Tux fährt Bahn Digitale Modellbahnsteuerung mit Linux

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Innozenz Schräder
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1 Tux fährt Bahn Digitale Modellbahnsteuerung mit Linux Chemnitzer Linux User Group 9. November 2007

2 Analoge Steuerung Spannung auf dem Gleis wird geregelt Werte meist /16V, Gleichstrom (außer Märklin) Abstellen erfordert Abschaltgleise aufwendige Verkabelung keine Stromversorgung stehender Fahrzeuge Automatik für langsames Anfahren und Anhalten schwierig (fast) keine Lastregelung Für viele Probleme fand man Lösungen. Verschaltung relativ leicht zu begreifen.

3 Digitale Steuerung Decoder in Lokomotiven (und Zubehör, evtl. auch Wagen) Befehlsübermittlung über das Gleis unabhängige Steuerung der Lokomotiven und Funktionen viele einstellbare Parameter Start mit einfachster Verkabelung möglich, Trennstellen und weitere Kabel erst bei zunehmender Automatisierung

4 Digitale Steuerungsmöglichkeiten Vor- und Rückwärtsfahrt: festgelegte Fahrstufen (14/28/128) sanft anhalten und anfahren vielfältige Soundeffekte Licht, fahrtrichtungsabhängig Rauchgeneratoren, Entkuppler, Funktionen Doppeltraktion, Schiebebetrieb Lastregelung: Berg, Langsamfahrt, Anfahren, enge Radien, Weichenstraßen Siehe http: // und

5 Digitalsysteme Einbau eines Decoders in die Lokomotive Kommunikation des Decoders mit Digitalzentrale über das Gleis Standardisierte Protokolle: aktuell: Märklin(-Motorola) (neu: mfx) und DCC, daneben Fleischmann FMZ (läuft aus), Trix Selectrix Im weiteren: DCC = Digital Command Control, Standard der NMRA = National Model Railroad Association Entwickelt von Lenz, 1988 von Märklin und Arnold auf den Markt gebracht Standardisiert und freigegeben breiter Markt, kompatible Systeme (Dekoder und Zentralen) Weitere Versionen (z.b. 14/27/28/128 Fahrstufen), Weiterentwicklung

6 Steuer- und Rückmeldebusse Kommunikation der Steuerelemente (Handregler) mit der Digitalzentrale über Steuer- und Rückmeldeschnittstellen: I2C Bus, S-88 Bus: Märklin/Uhlenbrock Intellibox/Arnold Digitalsystem, 16-poliges Kabel, geringer Abstand (1-2 m). X-Bus, RS-Bus: Lenz, 4-adrig, RS485 (82,5 kbaud), bis 5km, 30 Geräte LocoNet: Digitrax, EtherNet-artig Maus-Bus (X-Bus light): Roco/LGB/Uhlenbrock Intellibox, vereinfachter X-Bus Sx Bus: Trix Selextrix CAN-Bus (Controler Area Network: ZIMO, wird z.b. in Autos eingesetzt Multiprotokoll-Zentralen

7 DCC (Digital Command Control) Gute Einführung unter NMRA-Standard (S9.1 und S9.2) Rechteck-Wechselspannung, polaritätsunabhängig 1 = Rechteckimpuls mit 8620,7 Hz bzw. Impulslänge 58 µs (Periodenlänge 116 µs) 0 = mindestens doppelte Impulslänge jedem positiven Impuls folgt ein negativer für analoge Lokomotiven: Verlängerung des positiven Teils des 0-Bits ( zero-stretching )

8 DCC Protokoll variable Blocklängen, Bytes werden durch ein 0-Bit getrennt. Befehle beginnen mit Präambel: mindestens 10 1-Bits den Nutzbytes folgt ein Prüfbyte Basispaket: Präambel Null- Adresse Null- Befehl Null- Prüfbyte Endmin. 10 bit bit bit bit bit aaa aaaa 0 01ru gggg 0 pppp pppp 1

9 DCC Pakete Basispaket aaa aaaa 0 01ru gggg 0 pppp pppp 1 Reset für alle Leerlaufpaket r = Richtung (1=vor, 0=zurück), u = Beleuchtung, g = Geschwindigkeit (0000 = Halt, 0001 = Nothalt, = 14 Fahrstufen) Prüfbyte = bitweises exklusives OR von Adresse und Instruktion Extended Format: 14-bit-Adressen (2 Adress-Bytes erlaubt, bis zu 5 Bytes gesamt), Manipulation von CVs (Configuration Variable) Standards: Electrical Interface & Wire Color Code DCC Power Station Interface DCC Extended Packet Formats DCC Configuration Variables DCC Service Mode DCC Fail Safe Electrical Specifications for DCC Decoder Transmission

10 Analog Digital Protokoll PC Erfahrungen Danke! Messung am Gleis: Befehl für Adresse 5

11 DCC mit dem PC 1 PC kommuniziert mit DCC-Zentrale käufliche Zentralen mit RS232-Schnittstelle OpenDCC - Zentrale selbst gebaut Beispiel DCC-Signaler: externer Signalgenerator (Eigenbau), RS232. Entwicklung stagniert? Vorteil: exaktes Signaltiming, aber keine Rückmeldung. Sourceforge-Projekt weitere, technisch noch aufwendigere Projekte: Busse Digital 95, Groupie Meb Tron 2 PC produziert selbst DCC DDL - Digital Direct for Linux (analog: DDW, Entwicklung auf Basis von DDL) Signal wird durch Booster verstärkt Booster werden durch Trafo versorgt Hohe Timinganforderungen!

12 Digital Direct for Linux (DDL) PC erzeugt direkt DCC-Signal auf serieller Schnittstelle spezielles Kabel zum Booster Server erddcd, ein oder mehrere Clients Entwicklung aus de.rec.modelle.bahn: SRCP = Simple Railroad Command Protocol Unterschiedliche Clients möglich, netzwerkfähig! Kommunikation zwischen Client und Server bzw. an Kommando-, Rückmeldepoll- und Informationsport gut dokumentiertes GPL-Projekt, gepflegt und vertrieben von Torsten Vogt, Vogt IT

13 Entscheidungsgrundlagen Aufgabe: Decoder programmieren! (Digitales LGB-Startset vorhanden, kann steuern, aber nur marginal programmieren) Ziel: Einfache Schaltdekoder (UniDecF) für Weichensteuerung nutzen Problem: Preis! Gute Digitalzentralen sind teuer! Und groß. Booster eigentlich auch. Löten muss man können... Digitalisierung der kleinen Baugröße unklar (Umbauaufwand) Lösung mit USB-Unterstützung gesucht (Notebook im Garten)

14 SPROG und JMRI SPROG = Decoder Programmer, 50, USB JMRI = Java Model Railroad Interface JMRI kann diverse Digitalzentralen ansteuern, darunter auch SPROG SPROG akzeptiert ein Kommandoset auf serieller Schnittstelle SPROG kann direkt DCC-Pakete verarbeiten SPROG kann als Digitalzentrale/Booster für kleine Anlagen arbeiten preiswerte Installation für Experimente und zum Lernen

15 Stolpersteine 1 FTDI USB Single Port Serial Converter nicht erkannt lsusb-werte in Kernelmodul ftdi_sio einbauen oder modprobe ftdi_sio vendor=0x0403 product=0xf0c8 oder in /etc/udev/rules.d/50-udev-default.rules Zeile SYSFS{idProduct}==f0c8, SYSFS{idVendor}==0403, RUN+=/sbin/modprobe -q ftdi_sio product=0xf0c8 vendor=0x0403 eintragen /etc/ttyusb0 entsteht 2 rxtx: JMRI nutzt alten Namensraum javax.comm.* altes rxtx pre2 nutzen. 3 javacomm: Ab Version 3.0 neues Interface javacomm20 beschaffen. Genauer: comm.jar 4 JMRI will /dev/ttysxx symbolischen Link legen 5 javax.comm.properties anpassen (/dev/ttys99... ) 6 JMRI läßt Lockfile in /var/lock/ übrig

16 Fazit Abhängigkeit von JMRI und rxtx/javacomm-installation unangenehm Kleines Python-Skript zum Funktionstest Ziel: Decoder preiswert programmieren und DCC begreifen erreicht Wunsch komfortable Anlagensteuerung noch weit entfernt DDL mit USB-Serial-Konverter? Theoretisch nicht möglich, aber heterogene Erfahrungen. Evtl. PCMCIA-Karte Weiter experimentieren...

17 Analog Digital Protokoll PC Erfahrungen Danke!

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