Bezetmelders en terugmelding via de S88 bus

Met de bezetmelders wordt de positie van de treinen via de S88 bus en de Intellibox centrale aan het Koploper programma doorgegeven. Deze gegevens zijn essentieel voor het automatisch laten rijden van de treinen. 

Koploper houdt bij of een blok al of niet bezet is, maar weet in principe niet welke trein het is. Door bij het opstarten voor elke trein aan te geven in welk blok hij staat kan Koploper wel de treinen volgen. Als je Koploper netjes afsluit wordt voor alle treinen de positie op de baan bewaard zodat na opstarten het volgen van de treinen hervat kan worden.

Op de site van BenluxSpoor.net worden een aantal manieren voor terugmelding en/of bezetmelding gegeven.

Eerste oplossing met stroomdetectie

Bij stroomdetectie onderbreek je een stukje rails. Dit deel van de rails wordt dan gevoed via een diodebrug met steeds 2 diodes in serie. Zodra een trein in dit detectiegebied komt zal er stroom door de diodebrug lopen. Er ontstaat nu een spanning van ca. 1,4V over de brug. Deze stuurt via een weerstand een optocoupler. De weerstand is nodig om te voorkomen dat de optocoupler wordt opgeblazen. De uitgang van de optocoupler wordt (via Cat5 kabel) aangesloten op één van de ingangen van de RM-88-N S88 bus interface kaart. Vier van deze detectors worden op één interface kaart geplaatst. In totaal zijn voor mijn baan 21 van deze interfaces nodig. Achteraf is door vereenvoudiging (2 blokken uit Koploper verwijderd) één  interface kaart komen te vervallen. Dit zijn best grote aantallen, zeker als je ze met de hand moet bedraden.
In de onderstaande figuren wordt dit toegelicht en is ook mijn eerste met de hand bedrade print te zien.te zien.

In eerste instantie heb ik dus gebruik gemaakt van stroomdetectie zowel bij het begin als einde van een blok. Deze methode bleek een paar problemen bij mij op te leveren:

• Treinen of treinstellen moeten met het eerste rijtuig/wagon/loc dat een blok binnen rijdt een melding genereren, dus ook als er achteruit een blok binnen gereden wordt. Hetzelfde geldt ook voor tweede detectiepunt van een blok. Om alle treinen en wagons aan deze voorwaarde te laten voldoen is voor mij ondoenlijk (vervangen van wielen, sleepcontacten, etc) en niet echt betrouwbaar.
• Door spanningsverschillen die ontstonden door de diodebruggen werd er bij o.a. mij Syntus (trekt stroom op 3 draaistellen) bij de keerlus niet op de eerste detectie gereageerd waardoor bij het binnenrijden van de lus sluiting kon ontstaan. Voor liefhebbers wil ik dit nog wel nader toelichten.
  

Bezetmelding anders en terugmelding via de S88 bus

Dit alles heeft mij doen besluiten om over te gaan om een simpele en betrouwbare manier van detectie met magneetjes en bijbehorende schakelaars. Tot nu toe werden hiervoor voornamelijk reed-relais toegepast.  Ik heb gekozen voor Hall effect schakelaars (zeer klein en goedkoop). Verder moeten er kleine supermagneetjes onder de voertuigen geplakt worden.

Verder heb ik ook besloten de keerlus module hier op aan te passen, dus een nieuwe te maken. Het verhaal is hiermee nog niet af. Ik was vergeten dat doordat ik geen stroomdetectie meer toepas er ook geen onderbrekingen in de rails hiervoor meer nodig zijn. De Hall sensors zijn zijn overal te plaatsen. Dit gegeven en het feit dat ik toch een nette printplaat wil maken hebben mij doen besluiten tot het maken van mijn Ultieme keerlusmodule.

De nieuwe bezetmelders bestaan uit een Hall effect schakelaars. Onder de treinstellen en/of wagons wordt een sterk (super) magneetje geplaatst. Dit magneetje bedient de schakelaar zolang hij dicht genoeg bij is. Via een interface kaartje wordt het signaal m.b.v. Cat5 kabels doorgegeven aan één van de centraal opgestelde S88 interface kaarten. Vanaf hier is dit hetzelfde als bij de vorige stroomdetectie oplossing.

Achtergrondinformatie heb ik gevonden op de site van Allegro.
Deze informatie is na te lezen in de applicatie note: AN296069-Unipolar-Hall-Effect-Sensor-IC-Basics.pdf

Even opletten, er zijn 2 soorten sensoren: Bi-polair en Uni-polair. De Bi-polaire schakelt om van uit naar aan als de magneet er boven komt en blijft zo staan totdat de magneet een tweede keer er boven komt. Dit moeten we niet hebben. We kiezen dus voor de Uni-polaire versie: schakelt aan als de magneet er boven komt en weer uit zodra de magneet weer weg is. Ik heb het type 3144 gekozen. Deze is is o.a. bij de firma TinyTronics te krijgen (€0,30 per stuk). Na eerst wat testen hiermee gedaan te hebben heb ik de rest bij AliExpress besteld, scheelt nog wel wat.

Uit de applicatie note van Allegro heb ik nog de volgende 2 plaatjes gehaald die de werking illustreren.

• Het eerste plaatje laat zien dat er een stroom door de sensor loopt en een magnetisch veld aanwezig is er een spanning gegenereerd wordt.
  
• Het tweede plaatje laat dit in grafiek vorm zien. Wat belangrijk is dat er een hysterese aanwezig is. Dit voorkomt het 'klapperen' van het uitgangssignaal.

Hier onder het blokschema van de sensor. Door een spanning op pinnen 1 en 2 aan te leggen loopt er  een stroom door de sensor. Zodra er een voldoende sterk magnetisch veld is zal de transistor gaan geleiden.

De sensor heb ik met 3 draadjes en wat krimpkous aangesloten. De draden zijn afkomstig van Cat5 kabel (soepel getwist). Cat5 pas ik overal toe, ook vanwege systematisch kleur codering.
Op het middelste plaatje is de ware grootte goed te zien. Hier is ook het magneetje te zien (8mm in doorsnee en 2mm dik). Ik heb ze via Bol.com  besteld.
Op de rechter foto zie je een geplaatste sensor: gaatje boren en sensor met een drupje lijm vastzetten.

De nieuwe interface kaart

Voor het aansluiten van de bezetmelder op de S88 bus is een interfacekaart nodig.

Dit is de oude interfacekaart waar we gebruik maken van stroomdetectie. Links zijn 4x2 aansluitingen voor het onderbroken railstuk te zien. Als er stroom door de diodebruggen loopt ontstaat er een spanning die via een kleine weerstand één van de 4 poorten van de opto-coupler aanstuurt. Rechts  4x2 uitgangen die via een Cat5 kabel met de S88 bus modules (16-voudig). De modulariteit van de Cat5 kabel (4x2) is erg handig, dus één kabel per module en 4 Cat5 kabels per S88 module.

Hieronder de nieuwe interfacekaart. De opto-coupler en de 4x2 aansluitingen naar de S88 module zijn gelijk gebleven. Op de printplaat zijn de gebruikte kleurcoderingen van de Cat5 kabel aangegeven. Rechts is een afgemonteerde printplaat te zien.

 Opmerking: Links is abusievelijk vermeld +5V=. Dit had +11.3V= moeten zijn. Dits is namelijk de voedingsspanning 12V= minus de 0.7V spanningsval over de beveiligingsdiode. Het is allemaal niet zo kritisch maar toch...

Testen van de Hall sensors en de Terugmeld interface kaarten

Om achteraf vervelende  problemen tegen te komen probeer ik alle onderdelen van te voren te testen. Nadat een Hall sensor van bedrading is voorzien test ik de werking met een klein hulp printje met een LED. Zo heb ik toch één defecte sensor gevonden. Het zou vervelend zijn als deze al op de baan gemonteerd zou zijn.

Voor de interface kaarten (21 stuks) heb ik ook wat hulpmiddelen gemaakt om ze snel te kunnen testen zonder iedere keer weer de schroefjes los en vast te hoeven draaien. Het printje kan je in de aansluit blokjes van de uitgang steken. De +/- ingang wordt verbonden met een 12v+ voedingsadapter. Hier vanuit wordt ook  de interface module gevoed. Op het printje links zijn 2 Hall sensors aan gesloten. Hiermee kunnen 2 ingangen tegelijk getest worden. Op het printje ligt ook een klein magneetje. Door de Hall sensors (aan het uiteinde van de draden gemonteerd) boven het kleine magneetje te houden wordt één van de ingangen getest.

Aansluiten van de terugmeld interface kaarten op de S88 RM-88-N modules

De S88 terugmeld modules zijn op één locatie dicht bij de Intellibox op een plank gemonteerd die onder de baan geschoven kan worden. geplaatst.

Alle terugmeldinterface kabels komen in één van de 2 goten binnen en zijn daar genummerd (B4 ontbreekt en B5 wordt niet meer gebruikt). Van één Cat5 kabel worden de 4 retour draden aan elkaar verbonden via een aantal kroonsteentjes en met de aarde aansluiting van de 7 S88 RM-88-N modules verbonden (groene draden). De andere 4 draden van een Cat5 kabel worden naar één van de ingangen van de RM-88-N modules gerangeerd, zie ook de pagina over bedrading.

Voor de verbindingen van de S88 modules met de (nieuwe) terugmeld interface kaarten wordt een Cat5 kabel toegepast. Door de getwiste bedrading is deze ongevoelig voor storingen. Voor meer informatie over de bekabeling en (kleur) coderingen zie de beschrijving.

Timing S88 bus gemeten voor 1 en 2 units