Ein skalierbares elekromechanisches Stellwerk auf der Basis von Arduinos

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#1 | Ein skalierbares elekromechanisches Stellwerk auf der Basis von Arduinos datum

28.01.2020 21:20 (zuletzt bearbeitet: 08.06.2021 20:00)

dr iv

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Beitr�ge:	2019
Registriert seit:	26.06.2011
Wohnort:	bei Dresden

Hallo Digitalfreunde,

der Zugetrieb in Niederwiesa wird durch das Legen von Fahrstrassen mittels einer Compurtsteuerung realisiert. Im Bahnhof gibt es eine Ortsgüteranlage, der durch Gleissperren von den Gleisen getrennt ist, die Zugfahrten gestatten.

In dieser Ortsgüteranlage soll es auch möglich sein, Rangierfahrten auch ohne Computer durchführen zu können. Es soll aber auch möglich sein, diesen Bereich vom Computer aus zu verwalten.
Es sind also Digitalcomponeten zu verwenden, die über einen Bus gesteuret werden. Im Fall des autonomen Betriebs, soll jedoch keine Zentrale notwendig sein, um diesen Bus zu bedienen. Von anfang an war es mein Ziel modellbahnübliche Techniken zu verwenden.

Dei letzte Zeit zeigte, dass auch andere Forumsmitglieder ähnliche Anforderungen haben und nach Lösungen suchen. Zum Beispiel sucht Kay für seine Bahnhoft Schwarzbach nach einer Lösung und Micha stellt seine nicht ganz digitalfreie Lösung für den Bahnhof Lödderitz vor.

Durch meine Gleisbelegtmelder habe ich mit dem Loconet Bekanntschaft schliessen dürfen. So ist nun einiges an Technik und Material vorhanden, um einen Loconet-Bus betreiben zu können. Es haben sich so auch Kabel, Stecker, Grimpzange, Kabeltester eingefunden.

Da meine Zentrale kein Loconet versteht, war ein Loconet-Buffer zum Anschluss über USB an den Computer notwendig. Dieser Buffer ist ein reiner Pegelumsetzer ohne Logikfunktion. Also sollte ein Loconet-Bus auch ohne Zentrale betreibbar sein. Nachforschungen ergaben, dass im Loconet jeder angeschlossene Modul gleichbereichtig ist und zum Betreiben nur eine Stromschleife notwenig ist.
Ich hatte also gefunden, was ich suchte. Es folgten einige Spielereien, die mir gezeigt haben, dass ich meinem Ziel ein kleines Stück näher gekommen bin.

Zunächst möchte ich aber noch einige organisatoren Gedanken los werden.

Im Anschluss möchte ich die Schlüsselbeiträge auflisten und verlinken, so dann man hier das Wichtigste zusamengefasst finden wird.
Sollten sich im Programmcoding Fehler befinden bzw. neue Erkenntbisse sich ergeben, werde ich die in den Schlüsselbeiträgen anpassen.
Ich habe nur Ideen, die mit kleinen Test mit Arduinos untermauert sind, aber kein fertiges Konzept. Ich freue mich auf eine rege Beteiligung, egal welcher Art, wenn es dem Ziel dient.

Verweise auf Schlüsselbeitrage:

die verwendete Hardware und externe Software, Stand 29.01.2020

das Arduino-Projekt LnModule mit Struktur, .ino Datei und Modulbeschreibung, Stand 28.02.2020

eigene Bibliotheken, Stand 26.02.2020

die abstrakte Klasse LnMultiModule als Kapsel um die LocoNet Bibliothek, Stand 27.02.2020

der Monitor (Klasse LnMonitorModule), Stand 28.02.2020

der Servo-Modul (Klasse LnServoModule) , Stand 06.03.2020

Als erstes möchte ich das Programm eines Monitors vorstellen, welches die Nachrichten auf dem Bus visuell darstellt.

Zm Einstieg in die Technik des Arduinos und die Programmierumgebung möchte ich auf die Beiträge im Netz und von Micha verweisen. Um das Programm übersetzen zu können, muss zuvor die Bibliothek LocoNet der neusten Version über den Menüpunkt Werkzeuge-> Bibliotheken verwalten installiert werden.

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#include <LocoNet.h>
lnMsg        *LnPacket;
 
#define LOCONET_TX_PIN 7
 
const uint8_t ledPin = 13;
 
void setup() {
  LocoNet.init(LOCONET_TX_PIN);  //First initialize the LocoNet interface
 
  // Configure the serial port for 57600 baud
  Serial.begin(115200);  //
  Serial.println("LocoNet Monitor");
}
 
void loop() {
  //  const unsigned int ledPinMaxCount = 10000;
  //  static unsigned int ledPinCount = ledPinMaxCount;
  //  static boolean ledPinToggle = true;
  //
  //  if (ledPinCount < ledPinMaxCount) ledPinCount++;
  //  else {
  //    ledPinCount = 0;
  //    digitalWrite(ledPin, ledPinToggle);
  //    ledPinToggle  ^= true;
  //  }
 
  //Check for any received LocoNet packets
  LnPacket = LocoNet.receive() ;
  if ( LnPacket ) {
 
    //If this packet was not a Switch or Sensor Message then print a new line
 
    unsigned char opcode = (int)LnPacket->sz.command;
 
    if (opcode == OPC_GPON)  {        // GLOBAL power ON request 0x83
      digitalWrite(13, HIGH);
    } else if (opcode == OPC_GPOFF) { // GLOBAL power OFF req 0x82
      digitalWrite(13, LOW);
    } else {
      if (!LocoNet.processSwitchSensorMessage(LnPacket));
    }
//    Serial.println();
  }
}
 
// This call-back function is called from LocoNet.processSwitchSensorMessage
// for all Sensor messages
void notifySensor( uint16_t Address, uint8_t State ) {
  printCommand();
 
  Serial.print("Sensor: ");
  Serial.print(Address, DEC);
  Serial.print(" - ");
  Serial.print( State ? "Active" : "Inactive" );
  Serial.println();
}
 
// This call-back function is called from LocoNet.processSwitchSensorMessage
// for all Switch Request messages
void notifySwitchRequest( uint16_t Address, uint8_t Output, uint8_t Direction ) {
  printCommand();
  
  Serial.print("Switch Request: ");
  Serial.print(Address, DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.print(Direction);
  Serial.print(  Direction ? "Closed" : "Thrown");
  Serial.print(" - ");
  Serial.print(Output);
  Serial.print(  Output ? "On" : "Off");
  Serial.println();
}
 
// This call-back function is called from LocoNet.processSwitchSensorMessage
// for all Switch Report messages
void notifySwitchReport( uint16_t Address, uint8_t Output, uint8_t Direction ) {
  printCommand();
 
  Serial.print("Switch Report: ");
  Serial.print(Address, DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.print(Direction ? "Closed" : "Thrown");
  Serial.print(" - ");
  Serial.print(Output ? "On" : "Off");
  Serial.println();
}
 
// This call-back function is called from LocoNet.processSwitchSensorMessage
// for all Switch State messages
void notifySwitchState( uint16_t Address, uint8_t Output, uint8_t Direction ) {
  sendOpcLongAck(OPC_SW_STATE);
 
  printCommand();
  
  Serial.print("Switch State: ");
  Serial.print(Address, DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.print(Direction);
  Serial.print(  Direction ? "Closed" : "Thrown");
  Serial.print(" - ");
  Serial.print(Output);
  Serial.print(  Output ? "On" : "Off");
  Serial.println();
}
 
// This call-back function is called from LocoNet.processPowerTransponderMessage
void notifyMultiSenseTransponder( uint16_t Address, uint8_t Zone, uint16_t LocoAddress, uint8_t Present ) {
  printCommand();
 
  Serial.print("MultiSenseTransponder: ");
  Serial.print(Address, DEC);
  Serial.print(':');
  Serial.print("Zone: ");
  Serial.print(Zone, DEC);
  Serial.print(';');
  Serial.print("LocoAddress: ");
  Serial.print(LocoAddress, DEC);
  Serial.print("; ");
  Serial.print(LocoAddress, HEX);
  Serial.print(";");
  Serial.print("Present: ");
  Serial.print(Present, DEC);
  Serial.println();
}
 
void printCommand() {
  //First print out the packet in HEX
  unsigned long runTime = millis();
  Serial.print(runTime);
  Serial.print("\t");
  
  Serial.print("RX: ");
  uint8_t msgLen = getLnMsgSize(LnPacket);
  for (uint8_t x = 0; x < msgLen; x++)
  {
    uint8_t val = LnPacket->data[x];
    //Print a leading 0 if less than 16 to make 2 HEX digits
    if (val < 16)
      Serial.print('0');
 
    Serial.print(val, HEX);
    Serial.print(' ');
  }
}
 
void sendOpcLongAck(uint8_t opcode) {
  lnMsg SendPacket ;
 
  SendPacket.lack.command = OPC_LONG_ACK ;
  SendPacket.lack.opcode  = opcode & OPC_MASK ;
  SendPacket.lack.ack1    = OPC_MASK ; 
 
  LocoNet.send( &SendPacket );
#if testLevel
  Serial.println("==============================sendLongAck============================");
#endif
}
 

Zum Ausführen kann ein Arduino Uno oder Arduino Pro Mini ( 5V, 16MHz) verwendet werden. Jedoch ist weitere Hardware zum Anschluss an einen Loconet-Bus notwendig.

Im nächsten Beitrag soll es darum gehen, wie man einen einfachen Loconet-Bus aufbauen, betreiben kann und welche Hardware für den Anschluss von Modulen notwendig ist.

In weiteren Beiträgen möchte ich dann den Monitor in einer anderen Programmierweise nochmals vorstellen und dann auch erklären.

Erstes Ziel soll es sein, eine funktionierende Nachrichtenübertragung zu erreichen, indem Stellbefehle ausgelöst, übertragen und auszuführt werden können.

Viele Grüße
Manfred

DR Epoche IV b und c, H0 2L mit Tillig Elite und Weinert MG, RP25 Code 88, Code 100 und NEM, DCC, Zimo
Bahnhof Niederwiesa
Fahrzeuge des Bw Nossen
BR 110 Roco, Digitalumbau


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