Computergestützte Ansteuerung digitaler Eisenbahnanlagen

Transkript

1 Computergestützte Ansteuerung digitaler Eisenbahnanlagen Märklin Digital Paul Römer

2 Agenda 2 Märklin & Märklin Digital Wissenswertes Bedienelemente Ansteuerung Steuercomputer Interface und Digitalstrom Digitalsignale Rückmeldekanal Zeitverhalten Software Quellen

3 Märklin Digital Wissenswertes 3 Geschichte 1984 auf den Markt gebracht erstes, allgemein verfügbares, digitales Modellbahnsystem Funktionsumfang gleichzeitiger Betrieb von 80 Lokomotiven 5 Funktionen pro Lok Licht, Rauch, Telexkupplung, Fahrgeräusch, Lokpfeife etc. Rückmeldekanal für Sensoren Ansteuerung von 256 Magnetartikeln Weichen, Signale andere Verbraucher (Lampen, Motoren) Steuerung der Anlage mittels PC über Interface

4 4 Ansteuerung

5 Märklin Digital Steuerpult Manuelle Steuerung 5 Memory Keyboard 1&2 Central Unit Control Unit Interface

6 Märklin Digital Steuerpult Digitale Steuerung 6 Central Unit Interface 6050 Schnittstelle zum Computer Central Unit 6021 Erzeugung des Digitalstroms Interface

7 Ansteuerung Grober Aufbau 7 PC mit Steuersoftware Central Unit PC Interface RS232 Digitalstrom I2C RS bd 300B/s Interface Umwandlung von RS232 zu internem I2C s88 Rückmeldemodul Gleissystem - Lok - Decoder

8 Steuercomputer Plattform 8 Steuercomputer - x86 - Ubuntu Linux 8.04 mit RTAI Anpassung - C/C++ mit Qt - RTAI Klassenbibliothek - Kommunikation über serielle Schnittstelle - Threadimplementierung Eisenbahnansteuerungssoftware RailRoadControl

9 Grober Aufbau 9 PC mit Steuersoftware PC- Interface RS232 Central Unit Digitalstrom I2C Gleissystem - Lok - Decoder s88 Rückmeldemodul

10 Märklin Computerinterface 6050 Schaltplan 10 Märklin Computerinterface

11 Kommunikation auf dem Gleis Teilnehmer 11 Märklin Interface Lok(-decoder) Motorola-Schaltkreisfamilie MC Magnetartikel (Solenoide) über Decoder Weichen Signale Kommunikationsmodul zu Fischertechnik Spezialartikel Kran usw.

12 Märklin Computerinterface 6050 Schaltplan 12

13 Kommunikation auf dem Gleis Lokdecoder 13

14 Kommunikation auf dem Gleis Lokdecoder 14

15 Kommunikation auf dem Gleis Gleisstrom und Digitalsignale 15 Rechteck-Spannung bei ±20 Volt Periodendauer: 0.2ms 5000Hz Übertragungsprotokoll Impulsfolgen (Binär/Trinär) Befehlsfolge: 9 Bits Adresstrits Datenbits Befehlsfolge wird doppelt übertragen ein Befehlssatz besteht aus 18 Impulsen 4 Adresstrits 34 = 81 Adressen 5 Datenbits 25 = 32 Informationen Geschwindigkeit, Licht, Sonderfunktion,...

16 Kommunikation auf dem Gleis Ternärsystem 16 Stellenwertsystem zur Basis 3 Setun-Computer aus Russland rechnet mit ternären Zahlen (1958) gewöhnliches Ternärsystem: 0, 1, 2 balanciertes Ternärsystem: 0, 1, -1 Dezimal Binär Ternär Ternär (balanciert)

17 Kommunikation auf dem Gleis Beispielbefehl 17

18 Kommunikation auf dem Gleis Zeitverhalten (1) 18 Übertragungsgeschwindigkeit Takt an Transmitter MC Pin 11 Länge des DoppelImpulspaketes Übertragungsgeschwindigkeit: Weichendekoder Lokdekoder 38,480 (k)hz 19,230 (k)hz 4,4 ms 8,8 ms 4810 Bit/s 2405 Bit/s

19 Kommunikation auf dem Gleis Zeitverhalten (2) 19 Szenario Weiche schalten Positionsbefehl schreiben (branch/straight) Warten Magnet ausschalten Worst-Case-Befehl 4,4 ms + 50ms + 4,4 ms = 58,8ms

20 Kommunikation auf dem Gleis Oszi 20

21 Kommunikation auf dem Gleis Oszi 21

22 Kommunikation auf dem Gleis Oszi 22

23 Kommunikation auf dem Gleis Oszi 23

24 Grober Aufbau 24 PC mit Steuersoftware PC- Interface RS232 Central Unit Digitalstrom I2C Gleissystem - Lok - Decoder s88 Rückmeldemodul

25 Rückmeldekanal 25 Einfaches Schieberegister MC14044BCP 16 Anschlüsse für Sensoren 2Byte Daten Maximal 31 Decoder am Interface Auslesen Polling-Betrieb Lesekommando schreiben, warten, Daten lesen 8-Bit Static Shift Register

26 Rückmeldekanal Zeitverhalten 26 Ausleseszenario 3 s88-decoder Polling-Betrieb Auslesedauer ~ 60ms RS232-Geschwindigkeit 2400bd = 2400Bit/s = 300Byte/s mit 2 Stoppbits 225 Byte/s 6 Byte pro Auslesen theoretisch 37 Mal/sek. 27ms Periodendauer Hohe Auslesedauer durch Interface bedingt

27 27 Software zur Eisenbahnansteuerung

28 Software zur Eisenbahnansteuerung Ziele 28 Transport von Werkstücken zwischen Fischtechnik und Lego Kommunikation zu Fischertechnik über spezielles Relais zu Lego mit Hilfe von Bluetooth Standardsteuerprogramm steuert eine Lok Integration in das DCL einfache Überwachung der Nutzerprogramme

29 Software zur Eisenbahnansteuerung Gleisnetz 29

30 Software zur Eisenbahnansteuerung Zu beachtenden/abzufangende Fehlerzustände 30 Lok/Wagon entgleist in einer Kurve Durchbrechen von Gleisenden Lego/Fischtechnik-bedingt Fehler bei Kommunikation mit Fischertechnik bzw. Lego Lok fährt zu früh los Signale werden verschluckt falsche Lokposition Mechanik-bedingte Fehler Lok ist warmgefahren Änderung der Eigenschaften Lok verliert Kontakt zum Gleis

31 Software zur Eisenbahnansteuerung Besonderheiten/Hürden 31 Loks verschlucken Befehle bei zu schneller Ansteuerung Müssen erst warm laufen Geschwindigkeit Lok-bedingt Sensoren Können mehrfach/gar nicht auslösen Weichenansteuerung Befehl muss bestimmte Zeit aktiv bleiben, damit Magnet schalten kann Magnet muss explizit abgeschaltet werden, sonst kann er durchbrennen Abschaltbefehl blockiert Interface für bestimmte Zeit

32 Software zur Eisenbahnansteuerung Architektur 32 Qt/C++ RTAI Bibliotheken

33 Software zur Eisenbahnansteuerung RailRoadControl - Steuerprogramm 33 class IControlProgram { public: virtual ~IControlProgram() {}; virtual void initialize( QList<Train *> &trains, TurnoutSignalControl *control) = 0; virtual void start() = 0; virtual void updatesensors(int id, int value) = 0; }; Aus Sicht des Studenten muss jedes Steuerprogramm die Methoden start() und updatesensors() implementieren. start() wird einmalig vom Controller ausgführt; updatesensors() event-gesteuert immer wenn sich ein Sensorwert verändert hat. Auf das Model kann der Student über eine Liste von Zügen und über die Steuereinheit für Weichen und Signale zugreifen

34 Alternative Ansteuerung 34 Übergehen des PC Interfaces und direkte Erzeugung des Digitalstroms über serielle Schnittstelle des PCs Befehle können ohne Interface-bedingte Verzögerung gesendet werden keine Manuelle Steuerung mehr möglich Digitalsignale müssen per Software erzeugt werden Auslesen der s88-decoder über zusätzlichen seriellen Port und schnelles Interface geringe Verzögerung kein besonderer Aufwand bzgl. der Synchronisation mit Steuerbefehlen spezielle Hardware nötig

35 Alternative Ansteuerung 35 Zusätzlicher serieller Port (9600bd) 3 direkte Anschlüsse zu S88-Decodern

36 Quellen 36 Dr. Koenig Carsten Meyer Rainer Lüssi Wikipedia Märklin /tech/digital1/components/commands.html HSInterface

37 Computergestützte Ansteuerung digitaler Eisenbahnanlagen Märklin Digital Paul Römer