STM V3. S88 terugmelder met stroom detectie X O N M L K E D C B A. inclusief 2 keerlusschakelingen 15V ~ s88-n

Transcriptie

1 STM V3 S88 terugmelder met stroom detectie X O N M L K E D C B A inclusief 2 keerlusschakelingen 15V ~ s88-n

2 Prototype en definitieve print Definitieve print STM 1 2 sectie A x. 1 9 sectie B x. 1 9 sectie C x sectie D x sectie E x sectie K x sectie L x sectie M x sectie N x sectie O x sectie X x De onderdelen zonder de microcontroller s88 tabel HCC!modelbaanautomatisering, 2015

3 STM - De slimste terugmelder In 2008 bij het ontstaan van de WoKobaan is bedacht dat deze baan met zo veel mogelijk zelf te bouwen interface modules zou moeten worden bestuurd. Als eerste kwam daarvoor in aanmerking een door Cees Baarda samen met Daan Neijenhuis ontworpen keerlusmodule waarin een microcontroller de aansturing van het ompoolrelais verzorgde. Deze kreeg de naam Slimme TerugMelder. In het ontwerpproces bleek het mogelijk deze module ook zelfstandig de terugmelding te laten verzorgen op een s88-bus. De op de baan gebruikte versie noemen we nu STM V2. Tijdens het gebruik op de demobaan zijn er nog wat aanpassingen gedaan aan de firmware van de microcontroller t.b.v. een betere werking door Gerard van der Sel. Over keerlussen in het algemeen heeft Cees Baarda bij HCC!m een lezing gehouden en een boekje gemaakt. Het is raadzaam dit boekje eerst te lezen. U kunt het op de HCC!m-website vinden: Ga naar: Klik op: Bijeenkomsten Klik op: Presentaties lezingen Kies rechts: Boekje keerlus/driehoek STM V3 De hier voorgestelde schakeling heet STM V3. Een uitgebreidere versie van de STM V2. Hierin is een tweede keerlus ondergebracht. Deze schakeling kan natuurlijk ook een keerdriehoek, met in 1 poot een kopspoor, aansturen. Verder voorziet de firmware in de microcontroller ook in een situatie, waarin 2 driehoeken met hun kopsporen onderling verbonden zijn. Let op! Er is geen beveiliging ingebouwd tegen het inrijden van een 2e trein in het gebied van de STM. Daar moet de gebruiker - software - zelf voor zorg dragen! Werking In de STM V3 wordt gebruik gemaakt van stroomdetectie om signalen van de rijdende treinen te krijgen. Optocouplers zorgen er voor dat de microcontroller geen rauwe spanningen van de rails aangeboden krijgt en dat de voeding van de relais galvanisch gescheiden is van de voeding uit de s88-bus. Signalen van de baan Als je iets op de modelbaan wilt besturen heb je een vorm van melding nodig. HCC!m heeft altijd voorkeur gehad voor het meten van de stroom naar een deel van de rails om te bepalen waar een trein (stroomverbruiker) is. Dat werd al gedaan in het blokgestuurde HCC!m-systeem en later ook in de voor digitale systemen bedoelde prints DeTectiePrint (DTP), KeerLusPrint (KLS) en Slimme TerugMelder (STM). Stroommeting Voor de stroommeting wordt gebruik gemaakt van een dioden-brug. Door de 2 dioden in serie is het verschil in spanning tussen X1.1 en X1.2 groot genoeg om de LED s in de optocoupler de transistor in geleiding te laten brengen. Daardoor staat op uitgang 1 een logische nul. Weerstand R1 beperkt de stroom door de LED s en condensator C1 zorgt voor ontstoring en het voorkomen van valse meldingen. Om betrouwbaar te werken zal op uitgang 1 een gelijkspanning worden gelegd m.b.v. een weerstand, zodat er duidelijke logische niveaus 0 en 1 ontstaan. In de STM V3 zijn de vier losse dioden D1 t/m D4 vervangen door een gelijkrichter (brugcel). Dit neemt minder plek in. Terugmelding Bij de STM V3 is gekozen voor terugmelding via een s88-bus. Je kunt kiezen uit een bandkabelverbinding of gebruik maken van UTP netwerkkabels. Bij gebruik van de laatste methode voldoet de schakeling aan de s88-n norm. Je kunt de STM V3 combineren met geslijksoortige terugmelders van de diverse modelspoor fabrikanten. De STM V3 heeft 11 aansluitingen voor railsegmenten (secties). Die worden niet allemaal teruggemeld via de s88-bus. Een aantal aansluitingen zijn voor de terugmelding gecombineerd met een naastliggende aansluiting. Dit is mogelijk omdat t.b.v. een keerlus de secties, die het omschakelen initieren, kort kunnen zijn. Die korte secties zijn waar nodig samengevoegd tot 1 melding. In de tabel staat de relatie tussen de secties en de terugmeldingen. Heb je meer terugmelders en is deze STM V3 de tweede vanaf de centrale, dan moet je 8 optellen bij het meldernummer (zie de tabel op de vorige pagina) HCC!modelbaanautomatisering, 2015

4 - 4 - HCC!modelbaanautomatisering, 2015

5 Schema STM V3 Op de vorige en volgende pagina staat het schema in 2 delen. De vorige pagina laat het besturings- en terugmeldgedeelte zien, terwijl op de volgende pagina de detectie getekend is. De volgende paragrafen behandelen de verschillende onderdelen. Voeding In het bovenste deel staat de voeding voor de relais. Een spanning van ± 15 Volt wisselspanning aangeboden op X16 (AC) wordt gelijkgericht en afgevlakt. Daarna maakt spanningsregelaar U6 samen met de D3 en D4 hiervan een gelijkspanning van 13,4 V. De condensatoren C13 en C16 verwijderen de laatste storingen. De uitgangsspanning is iets hoger dan 12 volt. Hiervoor is gekozen om de relais betrouwbaar te laten werken. De LED s H1 en H2 hebben schijnbaar geen voorschakel weerstand. Dat is echter niet zo. De relais gebruiken tegenwoordig zo weinig stroom, dat ze als voorschakel weerstand gebruikt kunnen worden. Relais en aansturing Vanuit de microcontroller komen twee signalen Re1 en Re2. We volgen de werking van Re1 (de andere is indentiek): De transistor T1 stuurt de LED in de optocoupler. Daarmee gaat er door de transistor een stroom lopen waardoor de transistor T3 in geleiding komt. Als gevolg loopt er ook een stroom door relais Re1 en LED H1. De LED zal oplichten en het relais aantrekken en poolt dan de verbinding van Keerlus 1 (X14 naar X12) om. Doorverbindingen in 1 stand van relais voor Keerlus 2 Op de print zijn dit verbindingen, die verbroken kunnen worden. Die hebben voorlopig nog geen functie. In een later stadium kan mogelijk de firmware aangepast worden voor een ander gebruik van dit relais. Microcontroller Het hart van de schakeling. Deze chip voert al het zware werk uit. Op basis van de signalen op de aansluitingen PBx en PAx worden de 8 bits t.b.v. s88-bus gemaakt. Deze 8 bits worden via de s88-bus ingevoegd in de stroom bits die naar de digitale centrale gaan. De aansluitingen S88IN, CLOCK, PS/LOAD en S88OUT worden voor dit doel gebruikt. De aansluitingen PBx en PAx worden deels ook gebruikt om de omschakelrelais Re1 en Re2 aan te sturen. Jumper JP1 De omschakelaar voor twee verschillende bedrijfsmodi, t.w.: 2 keerlussen of 1 combinatie van 2 driehoeken. Stroomdetectie circuits De aansluitingen A t/m B, K t/m O en X worden aangesloten in 1 verbinding naar de rails. De brugcellen, condensator en weerstand zorgen voor een betrouwbaar oplichten van de LED s in de optocoupler indien een trein een stroom afneemt. De transistoren zijn gekoppeld aan de ingangen van de microcontroller. Deze ingangen hebben een interne pull-up weerstand, zodat die op de print niet meer nodig is. Welke secties sturen de stand van de relais aan? Verderop in dit document zullen wij de gebruiksmogelijkheden aangeven welke secties bepalend zijn voor de sturing van de relais. Dit is namelijk afhankelijk van de toegepaste bedrijfsmodus van de STM V3-5 - HCC!modelbaanautomatisering, 2015

6 - 6 - HCC!modelbaanautomatisering, 2015

7 Componentenlijst Onderstaand de onderdelenlijst voor deze print. De Conrad bestelnummers zijn opgenomen ter referentie. Het staat je natuurlijk vrij een andere leverancier te kiezen. De print en geprogrammeerde microcontroller zullen voor HCC!m leden tegen betaling beschikbaar zijn. Component Aantal Omschrijving Conrad nr. Opmerking R1 R R / 0.25W (100st ) R12, R19, R k / 0.25W (100st ) R13, R14 2 0R Draadbrug R15, R17, R21, 4 4k7 / 0.25W (100st ) R22 R16, R R / 0.25W (100st ) C1 C12, C15, nF RM 2.5mm C16 C µF / 25V RM 5mm C µF / 35V RM 5mm D1, D2 2 1N D3, D4 2 1N Br1 Br12 12 B80R B80C1500 Rund H1, H2 2 LED 3mm, Rood T1 T4 4 BC U1 U3 3 ILQ U4 1 ATTINY HCCM geprogrammeerd U5 1 PC ACPL CE U Re1, Re2 2 Relais 12V, 2 x OM X1 X16 16 AK Z RM 5.08mm X17, X20 2 RJ X18, X19 2 Header 6x (1x36 voor 2 STM3) JP1 1 Jumper 2x1 1 Kortsluitbrug, Zwart IC-voetje 16-pens IC-voetje 20-pens IC-voetje 8-pens PCB 1 DN15075 HCCM HCC!modelbaanautomatisering, 2015

8 X O N M L K E D C B A Slimste Terug Melder - STM3 versie V ~ HCC!modelbaanautomatisering, 2015

9 De print opbouwen Op de vorige pagina s vind je componentenlijst en componentenlayout van de STM V3 print. Afhankelijk van het doel van de print kun je eventueel onderdelen weglaten. Op deze pagina bouwen we de hele print op. Volgorde opbouw Plaats achtereenvolgens: de draadbruggen. R13 en R14 zijn getekend als 0 Ω weerstanden en kunnen ook als draadbrug worden uitgevoerd. de 4 dioden D1 t/m D4. alle weerstanden R1 t/m R12 en R15 t/m R22. C1 t/m C11, C15 en C16. de IC-voeten U1 t/m U5. alle brugcellen BR1 t/m BR12. LED s H1 en H2. transistoren T1 t/m T4. headers X18, X19 en JP1. schroefconnectoren X1 t/m X16. spanningsregelaar U6. Let op dat het metalen plaatje naar de rand van de print wijst. Koeling is niet nodig. Zorg wel dat het metalen deel nergens contact mee maakt! de netwerkconnectoren X17 en X20. Montage in de baan De print kan gemonteerd worden op een centrale plaats of zo dicht mogelijk bij de secties, die deze print gaat voeden. Gebruik altijd draden van voldoende dikte. Op afstanden niet langer dan 1 m. van de print tot de sectie kun je volstaan met een diameter van 0,34 mm. Bij grotere afstanden gebruik je beter een grotere dikte bijv. 0,5 mm. In de toevoerende leidingen is 1 mm aan te raden. Vastzetten De print kan vastgeschroefd worden onder of bij de modelbaan. Gebruik daarvoor op een metalen oppervlak afstandsbussen van 10 mm. Op niet geleidende oppervlakken kun je volstaan met 5 mm. Gebruik altijd 4 schroefjes/ boutjes. Voeding De print heeft een voeding nodig van ± 15V ~. Die kun je aansluiten op X16. s88-bus De prints kunnen onderling en met de centrale op 2 manieren worden (door)verbonden. Sluit steeds een s88-uit aan op een s88-in. Als de prints dicht bij elkaar zijn, is een verbinding met een bandkabel tussen X19 (s88-uit) en X18 (s88-in) van een volgende print mogelijk. Zijn de afstanden groter dan zo n 25 cm kies dan voor een verbinding met netwerkkabels. Met deze verbindingsvorm heb je minder storingen van de baan en de omgeving. Voor uitgebreide uitleg verwijzen we graag naar de website van s88-n ( Daar vind je die uitleg in Engels en Duits. Bedraden Hoe de print met de baan te verbinden wordt op de volgende pagina s uitgelegd HCC!modelbaanautomatisering, 2015

10 Slimste Terug Melder - STM3 versie 1.0 STM V3 als simpele 8-voudige s88 module met stroomdetectie De print is ook bruikbaar als allleen terugmelder met stroomdetectie. Je kunt dan alle ingekleurde onderdelen weglaten (zie onderstaande afbeelding). Je maakt nu alleen gebruik van de secties B,C,D,E, L, M, N en X. X O N M L K E D C B A 15V ~ HCC!modelbaanautomatisering, 2015

11 Gebruik maken van overgebleven brugcellen Het is mogelijk om alleen detectie aan het begin en eind van een blok te hebben. De tussenliggende sectie wordt dan niet teruggemeld. Het is in dat geval wel wenselijk t.b.v. een goede terugmelding in de wel gebruikte secties om de digitale spanning niet rechtstreeks aan te sluiten aan de centrale. Daarvoor wordt dan centraal vaak een grote brugcel ingezet. Deze kleinere brugcellen zijn echter goed te gebruiken voor bijv. 1 of 2 secties op de baan. Als je de brucellen op die manier wilt gebruiken, moet je die en de connectoren wel laten zitten en alleen de bijbehorende condensatoren en weerstanden weghalen (zie onderstaande afbeelding). X O N M L K E D C B A 15V ~ HCC!modelbaanautomatisering, 2015

12 Slimste Terug Melder - STM3 versie 1.0 K A L B O E N D C M Extra Keerlus 2 Keerlus 1 X O N M L K E D C B A 15V ~ Jumper niet plaatsen! HCC!modelbaanautomatisering, 2015

13 STM V3 als s88 met 2 keerlusmodules Deze bedrijfsmodus is de standaardmodus voor de STM V3. De jumper JP1 mag niet geplaatst zijn. Keerlus 1 De blauw gekleurde aansluitingen en relais dienen voor de bedrading van Keerlus 1 (A, B, C, D, E). Sluit de bedrading aan zoals in de tekening op de vorige pagina weergegeven. Alleen tussen de secties A en B en D en E moet je beide railstaven onderbreken. De schakeling zal dan functioneren zoals je verwacht. Mocht er toch kortsluiting ontstaan, dan kun je het beste de draden op X12 verwisselen. Geen keerlus Gebruik je deze 5 aansluitingen niet als keerlus, dan kun je het relais Re1 en X1, X12 en X14 weglaten. Sectie A heb je niet nodig voor het terugmelden, omdat deze samen met sectie B wordt teruggemeld. De rode draad van de centrale moet je dan ook aansluiten op de secties B, C en D. Je hebt dan vier terugmeldingen, zie de tabel rechts Keerlus 2 De groen gekleurde aansluitingen en relais dienen voor de bedrading van Keerlus 2 (K, L, M, N, O). Sluit de bedrading aan zoals in de tekening op de vorige pagina weergegeven. Alleen tussen de secties K en L en N en O moet je beide railstaven onderbreken. De schakeling zal dan functioneren zoals je verwacht. Mocht er toch kortsluiting ontstaan, dan kun je het beste de draden op X13 verwisselen. Geen keerlus Gebruik je deze 5 aansluitingen niet als keerlus, dan kun je het relais Re2 en X6, X9, X13 sectie A x. 1 sectie B x. 1 sectie C x. 2 sectie D x. 3 sectie E x. 4 sectie K x. 5 sectie L x. 5 sectie M x. 6 sectie N x. 7 sectie O x. 7 en X15 weglaten. Sectie K en N heb je niet nodig voor het terugmelden, omdat deze samen met resp. L en O worden teruggemeld. De rode draad van de centrale moet je dan ook aansluiten op de secties K, L en M. Je hebt dan drie terugmeldingen, zie de tabel rechts Sectie X Dit is de achtste sectie die teruggemeld wordt. In deze bedrijfsmodus heeft deze sectie geen bijzondere functie. Je kunt deze inzetten als normale terugmelder. sectie X x HCC!modelbaanautomatisering, 2015

14 Slimste Terug Melder - STM3 versie 1.0 E O D N L K B A M C Y X Extra Driehoek 2 Driehoek 1 X O N M L K E D C B A 15V ~ Jumper niet plaatsen! HCC!modelbaanautomatisering, 2015

15 STM V3 als s88 met 2 keerlusmodules t.b.v. een driehoek met kopspoor Deze bedrijfsmodus is de standaardmodus voor de STM V3. De jumper JP1 mag niet geplaatst zijn. Driehoek 1 De blauw gekleurde aansluitingen en relais dienen voor de bedrading van driehoek 1 (A, B, C, D, E). Sluit de bedrading aan zoals in de tekening op de vorige pagina weergegeven. Alleen tussen de secties A en B en D en E moet je beide railstaven onderbreken. De schakeling zal dan functioneren zoals je verwacht. Mocht er toch kortsluiting ontstaan, dan kun je het beste de draden op X12 verwisselen. Geen driehoek Gebruik je deze 5 aansluitingen niet als driehoek, dan kun je het relais Re1 en X1, X12 en X14 weglaten. Sectie A heb je niet nodig voor het terugmelden, omdat deze samen met sectie B wordt teruggemeld. De rode draad van de centrale moet je dan ook aansluiten op de secties B, C en D i.p.v. blauw-rode draden. Je hebt dan vier terugmeldingen, zie de tabel rechts Driehoek 2 De groen gekleurde aansluitingen en relais dienen voor de bedrading van driehoek 2 (K, L, M, N, O). Sluit de bedrading aan zoals in de tekening op de vorige pagina weergegeven. Alleen tussen de secties K en L en N en O moet je beide railstaven onderbreken. De schakeling zal dan functioneren zoals je verwacht. Mocht er toch kortsluiting ontstaan, dan kun je het beste de draden op X13 verwisselen. Geen driehoek Gebruik je deze 5 aansluitingen niet als driehoek, dan kun je het relais Re2 en X6, X9, X13 sectie A x. 1 sectie B x. 1 sectie C x. 2 sectie D x. 3 sectie E x. 4 sectie K x. 5 sectie L x. 5 sectie M x. 6 sectie N x. 7 sectie O x. 7 en X15 weglaten. Sectie K en N heb je niet nodig voor het terugmelden, omdat deze samen met resp. L en O worden teruggemeld. De rode draad van de centrale moet je dan ook aansluiten op de secties K, L en M i.p.v. groen-rode draden. Je hebt dan drie terugmeldingen, zie de tabel rechts Sectie X Die heb je nu nodig om de laatste sectie in het kopspoor mee om te polen. Verbind daarvoor de vrije aansluiting van X11 met de blauwe-rode of groen-rode draad. Indien je sectie X als gewone sectie wilt gebruiken, dan moet je de vrije aansluiting verbinden met de rode draad van de centrale. Let op: de andere zijde van deze sectie moet je corresponderend aansluiten! sectie X x. 8 Sectie Y bij een tweede driehoek Als je met dezelfde print een tweede driehoek wilt doen, kun je voor die tweede driehoek geen gebruik maken van sectie X, want die is immers al in gebruik. Daarvoor zul je een niet gebruikte sectie van een andere STM moeten zoeken - in de spoortekening is dat sectie Y. Bedraden van die ene losse sectie, doe je dan zoals je sectie X zou doen. 1 Keerlus en 1 driehoek Deze mogelijkheid heb je natuurlijk ook. Het handigst is dan om de keerlus aan te sluiten op A, B, C, D en E en de driehoek op K, L, M, N, O en X HCC!modelbaanautomatisering, 2015

16 Slimste Terug Melder - STM3 versie 1.0 E D N O A B C X M L K X O N M L K E D C B A 15V ~ Jumper plaatsen! HCC!modelbaanautomatisering, 2015

17 STM V3 gebruiken bij een oversteek tussen 2 parallelle sporen Het sporenplan van de vorige pagina aansturen is een uitdaging. Je hebt daar in principe 2 keerlusmodules voor nodig, waarbij er 1 ompoolrelais wordt gestuurd door beide modules. Dat is met bestaande modules, die met detectiesecties werken nauwelijks te doen. De STM V3 heeft dan het voordeel dat slechts 1 microcontroller al het werk doet. Hiermee is het makkelijker te zorgen dat de ompoling op de juiste manier gebeurt. Hoe werkt het Als een trein op 1 van de secties A, E, K of O het gebied inrijdt, worden secties B, C, D, L, M, N juist gepooold door Re1. Bereikt de trein daarna bij het uitrijden 1 van de secties B, D, M of N dan zal het relais wederom in de goede stand gezet worden. Let op! Er is geen beveiliging tegen het inrijden van een 2e trein. We gaan er vanuit dat de gebruiker - software - er voor zorgt dat het gebied bestuurd door de STM door slechts 1 trein bereden wordt. Bedraden De secties B, C, D, K, L, M, N en X worden geschakeld door Re1 = rood/blauwe draad van X12 naar X2, X3, X4, X7, X8, X9, X11. De andere spoorstaaf van die secties wordt verbonden met de 2e aansluiting van X12 = bruin/blauwe draad. X1, X5, X6 en X10 worden rechtstreeks aan de baanvoeding aangesloten = niet omgepoold. X14 krijgt de baanvoeding zoals aangegeven met de rode en bruine draad. Niet gebruikte onderdelen Deze onderdelen zijn in de tekening blauw/groen gekleurd. Je kunt ze eventueel weglaten HCC!modelbaanautomatisering, 2015