Besonders Gartenbahner mit weitläufigen Anlagen werden die „Freiheit vom Kabel”
zu schätzen wissen, die eine Funkfernsteuerung bietet. Daher soll hier beispielhaft
aufgezeigt werden, wie eine digitale Fernsteuerung an die bisher vorgestellten Fahrtsteuerungen angesetzt werden kann.
Beim Digital–Betrieb für Modellbahnen gibt es verschiedene
Systeme mit Funksteuerung. Als ein günstiges System dürfte sich die
multiMAUSpro®
von Roco etablieren, die seit Ende 2009 erhältlich ist.
Die hier beschriebene Fernsteuerung steuert nicht ein einzelnes Modell, sondern den Fahrstrom
auf den Schienen. Einen Vorschlag für individuelle Regelung einzelner Fahrzeuge - unabhängig vom
Schienenstrom - finden Sie auf der nächsten Seite.
Abschnitte dieser Seite:
Bei Funkfernsteuerungen müssen zunächst digitale und
proportionale Anlagen unterschieden werden. Bei digitalen Anlagen
gibt es nur die Zustände ein und aus (zum Beispiel vorwärts oder rückwärts, rechts oder links).
Bei proportionalen Anlagen entsteht ein quasi–analoges Signal am Ausgang
(der Ausschlag am Steuerknüppel entspricht der Geschwindigkeit beziehungsweise dem Lenkeinschlag).
Für die hier besprochene Aufgaben ist eine digitale Anlage sinnvoll.
Im einfachsten Fall besorgen Sie eine einfache 2 Kanal–Funkfernsteuerung (die gibt
es oft günstig im Set) und schließen am Empfänger statt Servos elektronische Schalter an.
Grundsätzlich sind Anlagen im 40 MHz–Band
zu bevorzugen, da sie betriebssicherer sind und mehr Kanäle zu Auswahl anbieten.
Für Reichweiten bis etwa 15 Meter tut's auch die Funkfernsteuerung billiger Spielzeugautos,
die oft um ein Butterbrot zu haben sind. Nachfolgend wird von so einem Typ ausgegangen.
Das Bild zeigt - beispielhaft - einen von Knüppel–Schaltern auf Taster umgebauter Sender.
Bei einer Zweikanal–Anlage (zum Beispiel für ein Spielzeug–Auto) befinden sich innen
an den Knüppeln je zwei Schaltkontakte (meistens gegen Minus der Schaltung), die vier Funktionen
auslösen können. Davon sind jeweils zwei exklusiv (vorwärts und rückwärts schließen sich aus).
Diese Kontakte werden zunächst durch Taster ersetzt.
Dazu wurde in diesem Fall der Bereich mit den Knüppeln aus dem Oberteil des Gehäuses
heraus gesägt und statt dessen eine Platte aus schwarzem Kunststoff eingeklebt. Sie nimmt die Taster und Leuchtdioden auf.
Beim WAC
wurde schon auf die Technik des Multiplexens eingegangen. Bei dieser Situation ergeben sich folgende Kombinations–Möglichkeiten:
Fahrt (1) | Lenkung (2) | Kürzel |
---|---|---|
vorwärts | 0 | V0 |
rückwärts | 0 | R0 |
0 | links | 0L |
0 | rechts | 0R |
vorwärts | links | VL |
vorwärts | rechts | VR |
rückwärts | links | RL |
rückwärts | rechts | RR |
Mit den vier Funktionen (von denen 2 × 2 sich ausschließen) können also acht verschiedene
Bitmuster erzeugt werden. Der Schaltplan zeigt, wie das Multiplexen (Zusammenfügen von Bitmustern)
im Handsender über Standard–Dioden 1N4148 geschehen kann.
Die Eingänge der eigentlichen Senderplatine, die vorher über die Knüppelschalter angesteuert wurden,
werden nun mit den vier Ausgängen oben verbunden. An der Platine selbst dürfen Sie nichts verändern.
Diese Schaltung hat den Vorteil, dass Sie sich nicht die Kombinationen merken müssen, die
Sie benötigen, um eine von acht Möglichkeiten auszulösen, aber (noch) den Nachteil,
dass sich ausschließende Funktionen gleichzeitig ausgelöst werden können. Das sollte natürlich
nicht geschehen. Daher wird nachfolgend ein Schaltplan gezeigt, die diese Gefahr bannt.
Funktionsbeispiel: Alle Taster, die (alleine oder kombiniert) „Vorwärts” auslösen,
sperren den Ausgangs–Transistor für „Rückwärts”, indem sie ihm den Basisstrom entziehen.
Zurück zum Spielzeug–Auto, dessen Funkfernsteuerung hier zweckentfremdet werden soll.
Der Empfänger wird in der Regel vier Anschlüsse haben, von denen je zwei einen Motor
antreiben: Fahrt und Lenkung. Diese zwei Anschlüsse werden beim Eintreffen des
entsprechenden Signals auf einem Pol Plus und auf der anderen Minus führen (vorwärts
fahren beziehungsweise rechts lenken) oder genau anders herum (rückwärts beziehungsweise links).
Bei jeder der zunächst vier Möglichkeiten liegt also GND (Masse) an
einem Ausgang. Diese Information kann nun über eine einfache Standard–Diode ausgewertet
werden. In der Regel wird die Betriebssicherheit des Empfängers durch eine Verbindung mit der
Systemmasse (GND) eher verbessert als verschlechtert. Sollte das doch der Fall sein,
helfen Ihnen Optokoppler, also die galvanische Trennung über lichtempfindliche Bauelemente.
Mit den vier Möglichkeiten können Sie zur Not auch schon einen Zug steuern:
Beschleunigen, Bremsen, Nothalt und Fahrtrichtungswechsel. Wenn Ihnen das reicht, können
Sie einfach die Masse–Signale zum Treiben von Ausgangs–Relais nehmen und fertig. Wer mehr will, muss nun weiter lesen.
Die insgesamt acht Möglichkeiten sollen nun über einen richtigen Demultiplexer,
ein CMOS–IC des Typs 4067, decodiert werden. Dieses
IC benötigt eine Betriebsspannung von 5 V und
positive Signale an den Eingängen. Der Empfänger wird oft 6 V
benötigen. Rechts ist zu sehen, wie 6 V,
5 V (beide über Festspannungsregler 1A) und die positiven
Signale (über PNP–Transistoren) erzeugt werden. Mit dem Schalter gegen
GND kann der Empfänger ein– beziehungsweise ausgeschaltet werden, was wichtig ist.
Mit den Kondensatoren können eventuell pulsierende Signale aus dem Empfänger „beruhigt”
werden. Ihr Wert muss durch Versuche ermittelt werden, bei einem Muster haben sich 47 bis 100 nF bewährt.
Das IC 4067 ist ein analoger 4 zu 1:16
Multiplexer/Demultiplexer. 4 zu 1:16 bedeutet, dass er aus 4
Eingängen die Bitmuster so dekodieren kann, dass einer von 16 Ausgängen
logisch 1 wird. Logisch 1 bedeutet in diesem Fall bei Ein– und Ausgängen positives Potenzial.
Im Bild sind die Anschlüsse des 4067 und die Beschaltung als Demultiplexer zu sehen.
Neben den Pins für die Versorgungsspannung
(VCC / 24) und GND (12)
gibt es einen Eingang E (15). Wenn dieser nicht mit GND verbunden wird,
sondern mit einem positiven Signal, sind alle Ausgänge low und die Eingänge dürfen undefinierte Zustände annehmen.
Mit dem Potentiometer kann die Spannung geregelt werden, die an den Ausgängen erscheinen soll,
wenn diese logisch high werden. Dazu dient der Eingang Z (1).
Bei einem IC wie dem 4067 darf ein Eingang niemals offen sein. Die
Eingänge werden daher mit pull down–Widerständen
gegen GND gezogen. Sie gehen an die Anschlüsse S0 (10), S1 (11),
S2 (14) und S3 (13). Liegt an keinem Eingang ein positives Signal,
wird Y0 (9) positiv. Das ist sehr nützlich, weil diese Information leicht invertiert
werden kann (irgendein Eingang ist high),
in diesem Fall: „Es trifft ein Funkfernsteuerungs–Signal ein”.
Die Ausgänge Y1 bis Y15 werden entsprechend den
Eingangs–Kombinationen positiv. Welche dies sind, verrät die Tabelle im nächsten Abschnitt.
Es ist zwar ein bisschen mühselig, aber natürlich müssen den Eingangs–Kombinationen
die richtigen Ausgänge zugeordnet werden. Im Bild ist die hier benutzte Beschaltung wiederholt.
Ein Beispiel: Es treffen Signale für rückwärts (S1) und
rechts (S3) ein. Suchen Sie dieses Muster im rechten
Tabellenteil: Ausgang Y5 (an Pin 4) wird positiv werden.
Hinweis: Die Pinreihen des 4067 liegen
15,24 mm auseinander (sechs Einheiten im
RM 2,54mm
= 1/10 Zoll).
Eine Anschlusstabelle für den Chip in Textform finden Sie bei den
Downloads. Nachfolgend die Ein– und Ausgangstabelle des IC 4067.
S0 | S1 | S2 | S3 | Ausg. |
---|---|---|---|---|
0 | 0 | 0 | 1 | 01 |
0 | 0 | 1 | 0 | 02 |
0 | 0 | 1 | 1 | 03 |
0 | 1 | 0 | 0 | 04 |
0 | 1 | 0 | 1 | 05 |
0 | 1 | 1 | 0 | 06 |
0 | 1 | 1 | 1 | 07 |
1 | 0 | 0 | 0 | 08 |
1 | 0 | 0 | 1 | 09 |
1 | 0 | 1 | 0 | 10 |
1 | 0 | 1 | 1 | 11 |
1 | 1 | 0 | 0 | 12 |
1 | 1 | 0 | 1 | 13 |
1 | 1 | 1 | 0 | 14 |
1 | 1 | 1 | 1 | 15 |
CMOS–IC können nur sehr kleine Ströme aufnehmen
oder liefern. Für den Betrieb einer Leuchtdiode reicht's, bei mehr sollten Verstärker
nachgeschaltet werden. Außerdem werden hier massekompatible Ausgänge benötigt. Im Schaltplan
dieses Abschnitts wird gezeigt, wie mit einer Handvoll NPN–Transistoren des Typs
BC547 und Widerständen die Ausgänge auf ein verwertbares Niveau gebracht werden.
Wichtige Funktionen - wie Beschleunigen, Bremsen, Nothalt und Fahrtrichtungs–Wechsel -
sollten Sie Ausgängen zuordnen, die ohne Kombinationen auskommen ("nur vorwärts").
Es kann - gerade bei schwachem Empfang - sonst geschehen, dass nur ein Teil der kombinierten
Funktion ausgelöst wird, weil eines der beteiligten Signale zwischendurch zu schwach wird.
Die Funkfernsteuerung kann - digital, wie sie ist - nur die Taster der Fahrtregelung ansprechen.
Es ist auch nicht möglich, hohe oder niedrige Verzögerungen am Sender zu wählen -
oder doch? Es geht doch, wenn zwei verschiedene Widerstandswert–Paare über ein
Flipflop am Empfänger umschaltbar gemacht werden und
dieses Flipflop über Impulse der Fernsteuerung in den jeweils anderen Zustand umgeschaltet wird.
Wenn auch ein Sound–Signal (Pfeifen, Hupen) ausgelöst werden kann, bleiben Ihnen
noch ein bis zwei Funktionen zur freien Verfügung (je nach Ausführung des
Flipflop) - zum Beispiel für die Umschaltung von Dampf– auf Dieselsound und zurück.