Projekt 6: Individuelle Ampelschaltung

Zur Steuerung der Faller-Car-Autos an einer Straßeneinmündung benötigten wir eine Ampelschaltung, die den Verkehr regeln sollte. Die kommerziellen Anlagen konnten unseren Ansprüchen nicht genügen, und so war ein Selbstbau angesagt.

• universell einsetzbar, für 2 bis 5 Ampeln
• mit Rot-Überschneidung
• mit programmierbar unterschiedlich langen Grün-Phasen
• mit direkter Ansteuerung von Stop-Stellen
• mit einschaltbarer Gelb-Blinkphase

Prinzip:
Die Rot-Überschneidung war für uns sehr wichtig, da es ansonsten Unfälle auf der Kreuzung gegeben hätte. Diese Funktion rückt die Grün-Phasen der Ampeln zeitlich weiter auseinander.
Nach sehr vielen Versuchen und Fehlschlägen wurde folgendes Konzept erarbeitet:
Ein Taktgeber mit einem Takt von ½ Sekunde steuert einen Binärzähler (in der Abb. unten: "Oszillator und Adreßzähler") an; dieser adressiert ein EPROM. In diesem Baustein sind die Ampelphasen abgelegt, und zwar je 2 bit für jede der 3 möglichen Ampeln und 2 bit für interne Steuerungsaufgaben. Das ergibt 8 Bit Datenausgabe aus dem EPROM (aus D0 bis D7). Je 2 Bit werden so decodiert, daß damit eine einzelne Ampel gesteuert werden kann, unabhängig von den anderen Ampeln; s. dazu die Zeichnung "endgültige Decodierung", die eine einzige Ampel und den dazugehörigen Stop-Magneten ansteuert.

Der Decoder 4555 liefert an Q0 ein Signal, wenn an A,B '00' ansteht; an Q1 ein Signal, wenn an A,B '10' ansteht; usw.
Wenn die beiden Datenbits wie folgt programmiert werden:
00 = rot,
01 = rot/gelb,
10 = gelb,
11 = grün,
dann ergibt sich die einfache Dioden-Beschaltung hinter dem Decoder.

Den 4. Decoder, der die internen Steuervorgänge abwickelt, haben wir wie folgt programmiert:
00 = nicht eingreifen, d.h. normaler Ampel-Betrieb
01 = alle Ampeln aus,
10 = Ende Zyklus für 2 Ampeln,
11 = Ende Zyklus für 3 Ampeln,
was bedeutet:
00 = setzt Ausgang Q0: keine Aktivitäten,
01 = alle Ampeln aus: setzt Ausgang Q1, dieser schaltet die anderen 3 Decoder "aus",
10 = Ende Zyklus für 2 Ampeln: setzt Ausgang Q2, dieser setzt den Adreßzähler 4060 auf "0",
11 = Ende Zyklus für 3 Ampeln: setzt Ausgang Q3, dieser setzt den Adreßzähler 4060 auf "0".
Welcher der beiden Ausgänge den Adreßzähler auf "0" setzen darf, wird durch eine Steckbrücke auf der Platine entschieden. So kann auf einfache Weise die Platine vom 2-Ampel-Zyklus auf einen 3-er Zyklus umgestellt werden.
Auf dem EPROM ist 'unendlich' viel Platz, 32768 Bytes. Wir haben diesen Typ genommen, weil er aus alten C-64-Zeiten noch vorhanden war. Auch das Programmieren geschieht mit einem C64.
Der normale Ampelzyklus benötigt in unserer Version 88 Bytes, das ist eine Umlaufzeit von immerhin 44 sec. Man kann mehrere verschiedene Zyklen auf das EPROM brennen und diese dann durch äußere Beschaltung des EPROMs (Setzen eines höherwertigen Adreßbits) von einem zum anderen umschalten. Das 2. Programm bei uns ist ein Wechsel zwischen "aus" und "alle Ampeln auf Gelb". So erzeugen wir das Blinken.
An die Ausgänge müssen nur noch Endstufen für das Bereitstellen der Ströme geschaltet werden. Dazu reichen die ICs ULN 2004 bzw. ULN 2804 völlig aus. Wir haben die Vorwiderstände für die LEDs in den Ampeln gleich mit auf die Platine integriert.
Stop ist der Ausgang für die Faller-Car-Stopstelle. Sie ist immer eingeschaltet außer bei Grün.

Prinzipieller Verlauf der Ampel-Lichter,
wobei jede Phase individuell programmierbar ist,
im Takt von ½ Sekunde.

Was wir noch vorhaben ...
Der Umbau des Industriegeländes (s. auch unter 'news') 'beschert' uns eine Ampelanlage, die für Modellbahnbelange ausgesprochen kompliziert wird. Wegen diverser Fahrmöglichkeiten und Überschneidungen werden wir mit den bisher möglichen 3 unabhängigen Ampelansteuerungen nicht auskommen. Wir planen daher, parallel zu der hier beschriebenen Ampelschaltung eine 2. (und evtl. 3.) Schaltung zu bauen, die ihren Takt und ihre Organisation von der ersten beziehen werden. Wir hoffen, daß wir dann mit den vorhandenen maximal 127 möglichen Takten auskommen!!
;-)

01.05.2007:
Seit einigen Wochen erst einmal im Test mit der vollständigen zukünftigen Programmierung: die komplette Ampelsteuerung. Unten liegt die "Mutter" mit den Codiersteckern an der Seite, obendrauf drei Töchter. Die Ausgänge der Schaltungen liegen auf 16-poligen Pfostensteckern, die man an der hinten liegenden Seite der Platinen erahnen kann.

Bei der Planung unseres 'neuen' Faller-Car-Straßensystems kommen nun auch solche Fragen: Wenn wir schon die Fahrzeuge im Blocksystem fahren lassen wollen, wie machen wir es dann plausibel, daß mitten auf der Landstraße ein Auto abrupt stoppt und dann wieder weiterfährt? Dies führt dann zu Ideen wie 'Baustelle' oder 'Fußgänger-Überweg'. Wenn aber evtl. hier auch Ampeln installiert werden sollen, dann dürfen diese mit den anderen nicht 'durcheinanderwerkeln', sonst ist Chaos vorprogrammiert. Das bedeutet aber, daß für die gesamte Eisenbahnanlage nur eine einzige Mutter-Ampel in Betracht kommt und alle anderen von ihr taktmäßig abhängig sein müssen.
Das gibt eine Super-Ampelanlage von historischen Ausmaßen, mit einer "Mutter" und gleich drei "Töchtern". Wir werden Antrag stellen, in das 'Guinness-Buch der Rekorde' aufgenommen zu werden. (Kleiner Scherz)

Etwas ganz Wichtiges ist als Ergänzung der Ampelsteuerung in der Entwicklung: eine Zwischenelektronik, die für den Fall, daß sich hinter einer Ampel ein Rückstau gebildet hat, diese Ampel nicht auf Grün schaltet und somit die Fahrzeuge festhält, bis wieder 'frei' ist.

Für weitere Fragen stehen gern zur Verfügung:
- der MEC; Besichtigung und Fachsimpelei z.B. an unseren "Club-Abenden"
- der Autor: Hans Peter Kastner

Version vom: 01.05.2007; erstellt am: 15.04.2005
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