Beginn des Inhalts.

Elektrik und Elektronik: Fahrtregelung

Funkfernsteuerung (über die Schienen)

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:

 

Prinzip

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.

 

Multiplexer

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.

 

Multiplexer mit Schutz exklusiver Zustände

Schaltplan: Multiplexer mit Schutz exklusiver Zustände. [ ± ].

Funktionsbeispiel: Alle Taster, die (alleine oder kombiniert) „Vorwärts” auslösen, sperren den Ausgangs–Transistor für „Rückwärts”, indem sie ihm den Basisstrom entziehen.

 

Der Empfänger

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 CMOSIC 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.

 

Demultiplexer mit IC 4067

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.

 

Ein– und Ausgangstabelle des IC 4067

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.
000101
001002
001103
010004
010105
011006
011107
100008
100109
101010
101111
110012
110113
111014
111115
 

Anzeige

 

Ausgänge

CMOSIC 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.

 
 
Ende der Seite.