PC unterstützte Steuerung

Das gesamte Car-System wird von einem PC mit TrainController gesteuert. Um entsprechend viele Fahrzeuge auf der komplexen Anlage ohne Beeinträchtigungen steuern zu können, ist entsprechend viel Rechenleistung notwendig. So verwenden wir einen Rechner mit AMD Phenom Prozessor mit 2 Kernen und jeweils 3,2 GHz Taktfrequenz.
Angeschlossen am PC ist ein HSI88 für die Rückmeldungen, eine DCC-Zentrale für die Kommunikation zu den Fahrzeugen, sowie eine Märklin-Zentrale zur Steuerung der Weichen (Servo-Decoder).

Steuerung per Funk
Während bei der Eisenbahn die Steuerbefehle von der Digitalzentrale oder vom PC über die Schiene in die Loks und damit an die Decoder gelangen, ist diese Technik beim Car-System nicht möglich. Die Fahrzeuge fahren mit Gummi-Reifen auf Holzstraßen, so dass eine Übertragung elektrischer Signale auf diesem Weg nicht möglich ist. Ein Ansatz ist die Verwendung von Infrarot zur Übertragung der DCC-Befehlen.  Infrarotempfänger sind preisgünstig und klein und damit leicht in den Fahrzeugen integrierbar. Allerdings kann ein Fahrzeug nur dann Steuerbefehle empfangen, wenn die Empfangsdiode eine Sichtverbindung zum Sender hat. Gerade im unterirdischen Bereich wird dies schnell zu einem Problem. Also müssen entsprechend viele solcher Infrarotsender auf einer größeren Anlage ober- wie auch unterirdisch installiert werden.

Es gibt inzwischen preisgünstige ICs, die einen kompletten Sende-Empfänger (Transceiver) samt digitaler Schnittstelle für die Kommunikation mit einem uController beinhalten. Die externe Beschaltung ist auf ein paar Induktivitäten und Kapazitäten zur Anpassung der Antennenimpedanz an den Eingang des Transceiver-Bausteins sowie einen Oszillator für die Frequenzgenerierung reduziert. Dadurch ist der Platzbedarf gering und der Einbau dieser Technik auch in Fahrzeuge mit weniger Platzangebot möglich. Wir haben uns für einen Transceiver entschieden, der im 433 MHz Bereich arbeitet und 9600 Bit/s in der Modulationsart FSK überträgt.

RF-Interface
Unser selbstentwickeltes RF-Interface ist an die Digitalzentrale angeschlossen und empfängt darüber die Befehle an die Fahrzeuge, die im DCC-Protokoll übertragen werden. Nach der Überprüfung des fehlerfreien Empfangs eines DCC-Telegramms packt der uController (ATMega8) im Interface das DCC-Telegramm in ein Format, welches über den Transceiver-Baustein verarbeitet und gesendet werden kann. Dabei wurde versucht, soweit wie möglich das ursprüngliche DCC-Protokoll beizubehalten. Einmal in der Luft kann das Datenpaket von jedem Fahrzeug in Reichweite empfangen und verarbeitet werden.

Im Fahrzeug gibt der Transceiver-Baustein die Daten über seine SPI-Schnittstelle wieder an einen Atmel uController (ATTiny461) weiter. Dieser überprüft zuerst den fehlerfreien Empfang anhand der mitgesendeten Checksumme. Stimmt die Zieladresse des Telegramms mit der Adresse des Fahrzeugs (Lokadresse im DCC-Protokoll) überein, wird der Befehl ausgewertet. Abhängig davon ändert das Fahrzeug dann seine Geschwindigkeit, schaltet das Bremslicht ein oder aus, setzt einen Blinker usw.. Lediglich das Lenken übernimmt nach wie vor ein kleiner Magnet in der Lenkung, der dem Eisendraht in der Fahrbahn folgt.

Praktischer Betrieb
Durch die ausreichend hohe Übertragungsrate von 9600 Bit/s können alle DCC-Kommandos von einem zentralen Sender uneingeschränkt und nahezu ohne Verzögerung gesendet werden. Es ist dabei egal, wo sich das Fahrzeug auf der Anlage gerade fährt, solange es in Reichweite des Senders befindet. Selbst im angrenzenden Werkstattraum konnten die Fahrzeuge während der Wartung und Reparatur gesteuert werden. Dies ist zum Beispiel sehr hilfreich, wenn für die Reinigung des Fahrzeugs dessen Antriebsachse sich langsam drehen soll.
Auch die Programmierung der Fahrzeuge mittels CV (Konfigurationsvariablen) ist implementiert. Die erfolgreiche Programmierung wird bestätigt durch Anschalten aller Blinklichter für kurze Zeit, ähnlich wie bei den (richtigen) PKW, wenn der Fahrer mit der Funkfernbedienung das Fahrzeug verriegelt.
Die ersten per Funk gesteuerten Fahrzeuge hatten sich zur Ausstellung am 6. Januar 2011 bewährt.


S88-Rückmeldesystem mit Hall-Sensoren
In der Fahrbahn direkt neben dem Fahrdraht eingefräste Hall-Sensoren erkennen das Feld des Magneten auf dem Fahrzeug-Lenkhebel und geben ein Signal an die selbstentwickelte und gebaute Rückmeldebaugruppe aus. Jeweils bis zu 16 Sensoren sind an eine solche Rückmeldebaugruppe angeschlossen. Über den S88 Bus sind diese Baugruppen an das HSI88 angeschlossen. Durch verbesserte Treiber auf den Baugruppen können wir auf geschirmte Leitungen verzichten. Auch die Leitungslänge des S88-Busses zwischen den Baugruppen ist völlig unkritisch.
Das HSI88 wiederrum kommuniziert über USB mit dem Steuerrechner.

Die Weiche wird durch einen Servo unter der Fahrbahn realisiert, der mit seinem Hebel das Ende des Fahrdrahtes in die gewünschte Fahrtrichtung bringt. Jeweils bis zu vier Servos werden von unseren selbstentwickelten Decodern angesteuert. Diese wiederrum werden von einer Märklinzentrale wie  Magnetartikeldecoder angesprochen.

Durch den Eigenbau können die Decoder sehr preisgünstig hergestellt werden. Das ist auch notwendig, da aktuell ca. 30 Servo-Decoder unter der Anlage im Einsatz sind.