukerport) weren - Aress/ten-Bits Steuerits prllel üertrgen. er oere eil er Shltung muß lso für jeen Anshluß vorhnen sein. Mit wir s Signl verstärkt, um einen Optokoppler zu treien. er Optokoppler trennt en Computer glvnish von er Steuerung, so ß keine höheren Spnnungen von ußen en Computer eshäigen können. ie Msse es Computers wir hier mit GN ezeihnet un ist von er Msse er Steuerung getrennt. verstärkt s üertrgene Signl, s mit er LE ngezeigt wir. High m Port steuert urh, wourh ie Optokoppler-LE leuhtet. urh s Liht wir er rnsistor es Optokopplers geöffnet un ie Spnnung n er Bsis es rnsistors liegt ei 0 Volt. er rnsistor leit her geshlossen, m Ausgng liegt High un ie Anzeige-LE leuhtet niht. Bei Low m Port ergeen sih ie umgekehrten Verhältnisse. ie Ports weren urh en Wierstn m Ausgng/Eingng uf High gespnnt. er rnsistor es unteren Optokopplers zieht en Eingng uf Low, wenn urh High m Sensorus geöffnet wir, woei uh ie untere Anzeige-LE leuhtet. Von en Sensorkrten knn ein High nur ei einer Afrge kommen, urh ie Softwre wir ei er Port uf Eingng geshltet. Beshäigung es Ports urh Softwrefehler wuren niht eohtet, offenr sin ie Ports kurzshlußsiher. ten/aressen Zu en Aresseingängen er Speiherenstufen un Sensorkrten Mit en Steuerits knn er Speiherinhlt un er Zustn er Ausgänge es Aressekoers (Multiplexer) gesteuert weren. ie rnsistoren ienen nur zur Ansteuerung er Anzeige-LE.

2 CMS Speiherenstufen Allen Ausgekrten ist ein Speiher vorgeshltet, in em ie usgegeenen ten gelegt weren. Aktiviert wir er Speiher urh ie Aresseingänge, n ie ie Ausgänge von is zu Aressekoern in fester Verrhtung geshltet weren können. s C-Glie stellt en Speiher ei Anlegen er Betriesspnnung uf Null. v Für Lihtsignle reihen 00mA-rnsistoren un für en Wehsel ot- Grün ein Bit. eshl wir uh s negierte Signl enutzt. BC k 00 Mit 00mA-rnsistoren können uh kleine elis geshltet weren. Zum Shutz er rnsistoren weren ie elis mit ioen in Sperrrihtung üerrükt. Eine LE-Anzeige m Griffene er Krte ist reht nützlih. BC - V Weihenshltspnnung grün Für stärkere Verruher weren A-rlington- rnsistoren enutzt. Bei inuktiven Lsten weren wieer Shutzioen ngeornet. Für ie ei Weihenntrieen ülihen oppelspulen-elis weren zwei Bit geruht. xk x00k xk rot shwrz z.b. oo-n-antrie B V 0k k V 0k k V 0k k - - U 00 U 00 U U 0n 0n U U U Betriesspnnung für Antriee - V M z.b. Pilz-Antrie Motor Wenn Motore gesteuert weren sollen, wirken OV-Brüken wie elektrishe Bremsen, ws für genue Positionen wihtig sein knn. Wihtig für ie Funktion ist, für Sorge zu trgen, ß ie positiven Eingngs-spnnungen unterhl er OV-Betriesspnnungen leien. Im Beispiel wir s urh Spnnungsteiler gewährleistet. ie Shltung wir mit zwei Bit etrieen. Bei untershielihen Eingngspegeln reht sih er Motor vorwärts zw. rükwärts, ei gleihen Pegeln wir er gestoppt.

3 CMS Sensoren Aresse 0 0 Sensor Sensorus Alle Sensor-Ereignisse weren üer orshltungen gefrgt, ie von er Aresse ktiviert weren. Wihtig ist ie Entkoppelung er Ausngänge zum Sensorus, n en lle Sensorkrten ngeshlossen weren, mit ioen. Üer Gtter mit Eingngstriggern können uh "shleihene" Kontkte gegen Msse erfßt weren, ie urh rnsistoren, mehnishe Kontkte oer C-MOS-Ausgänge gegeen weren. urh ein Monoflop können flkerne Kontkte unterrükt weren. k 0 0 Monoflop Mit en ngegeenen C-Werten ht s Monoflop eine Lufzeit von. s. er Kontkt es Sensoreingngs gegen Msse shltet s Monoflop uf High Erst wenn er Sensoreingng länger ls s uf High leit, kippt s Monoflop uf Low zurük. k k k k k M S O K µ* Monoflop 0n Wenn nur ein Eingng Kontkt geen knn, können urh Vorshltung einer ioenmtrix Sensorits gesprt weren 0 e 0k 0k 00n 0k k 0k () - () CA 0 () 0µ k Verstärker µ* 0k 0 Empfänger *ntlkonenstor M S O K µ* 0n rigger 0k 00k S 0k O K 0n 0n Sener x k ie Wehsellihtshrnke reitet mit mouliertem Infrrotliht. er Sener erzeugt mit einem imer ehtekimulse, mit enen ie Infrrot-LE etrieen weren. urh einen Fototrnsistor wir s Wehselliht im Empfänger in ehtekimpulse zurükverwnelt un im NF-Verstärker uf einen Pegel gerht, er in er Lge ist, s Shmitt-rigger-Gtter, s in uhe m High liegt, umzushlten. s nhgeshltete Monoflop hält en Ausgng uf High, solnge ein Signl eintrifft.

4 CMS Sensoren: Gleisesetztmelung Bei er eknnten Stromfühlershltung mit Optokopplern folger stellen iese Spnnungen em ifferenzverstärker weren zwei in eihe geshltete ioen enötigt, um einen für nieerohm ig zur Verfügung. ie Verstärkung es iffeen Betrie es Optokopplers usreihenen Spnnungsfll renzverstärkers wir üer ie Gegenkopplungswierstäne so zu erzeugen. ie Spnnung m Gleis verminert sih entspre- eingestellt, ß ie Ausgngsspnnung ei Stromfluß ie hen. Außerem muß er Fhrstromshlter mit einem Sperrspnnung er Z-ioen positiv oer negtiv üershreitet. kleineren Wierstn üerrükt weren, mit uh stehene Ohne Stromfluß liegt ie Ausgngsspnnung ei 0 V, ie Z- Fhrzeuge erfßt weren, ws ei leihtläufigen Fhrzeugen mit ioen unterrüken Offset-Proleme. Fulher-Motor zu Prolemen führt. ie Optokoppler steuern ein retriggerres Monoflop n. ie Funktion: Lufzeit es Monoflops liegt ei einer Sekune, mit wir eine ie Fhrspnnung wir en zu üerwhenen Gleisen üer flkerne Anzeige ei Kontktprolemen vermieen. er ntiprllel geshltete ioen zugeführt. ei fällt ei Ausgng wir üer ein Gtter gefrgt. urh ie ioe m Stromfluß üer en Lokmotor oer ie Wgeneleuhtung eine Ausgng weren prllel geshltete Ausgänge m Sensorus Spnnung von. 0, V. entkoppelt. Im geshlteten Zustn wir ein kleiner, für en Lokmotor zu Auf er Leiterpltte ist iese Shltung vierfh vorhnen. ie geringer Strom ufreht erhlten, inem einer er Gleis- Pltte knn uh ohne Computersteuerung enutzt weren. shlter mit einem Wierstn von. k üerrükt wir. ei wir s Afrgegtter uf High gelegt un ist somit Oftmls ist es nützlih, nur eile eines Gleises zu üerwhen, freigeshltet. ie Ausgngssignle hen einen Pegel von V, z.b. ie Gleisenen. nn knn mn s Gleis un s sollen er nur mximl is 0 ma elstet weren,.h. zur Gleisene mit emselen Shlter shlten un nur s Ansteuerung von LE, Lmpen, elis u.. sin Verstärker Gleisene wir üer ie GBM geshleift. vorzushlten. Wenn uf em niht üerwhten Gleisshnitt er eleuh- Bei CMS wir er Sensorus per Softwre perioish gefrgt. tete Wgen stehen, funktioniert ie GBM nur ei eingeshlteten Bei Verwenung es rukerports ht er Sensorus eine Breite Gleis. er Hilfsstrom fließt üer en nierigen Wierstn von Bit. Bei Verwenung einer Interfe-Krte können es Bit (Lmpen sin Kltleiter), ohne ie GBM zu erregen.wenn oer gr Bit sein. nn können mehrere Krten mittels einer uh ie niht üerwhten Gleise üer ioen ngeshlossen Aresse gefrgt weren. ie Afrgewerte können per weren,leit ein Spnnungsfll von 0,V m Verteilerpunkt Softwre uf vielfältige Weise verreitet weren. un ie GBM funktioniert wieer. ie Shltung funktioniert ei herkömmlihem Gleih- ie n en ioen gegriffenen Spnnungen liegen in er strometrie eenso wie ei Impulsreitensteuerung. Nähe er Fhrspnnung, ie üliherweise is zu V etrgen knn. Als Eingngsspnnung für en mit /- V etrieenen ifferenzverstärker sin iese Spnnungen zu hoh, eshl weren sie üer hohohmige Spnnungsteiler (:) verringert. ie nhgeshlteten Opertionsverstärker ls Spnnungs-

5 CMS Fhrstrom-System: Gleiskrten s Impulsreiten-Prinzip er Fhrstromsteuerung ietet neen en guten Lngsmfhreigenshften noh en Vorteil, ß es sih leiht vom Computer steuern läßt un keine mehnishen un elektromehnishen Buelemente ruht, ie eknntermßen störnfällig sin. er Im puls reite nfhr regle r est eht u s eine r vom Computer einstellren Zählshltung, ie Impulse im CMOS-Formt erzeugt. ie Gleisshlterkrten hen für jees Gleis eine eigene Enstufe, ie ie Impulse verstärkt un n ie Gleisshnitte shltet. ie Informtion er Fhrregler nur us er Impulsreite esteht, wir ei er Umshltung nur iese Informtion im CMOS-Formt umgeshltet, ws wieerum prolemlos per Computer geshehe n knn. ie Gleisshlterkrten ruhen neen er Geshwinigkeitsinformtion noh ie Fhrtrihtung, ie gesonert ls CMOS-Pegel gespeihert wir, zu ist eine Signlkrte gut geeignet. Freige ihtung Impuls, 0 0 BC BC k k k k Fhrspnnung B Gleis B Fhrspnnung - ie Fhrstromenstufen shlten ie gegenüer er Null- Shiene positive oer negtive Fhrspnnung im Impulstkt n s Gleis. er Fhrstrom ist gegenüer er CMOS- Betriesspnnung urh Optokoppler glvnish getrennt. Bei einer einfhen Gleiskrte, mit er Gleise nur geshltet weren, wir nur ie Freige im Eingngsspriher gelegt. ie Impulse kommen vom urh ie Verrhtung vorgegeenen Fhrregler, ie ihtung wir in einem System einer Signlkrte gespeihert. Bei einer Umshltkrte entsheien pro Gleis oer Bit, welhe Impulse zusmmen mit welher ihtung em Gleis zugeornet weren. Mit Bit knn zwishen Möglihkeiten umgeshltet weren, mit Bit zwishen. zu eignen sih Multiplexer 0 zw. 0. Freige Impuls ihtung 0 EB EA E E MUX Q E E E E E Q E EN 0 UEE 0 0 ten Aresse Impuls A B C EL EN IC 0 A B C E F 0 0 Mnhml, z.b. ei Shttenhnhöfen, ruht nur ein Gleis un nur in einer Fhrtrihtung eingeshltet weren. Mit Bit knn ein Impuls üer einen ekoer, er gleihzeitig ls Eingngsspeiher ient, uf einfhe Enstufen umgeshltet weren. s inverse Signl er Stellung 0 knn zur Steuerung einer Weneshleife enutzt weren. - B - FS C A 0 S 0 Astellnlge mit Weneshleife

6 CMS Fhrstrom-System: Fhrregler Zehner BC-Coe Einer BC-Coe Aresse 0 0 0n 000µ Frequenzumshltung C = n V n **f 0 E E EN EN 0p 0 0 E E EN EN 0 00k I O IS O K f = **C 0k 0n EP EEN 0 EV C 0 0 C 0 Ü Ü EP EEN 0 EV 0 EP EEN 0 EV A B C A B C C C C 0 0 C 0 e fg EN B I BO e fg EN B I BO Ü 0 0 Ü EP EEN 0 EV 0 x k, 0, 0 isplys mit gemeinsmer Kthoe, 0 0 k k Impuls Impuls er Fhrregler erzeugt Impulse mit einem Flipflop, s urh ie Geshwinigkeitsinformtion läßt sih urh ie eine einstellre Zählshltung un einen ktgenertor Softwre elieig steuern, wourh er Fhrregler für etrieen wir. er Computer legt ie ktuelle Geshwin- utomtishe Prozesse esoners geeignet ist. igkeitsinformtion im Eingngsspeiher. mit wir ie ie Impulse weren irekt un invertiert usgegeen, so wie Zählshltung voreingestellt un veränert entsprehen mn sie zur Ansteuerung er jeweiligen Gleiskrte gere s stverhältnis es Flipflops ohne Änerung er ruht. Frequenz. ie ktuelle Impulsreite, ie sih zwishen 0,% un,% stellen läßt, wir uf einem LE-isply zur Funktionskontrolle uf er Krte ngezeigt.

7 CMS Fhrstrom-System: Siherung C=µ BC 00 Bei Kurzshlüssen uf en Gleisen ist eine elektronishe Siherung unerläßlih. Sie shützt vor llem ie Enstufentrnsistoren er Gleiskrten. Ein erhöhter Strom ruft einen Spnnungsfll n en Ohm-Wierstänen hervor. Mit em Einstellregler knn ein eil von gegriffen weren, er üer Optkoppler ein Flipflop setzt. s Flipflop sperrt en Längstrnsistor un lösht ie LE-Anzeige. U B k 0k B BC Ausgng k 0k µ - BC k C=µ S 0 00 B BC BC Sensor s Flipflop knn nur üer ie ükstelltste wieer zurükgesetzt weren. ie Shltung funktioniert lso wie er gute lte mgnetishe Auslöser, nur viel shneller. Wenn viele Fhrzeuge gleihzeitig eingesetzt weren sollen, ist es rtsm, einige Gleisereihe in Gruppen mit einer eigenen Siherung uszusttten. er Zustn er Siherung läßt sih uh üer eine Sensorkrte frgen un somit im Progrmm verreiten. Zum Shutz er empfinlihen Spulen von Weihenntrieen knn ie Impulslänge per Softwre egrenzt weren, zu wir niht uneingt eine Hrwre geruht. Ausgng 0k µ 0 0 S k BC 0k Sensor

8 CMS Fhrstrom-System: Wlk-Aroun-Fhrregler Im Prinzip knn mn eine Zählshltung uh in einem - LE zur Anzeige eines Fhruftrgs Ferneienungsgehäuse unterringen un ih he s für - LE zur Anzeige er ihtung en ersten ngierregler uh gemht. Er ht zusätzlihe Allerings geht ie Üertrgung er Signle zur Steuerung Beienelemente: üer Kel. Für eine rhtlose Üertrgung ersheint Funk - eine ste für ie Fhrtrihtung m geeignetsten, zuml es ei Conr fertige Sene- un - eine ste zum Auslösen einer Hupe zw. einer Empfngsmoule (MHz) git. Allerings muß ie mpfpfeife Üertrgung ls Impulsfolge orgnisiert weren. eshl - eine Quittier-ste zur Aufheung er Fhrstrße weren hier sttt iskreter Logik Ein-Chip-ehner (PIC) - einen reistufigen Shlter zur Vorwhl er enutzt. es Stromerfes hler wir eim tterie- Beshleunigung etrieenen Sener ein LC-Moul enutzt. - einen reistufigen Shlter zur Vorwhl er Frequenz er Sener-PIC frgt ie sten, zeigt ie ktuellen Werte (rktionsrt) im Anzeigeisply un git ie Seneimpulsfolgen n en - LE-isply zur Anzeige er Geshwinigkeit Sener us. er Empfänger-PIC wertet ie eingehenen - je LE zur Anzeige er rktionsrt un er Beshleu- Impulse us, zeigt ie ten zur Kontrolle m Krtengriffene nigung n un stellt sie er Steuerung zur Verfügung. er Sener wir lso in einem Fernsteuerungsgehäuse untergerht, er Empfänger ist er eine normle Eurokrte. ie rktionsrt un ie Beshleunigung weren im Sener- PIC ei er Zählersimultion verwenet un ngezeigt, er er Zählerstn wir noh niht in einen Fhrreglerimpuls umgewnelt. er Empfänger-PIC zeigt en Zählerstn n un erzeugt rus ie Impulse für ie Gleiskrten. ie ihtungsinformtion muß niht in einer Signlkrte zwishengespeihert weren un geht, wie uh eim Hnregler mit Kelüertrgung, irekt n ie Gleiskrten. ie üertrgenen Signle er Quittiertste un er Hupentste weren mit zwei Eingängen einer Sensor--Krte verunen un üer ie Sensoruswertung wir ie Fhrstrße ufgehoen zw. ein Hup- oer Pfeifsignl usgelöst. Leiglih ie grüne Lmpe, ie ei er Kelüertrgung einen Fhruftrg nzeigt, läßt sih niht mehr relisieren, ie tenüertrgung nur in einer ihtung funktioniert. s muß nn een "fernmünlih" geshehen. Beie PIC können irekt in er Shltung gernnt weren.

9 CMS Lihtspiele mit Miroprozessor Hier wir nur ein kleiner PIC eingesetzt. Für umfng- reihere inge knn uh ein größerer yp mit mehr I/O- Pins enutzt weren. ie Ausgänge können hier Lsten is 00 ma steuern, zur Ansteuerung kleiner elis müssen ie rnsistoren wieer mit ioen in Sperrihtung geshützt weren. Mit externen Leistungstrnsistoren können uh größere Lsten geshltet weren. s Progrmm wir em jeweiligen Zwek ngepßt un knn jeerzeit geänert weren. er Prozessor knn in er Shltung gernnt weren. Auh für iverse Lihteffekte knn mn einen PIC vorteilhft einsetzen. Ih steuere mit zunähst s Lgerfeuer von Conr. Angeshlossen sin zwei Lämphen un Mini-LE. Per Zufllsgenertor weren ie Ausgänge heller oer unkler gestellt, so ß sih s typishe Feuerflkern ergit. ie Hrwre ist für ie vershieenen Anwenungszweke immer iesele. Eenso können mit Lihterketten n Krussells, Strßenmpeln, Bustellenlitze, rfllen, Shweißliht un neres gesteuert weren, unter Umstänen sogr mehrere inge gleihzeitig. Wie progrmmiert mn einen PIC? s Progrmm MPLAB IE ekommen Sie im Internet unter Hier finen Sie uh Anleitungen un Beispiele. Auf er Wesite wir er Einstieg uh für Anfänger erleihtert. Wenn Sie ie.sm-files meiner Projekte interessieren, itte per e-mil melen.

10 CMS igitl oer konventionell? CMS steht lso nur für s Leiterplttensystem, s zur Steuerung normler Moellhnrtikel un ähnliher Buteile ohne Lokekoer konzipiert ist. ie Steuerung reitet intern igitl, er sttt n Lok- un Wei- henekoer weren ie igitlen Informtionen n ie Ausge- oer Sensorkrten geleitet. ei können urhus uh in Einzelfällen ekoer im Spiel sein, wenn z.b. mehrere Funktionen für ein Spezilfhrzeug üer ie eien Shienen üertrgen weren sollen. Hierzu könnte mn ein ülihes igitlsystem enutzen, er mn knn uh einen "mßgeshneierten" ekoer mit einem Einhiprehner ufuen. Mn ist ei er tehnishen Ausführung niht n einen estimmten Üertrgungsoe geunen un ruht uh keinen Booster. ie Steuerinformtionen für en PIC können per Funk oer Infrrot üertrgen weren oer mn puffert ie PIC- Betriesspnnung un knn nn ie Steuerefehle seriell üer ie Gleiskrte üertrgen. Bei solhen ingen im Fhrzeug ist immer er Pltzerf kritish. Mn sollte weitgehen SM- Buteile verwenen un ie Shltung so gestlten, s er Bustein in einem speziell für usgelegten Brenner progrmmiert weren knn. Knn mn mit CMS uh igitle Anlgen steuern? Wer iese Frge stellt, ht whrsheinlih ie vielfältigen Möglihkeiten er freien Gestltung er Beienoerflähe in Visul Bsi gegenüer en fertigen Steuernwenungen vor Augen. Sie können CMS mit einer elieigen Progrmmiersprhe progrmmieren, vom C-Bsi is uro-c. Visul Bsi he ih gewählt, weil Bsi mir shon vom C her etws geläufig wr. Ähnlih wäre es in elphi, uh ie Billig-Progrmmiersprhe Profn ist, von Bsi her kommen, leiht zu eherrshen. Es soll sogr Leute geen, ie sih lieer mit en Unzulänglihkeiten un Fehlern von Profn herumärgern, nur weil es niht von Mirosoft ist! In Visul Bsi können Sie uh ie Impulsfolgen für en Booster eines igitlen Steuerungssystems generieren oer eine sogennnte Intelliox nsteuern. oh zu müssen Sie usreihen Informtionen üer iese Systeme smmeln. ie Ausführungen un Beispiele in VB weren Ihnen ei uh nützlih sein, ners läuft nur ie Ausgeroutine zw. ie Sensoruswertung.