Ansteuerung Tasten und Leuchten des L20-Pults von E-Tal

[stblassitude]

Um E-Tal auch ohne die Relaistechnik benutzen zu können, ist ein Auslesen der Tasten und Schalter sowie eine Ansteuerung der Lampen und Zählwerke notwendig.

Rahmenbedingungen:

• Die Elektronik kann vollständig in das Pult eingebaut werden. Es muss keine Potentialtrennung, Fremdspannungsschutz, etc. berücksichtigt werden
• Die Glühlampen haben eine Nennspannung von 12V. Zur vorbildgerechten Ansteuerung gehört eine Heizspannung zur Verlängerung der Lebensdauer und eine niedrige Ein-Spannung.
• Das Pult meldet Tastendrücke und Schalterstellungen per MQTT und empfängt Lampenzustände und Zählimpulse per MQTT.
• Es werden 27 Eingänge und 159 Ausgänge benötigt:
  • 27 Eingänge:
  • 18 Innentasten
  • 9 Außentasten
  • 159 Ausgänge:
  • 152 Leuchtmelder
  • 5 Zählwerke
  • 2 Wecker
• Zur Verbindung mit den anderen Stellwerken wird benötigt:
  • Schaltausgänge
  • Weichenlagemelder 6×1 Um
  • Signalmelder 4×1 Um
  • Blockstrom Df 2×1 Ein
  • Eingänge
  • Gleisbelegung 2+3+2 = 7
  • Blockstrom Df 2×1

Lösungsansatz

• Als Steuerkomponente dient ein Raspberry Pi. Die Anbindung an andere Stellwerke erfolgt über MQTT per WLAN oder Ethernet, der Ethernet-Anschluß des RPi wird dazu aus dem Pult herausgeführt.
• Die Eingänge (Taster und Schalter) werden als kaskadierte Schieberegister (74'589) ausgeführt. Die Eingänge ziehen dabei den Pegel auf 0V; ein Pullup hält den Pin ansonsten auf 3.3V
  • Alternativ kann ein MCP23017 eingesetzt werden. Wegen der integrierten Pullups ist der Aufbau einfacher.
• Die Ausgänge werden als Kombination aus kaskadiertem Schieberegister (74'595) und achtfach Darlington-Treiber ULN2803A ausgeführt. Die Darlingtons schalten 12V mit jeweils bis zu 350mA. PWM zur Leistungssteuerung wird in Software implementiert.
  • Alternativ kann statt '595 ein PWM-LED-Treiber PCA9685 verwendet werden.
• Für die Ein- und Ausgänge werden Platinen entworfen, die gut in das Pultgehäuse passen. Die einzelnen Ein- und Ausgänge werden über Pfostenleisten angeboten; zur Verdrahtung werden Flachbandkabel an die Platine und die Einzeladern an die entsprechenden Tischfelder angeschlossen.
  • Die Platinen werden über Kaskadierungsverbinder zu einer Schleife verbunden. Ebenfalls Pfostenverbinder, die die notwendigen Signale (serielle Daten, Takt, Latch) sowie Versorgungsspannungen (3.3V, 12V) transportieren.
  • Mögliche Kombination: 2x25 Pfostenverbinder für 48 Ein- oder Ausgänge plus 2x Masse. Für die Eingänge sind das 6x '589; für die Ausgänge 6x ULN2803A und entweder 6x '595 oder 3x PCA9685.
• 1 Board Eingang (48 Stück), 4 Boards Ausgang (4x 48 = 192)
• Der Anschluß an den RPi erfolgt über einen RPi-Hat, der den Kaskadierungssteckverbinder mit dem RPi Expansionheader verbindet und ggf. die Spannungsversorgung bereitstellt (MP1584, günstiges Modul bei Ali).
• Beschriftung der Adern zu den Tischfeldern, z. B. mit LAPP PA 02

Bei Verwendung von MCP23017 und PCA9685 passiert die ganze Ansteuerung über I2C.

Verbindung zum Leuchttableau, zum Lokführerpult und zu Df

Die Weichenlage und die Signalstellung soll weiterhin am Leuchttableau angezeigt werden. Dazu müssen entsprechende Spannungen auf die Glühlampen gegeben werden. Es ist notwendig, die Leitungen zu identifizieren, über die die Glühlampen aktuell angeschlossen sind (Relais-Gestell?).

Zur Fahrstraßenauflösung muss die Gleisbelegung vom Lokführerpult übermittelt werden. Entweder müssen die bestehenden Leitungen identifiziert und angeschlossen werden, oder eine Baugruppe im Lokführerpult übermittelt die Gleisbelegung direkt von den Schaltern per MQTT.

Für die beiden Streckenblöcke gilt das gleiche: bestehende Verkabelung identifizieren, oder eine Baugruppe direkt in das Blockfeld in Df integrieren, die die Stellung des Feldes über einen Riegelstangenkontakt abnimmt, und den Blockstrom per Relais einschaltet. Ein ESP reicht für die MQTT-Verbindung aus.

Mechanik

Die gesamte Elektronik soll komplett im Gehäuse des Tisches unterkommen. Wegen der relativ engen Konstruktion muss ein guter Entwurf her. Da man an die Unterseite der Tischfelder nicht (ohne weiteres) herankommt, scheint es sinnvoll, die Steuerplatinen auf einem Blech zu montieren, dass unten in den Rahmen eingeschoben werden kann. Die Leitungen müssen dann lang genug sein, dass das Blech komplett herausgezogen werden kann. Elektrisch ist das kein Problem, aber ob dafür genügend Platz im Rahmen zur Verfügung steht, muss geprüft werden.

Verdrahtung Tischfelder – Steuerung

Die vorhandenen Lötverteiler können vielleicht wiederverwendet werden, es stehen allerdings nicht genügend Kontakte für alle Tischfelder zur Verfügung. Der Anschluß sollte besser direkt vom Pfostenverbinder/Flachbandkabel direkt an den entsprechenden Kontakt des Tischfeldes erfolgen. Ggf. ist es notwendig, dazu das jeweilige Tischfeld auszubauen.

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@dl8xas Wie viele Ein- und Ausgänge brauchen wir für das Pult?

[dl8xas]