Alex Lok

Selbstbau einer digitalen Modelleisenbahn

Technik - Zentrale

Stand: Januar 2018

Selbstbau Zentrale

Unsere Zentrale verfügt über keinerlei Bedienelemente, denn die gesamte Steuerung der Modellbahn erfolgt ausschließlich über den PC. An der Frontseite befindet sich lediglich der Anschluss für die Verbindung zum Booster. Die Stromversorgung der Zentrale sowie die Stromversorgung der an die Zentrale angeschlossenen Peripherie wird aus dem Netzteil des Boosters bezogen. Das Voltmeter zeigt die vom Boosternetzteil gelieferte Spannung an. Das Amperemeter zeigt die Summe des Stromverbrauchs der Zentrale selbst sowie den Stromverbrauch der an die Zentrale angeschlossenen Peripherie an. Die drei LED's +5V, +12V und +15V signalisieren die korrekte Funktion der internen Stromversorgung.

Zentrale - Frontseite
Zentrale Frontseite

Anschlüsse

An der Rückseite der Zentrale befinden sich folgende Anschlussbuchsen/Stecker: PC-Interface, Programmiergleisanschluss, Peripheriebusanschluss, Schattenbahnhofanschluss sowie vier Handregleranschlüsse.

Zentrale - Rückseite
Zentrale Rückseite

Schnittstelle PC

Die Verbindung zwischen PC und Zentrale erfolgt über den digitalen Mess- und Steueradapter EXDUL-142 von Wasco®. Der Adapter wird am PC an eine USB-Schnittstelle angeschlossen und stellt an seiner 37-Poligen D-Sub-Buchse 24 digitale Ein-/Ausgangsleitungen mit TTL-Pegel zur Verfügung. Die drei Ein-/Ausgabeports sind in Gruppen zu je acht Leitungen als Ein- oder Ausgänge programmierbar. Ich verwende Port A und B für die Datenausgabe an die Zentrale und Port C zum lesen der Daten von der Zentrale. Softwareseitig ist der Adapter EXDUL-142 als virtueller COM-Port ansprechbar. Eine Baudrate von 57600 ermöglicht die Übertragung von ca. 1000 Bytes pro Sekunde zwischen PC und Zentrale.

Wasco® EXDUL-142
Wasco® EXDUL-142   http://www.wasco.de/php/usb_ttl.php

Schnittstelle Peripheriebus

Die Verbindung zwischen Zentrale und Peripheriemodulen wird durch ein 40-poliges Flachbandkabel realisiert. Das Flachbandkabel verläuft unter der Modellbahnanlage und kann an beliebigen Stellen mit Schneid-Klemm-Buchsen zum Anschluss von Magnetartikel-Decodern, Signal-Decodern und Gleis-Rückmelder-Encodern versehen werden. Neben der Übertragung der erforderlichen Steuersignale für die Peripheriemodule erfolgt die Stromversorgung der Peripheriemodule sowie die daran angeschlossenen Weichenantriebe, Entkupplungsgleise, Signale, Gleis-Rückmelder etc. ebenfalls über dieses Kabel.

40-poligen Peripheriebus-Flachbandkabel
Zentrale - Peripheriebusschnittstelle
Peripheriemodule angeschlossen am 40-poligen Peripheriebus-Flachbandkabel
Peripheriemodule angeschlossen am 40-poligen Peripheriebus-Flachbandkabel

Schnittstelle Schattenbahnhof

Der Weichenfreie Schattenbahnhof in Ausführung einer 15-gleisigen Schiebebühne wird an die 15-polige D-Sub-Buchse angeschlossen.


Schnittstellen für Handregler

Es sind vier 9-polige D-Sub-Buchsen für den Anschluss von Handreglern vorhanden.

Handregler
Handregler
Zwei Handregler
Zwei Handregler

Die Technik der Zentrale

In dem robusten Aluminiumgehäuse, das mein Vater angefertigt hat, sind folgende Platinen untergebracht: Stromversorgung, Programmiergleisbooster, Schattenbahnhofsteuerung, Peripheriebussteuerung, Handreglerauswertung und DCC-Generator.

Vollständig bestückte Zentrale
Vollständig bestückte Zentrale
Vollständig bestückte Zentrale
Vollständig bestückte Zentrale

Modularer Aufbau der Zentrale

Im nächsten Bild ist auf der linken Seite die Stromversorgungsplatine zu sehen, die im wesentlichen aus drei DC/DC-Konvertermodulen aufgebaut ist. Diese stabilisieren die erforderlichen Spannungen +5,5V (4A), +12,5V (1A) und +15,5V (1A) für die Zentrale und die Peripherie. Die hier verbauten DC/DC-Konvertermodule verfügen über einen äußerst flexiblen Eingangsspannungsbereich von 18 bis 36 Volt und können deshalb direkt mit der ca. 25V unstabilisierten Spannung aus dem Hauptboosternetzteil versorgt werden. Für das Voltmeter und das Amperemeter an der Frontseite werden zwei galvanisch getrennte 9V Spannungen benötigt, die von der kleinen Platine (oberhalb der Hauptstromversorgungsplatine) bereit gestellt werden. Die beiden Anzeigemodule Voltmeter und Amperemeter haben wir nicht selbst gebaut. Im hinteren Bereich des Gehäuses ist die Programmiergleisboosterplatine zu sehen. Der Programmiergleisbooster verfügt über ein separates DC/DC-Konvertermodul mit den Ausgangsspannungen +/-18V (1A) und wird ebenfalls vom Netzteil des Hauptboosters gespeist. In der Gehäusemitte ist die erste von vier Hauptplatinen, die Schattenbahnhofsteuerungsplatine montiert.

Zentrale - Schattenbahnhofsteuerung
Zentrale - Schattenbahnhofsteuerungsplatine
Stromversorgungsplatine
Stromversorgungsplatine
Stromversorgungsplatine für Volt-/Amperemeter
Stromversorgungsplatine für
Volt-/Amperemeter
Programmiergleisboosterplatine
Programmiergleisboosterplatine
Programmiergleisboosterplatine (Lötseite)
Programmiergleisboosterplatine (Lötseite)

Schaltplan: programmiergleisbooster.pdf

Schattenbahnhofsteuerungsplatine
Schattenbahnhofsteuerungsplatine
Schattenbahnhofsteuerungsplatine (Lötseite)
Schattenbahnhofsteuerungsplatine (Lötseite)

Schaltplan: schattenbahnhofsteuerung.pdf


Im nächsten Bild ist über der Schattenbahnhofsteuerungsplatine die zweite von vier Hauptplatinen, die Peripheriebussteuerungsplatine montiert.

Zentrale - Peripheriebussteuerung
Zentrale - Peripheriebussteuerungsplatine
Peripheriebussteuerungsplatine
Peripheriebussteuerungsplatine
Peripheriebussteuerungsplatine (Lötseite)
Peripheriebussteuerungsplatine (Lötseite)

Schaltplan: peripheriebussteuerung.pdf


Im nächsten Bild ist über der Peripheriebussteuerungsplatine die dritte von vier Hauptplatinen, die Handreglerauswertungsplatine montiert.

Zentrale - Handreglerauswertungsplatine
Zentrale - Handreglerauswertungsplatine
Handreglerauswertungsplatine
Handreglerauswertungsplatine
Handreglerauswertungsplatine (Lötseite)
Handreglerauswertungsplatine (Lötseite)

Schaltplan: handreglerencoder.pdf


Im nächsten Bild ist über der Handreglerauswertungsplatine die vierte und vorläufig letzte Hauptplatine, die DCC-Generatorplatine montiert.

Zentrale - DCC-Generatorplatine
Zentrale - DCC-Generatorplatine
DCC-Generatorplatine
DCC-Generatorplatine
DCC-Generatorplatine (Lötseite)
DCC-Generatorplatine (Lötseite)

Schaltplan: dcc-generator.pdf


Im Gehäuse wäre noch Platz für eine weitere Steuerungsplatine, die auch möglicherweise noch hinzukommt, sollten wir uns zum Bau eines zweiten weichenfreien Schattenbahnhofs in Ausführung einer Schiebebühne entschließen.

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Zentrale und Booster

Stromversorgungsplatine

Stromversorgungsplatine Volt-/Amperemeter

Programmiergleisboosterplatine

Schattenbahnhofsteuerplatine

Peripheriebussteuerplatine

Handreglerauswertungsplatine

DCC-Generatorplatine

Zwei Handregler

Gleis-Rückmelder

Gleisrückmeldemodule

Gleisrückmeldemodul-multi

Signal-Dekoder

Gleis-Rückmelder-Encoder

Magnetartikel-Dekoder

Zugerkennungsmodul

Stromversorgungsplatine

Stromversorgungsplatine Volt-/Amperemeter

Programmiergleisboosterplatine

Schattenbahnhofsteuerplatine

Peripheriebussteuerplatine

Handreglerauswertungsplatine

DCC-Generatorplatine

Zwei Handregler

Gleis-Rückmelder

Gleisrückmeldemodule

Gleisrückmeldemodul-multi

Signal-Dekoder

Gleis-Rückmelder-Encoder

Magnetartikel-Dekoder

Zugerkennungsmodul

Stromversorgungsplatine

Stromversorgungsplatine Volt-/Amperemeter

Programmiergleisboosterplatine

Peripheriebussteuerplatine
modellbahn.rainer-schroeder.de