WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

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michaelb
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WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von michaelb » Di 26. Mär 2013, 00:36

Hallo Kollegen!

WLANCROC mit einer Stainz - wie könnte das aussehen?

Angeregt duch Kleinschmiede und sein Interesse an einer kleinen WLAN-Lok möchte ich hier etwas Ideenfindung betreiben und die Möglichkeiten ausloten.

Nach aktuellem Stand des Projektes ist soetwas mit unseren derzeitigen Komponenten noch nicht möglich, aber grundsätzlich unmöglich ist es keineswegs!

Ich gehe jetzt mal von der kompromisslosen Lok-ohne-Wagon-Lösung aus. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse wird man sich mit einem beschränkten Funktionsumfang begnügen müssen. Welche Funktionen verlangt denn die Stainz überhaupt (an Beleuchtung usw.)?

Die verwendete Elektronik sollte hochintegriert und auf möglichst wenigen Boards und Boardfläche verteilt sein. Ein Linuxboard scheint mir in diesem Fall ohnehin wenig sinnvoll. Das Raspberry Pi scheidet aufgrund der Board-Maße aus und selbst das kleinere Carambola (45x35mm) könnte schon zu groß sein?

Ein Microcontroller-Board aus der Arduino Nano Klasse (43x18mm) halte ich für eine gute Ausgangsbasis für Dampfkessel-Loks. Ein ATMega328 (32kB Falsh, 2kB RAM) sollte mit einer abgespeckten Lok-Software betreibbar sein. Eventuell muß man auch softwareseitig auf einige Features verzichten. Was in diesem Zusammenhang besonders interessant ist, wurde im alten WLANCROC-Thread schon einmal angesprochen: das "Baby Orang Utan"-Board von Pololu. Es ist nicht nur kleiner (30x18mm) als ein Arduino Nano, sondern hat neben dem gleichen Prozessor (ATMega328) und einem Spannungswandler auch eine doppelte H-Brücke als Motor-Treiber (12V, 1A Dauerbetrieb / 3A Peak pro Kanal) an Board! Das sollte für die Stainz eigentlich reichen. Mit diesem Board hätte man schon ordentlich Platz eingespart.

Gepaart mit einem kleinen WLAN-Modul wie dem RN131 oder RN171 und ihren diversen Varianten (incl. Auswahl einer geeigneten ext. Antenne) wird das Ganze schon fast rund. Einen LED-Controller über I2C wird man auch noch irgendwo reinpacken können. Dann muß man sich "nur" noch um die Stromversorgung kümmern. Hier ist nochmal ordentlich Hirnschmalz gefordert (und das ist heute schon aus :roll:), um mit möglichst wenig Platzbedarf möglichst viel zu erreichen. Die WLAN-Verbindung verlangt auf jeden Fall eine unterbrechungsfreie Stromversorgung - ansonst hat man nicht wirklich Spaß beim Fahren. Die Steuerungssoftware ist nach einer Unterbrechnung sofort wieder einsatzbereit, der Start des WLAN-Moduls und das Neuverbinden über WLAN dauert aber ein wenig.

Ich bin auf weitere Ideen gespannt!

Schöne Grüße,
Michael

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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von IPTRAIN » Di 26. Mär 2013, 06:28

Hallo Michael,

die preisgünstigste Ideee, um so etwas umzusetzen, wäre ein RaspberryPi Board ins Führerhaus unter das Dach (bei der V3 von TrainLine geht das ...! :lol: ... vielleicht auf der Dortmunder Modellbaumesse zu besichtigen .... :mrgreen: ). Und zwar das Modell Typ A - braucht nur die Hälfte Strom - reicht aber völlig aus - mit "nur" einer USB Buchse etc.
Entwickeln kann man ja auf einem B-Board, danach einfach die SD-Card in das A-Board der Stainz einstecken - ist kompatibel.

Die hardwarenahen Funktionen (H-Brücke=Motor, ULN2803=Licht, ...) regelt man über Atmel Attiny (z.B billigst für Stainz über 2313 :..). Der wird über I2C vom Raspberry Pi gesteuert ...!

Realisiert ist das ganze schon (anstelle Licht - Controller muss man lediglich die H-Brücke anschliessen :P ) http://www.youtube.com/watch?v=QUA0f6eiMsw

Ohne Akkus ist man mit 50 Euro dabei (H-Brücke 3 Ampere, nicht 8 Ampere).

LG vom Karl

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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von michaelb » Di 26. Mär 2013, 22:45

Hallo Karl!

Und da hat doch (damals noch bezogen auf die großen Loks) jemand mal gemeint, das Raspberry Pi wäre viel zu groß. Aber keine Ahnung, wer das war.. ;)

Ich muss gestehen, ich habe gar keine Stainz, mit der ich das ausprobieren könnte. Aber was noch nicht ist, kann ja noch werden. Man sieht jedenfalls, es gibt einige brauchbare Ansätze.

Ich warte gespannt auf das Video von der V3. 10. April?


Schöne Grüße,
Michael

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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Di 23. Apr 2013, 22:20

Hier mal zum Vergleich Carambola und WiFly. Beide nehmen sich in der Größe nichts, die umfangreicheren Möglichkeiten des Carambola sind in der Stainz überflüssig. Die WiFly hat noch den Vorteil, dass ein Hirose-Sockel für eine Drahtantenne schon auf dem Modul ist, beim Carambola muss man das auf den vorgesehenen Lötflächen selbst nachrüsten - nicht unbedingt was für Normallöter. Das WiFly braucht im Rx-Modus 40mA und geht beim Tx auf bis zu 120mA @3,3V hoch - das ist nicht viel bei 16dBm Ausgangsleistung. Das Carambola schafft zwar 21 dBm, braucht dabei dann 450mA @3,3V, das ist so viel wie das WizNet auch.
Das WiFly baut flacher und lässt sich daher leichter unter dem Dach montieren. Wenn man das Gewicht der Stainz etwas bearbeitet, ( wie bei der Geräusch-Stainz schon werksseitig ) lassen sich ein SNT, ein Pololu-Motortreiber und auch ein 11,1V-LiPo wohl einbauen. SNT und Motortreiber könnte man unter Ausnutzung der Hohlräume in den seiltichen Kohlekästen unterbringen.
Dateianhänge
WiFi-Module.jpg
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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Do 25. Apr 2013, 16:12

Hier mal das Photo des pololu 18v15 Universal-H-Brückentreibers.

Seine Daten:

• 5.5 V to 30 V Betriebsspannung.
• 15 A maximaler Dauerstrom ohne Kühlkörper
• Vier Möglichkeiten zur Ansteuerung oder Kommunikation:
1. USB interface for direct connection to a PC.
2. Logic-level (TTL) serial interface for direct connection to microcontrollers.
3. Fernsteuer -(RC) -Eingang zum direkten Anschluss an Empfänger oder Servocontroller
4. 0–3.3 V Analogeingang für Potentiometer oder Joysticks.
• Simple Konfiguration und Kalibrierung über USB mit freiem Konfigurationsprogramm (Windows 8, 7, Vista,
Windows XP, und Linux).

Zusätzlich
• Einstellbare Beschleunigungs- und Abbremsrate.
• Einstellbare Anfangs-, Höchstgeschwindigkeit und Bremsverhalten bei Sollgeschwindigkeitsvorgabe =0.
• Wahlweise Sicherungen gegen unkontrolliertes Motoranlaufen.
• Lernen und Skalieren bei analogen und RC-Signalen.
• Unterspannungsabschaltung mit Hysterese für z.B. LiPo-Akkus).
• Einstellbare Übertemperaturschwelle und Abschaltverhalten.
• PWMfrequenz von 1 kHz bis 22 kHz.
• Error LEDmit digitalem ERR-Ausgang verbunden, dieser kann mit anderen Reglern parallel geschaltet
und so eine Gruppenabschaltung errreicht werden.
• Field-upgradeable firmware.

und das alles für einen Einzelpreis von 32,34€ ( der bestimmt nicht der niedrigste ist )
Ich finde das Preis-Leistungsverhältnis angemessen.
Dateianhänge
Platine.jpg
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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Sa 27. Apr 2013, 11:45

Ich habe die 2020-Stainz mal auseinandergenommen und festgelegt, wo was hineinpassen kann:
Akku- das größte Platzproblem. Nach meiner Ansicht ist unter Beibhaltung des Originalmotors ein stundenlanger Dauerbetrieb nicht möglich. Der Akku ist einfach zu groß. Bei einem Umbau auf z.B. einen 4,5V-Motor und Betrieb mit 3,7V sieht das anders aus, da ein Akku selbst mit mehr als 4000mAh relativ weng Platz braucht und recht flach ist. Meine Lösung liegt darin, einen Gemischtbetrieb zu fahren - hauptsächlich Festspannung aus den Gleisen, Heruntersetzen auf 12V-Bordspannung und Entkoppeln des Akkus über eine Schottkydiode. Er wird nur gebraucht, wenn die Gleisspannung wegen Kontaktproblemen o. ä. verschwindet. Deshalb, und weil Schwebeladen bei LiPos sowieso nicht angezeigt ist, fehlt auch die Pufferung des Akkus vollständig. Das spart weiter Platz.
Der Akku kann nur im Kessel untergebracht werden und seine Abmessungen sind wegen des Innendurchmessers auf eine Diagonale von 32mm begrenzt. In diesen Abmessungen kann man bei 3S1P nur 1000/800mAh ( 28x16x88-1000mAh bzw. 25x18x70-800mAh ) bekommen. Trotzdem wären das bei reinem Akkubetrieb auch noch ca. 1,5h Fahrdauer.
Den Motorregler lege ich flach im Führerhausboden hinter die Türe und schiebe ihn so weit wie möglich in den seitlichen Kohlekasten, mit dem SNT mache ich das auf der anderen Seite genauso. Da findet auch der Lokführer wieder Platz und von aussen sieht man nichts, denn das WLAN-Modul kommt unters Dach. In einen Kohlekasten kommen noch die Miniaturrelais für Licht und Raucherzeuger rein.
So weit zum Plan, Ausführung folgt.
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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Do 2. Mai 2013, 16:52

Nachdem der Akku (e-flite EFLB0996 11,1V 800mAh) angekommen ist, hier der Einbau in den Kessel. Man muss vom Gewicht ca. 100g wegnehmen, dann passt der Akku in den Kessel. Siehe Bild 1.
Stainzgewicht.jpg
Bild 1
das Gewicht besteht bei meiner 2020 aus einer Zinn/Blei-Legierung, die sich nur unter Schwierigkeiten maschinell bearbeiten lässt. Am einfachsten sägt man mit der Säge 3cm vom hinteren Ende zwei Schnitte mit ca. 7cm Abstand bis zur Tiefe der eingegossenen Aussparungen des Gewichts, dann mit horizontal eingespanntem Blatt vom einen zum anderen und am Schluß glättet man alles mit einer Zinnfeile oder einer Holzraspel. Bloß keine Metallfeile nehmen, die ist sofort zu.
Der Akku wird während des Betriebs nicht geladen und deshalb müssen sein Lade- und Balancerstecker zugänglich sein. das geht am einfachsten, wenn man diese im Sandkastendeckel herauskommen lässt. Nun hat LGB den Deckel natürlich gut eingeklebt und der ist nicht auf die billige Weise zu lösen. Es geht aber so:
Zuerst entfernt man alles an Einbauten um den Sandkasten herum- die Glocke und die beiden Sandrohranschlüsse.
dann wird mit einem in der Laubsäge eingespannten Metallblatt Gr. 0 im Spalt zwischen Deckel und Kasten von der Sicherheitsventilseite über die ganze Breite 2mm tief eingesägt.
Sandkasten.jpg
Bild 2
Ich habe mir zum Schneiden dünner Bleche mal nach einer Anleitung von C. Binnie einen Schneidhaken aus einer Stanley-Klinge gemacht:
Blechschneidhaken.jpg
Bild 3
Damit fahre ich dann durch die verbleibenden Fugen, bis der Deckel sich abheben lässt.
Die Balancerbuchse muss verlängert werden, und nur diese wird im Sandkasten untergebracht. Darüber wird dann später der Akku geladen.
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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Fr 3. Mai 2013, 20:47

Jetzt zum Umbau der Innereien der 2020.
Das grundsätzliche Problem bei den "Stainzen" ist, dass der Motor im Original nicht komplett von der Stromaufnahme getrennt angeschlossen ist. Bei der 2020 ist er mittels Kontakten direkt mit den Blechstreifen der Radstromaufnahme verbunden, bei späteren Versionsnummern ist er einseitig an diese angeschlossen. Eine allgemeingültige Anleitung kann ich daher nicht geben - diese hier gilt für die 2020.
Bei dieser muss man die beiden Blechstreifen, mit denen der Motor kontaktiert wird, wegschneiden.
Siehe Bild 1 und 2
Motor2020.jpg
Bild 1
Motorkontakte_entfernt.jpg
Bild 2
Sodann muss man an die Motoranschlüsse Drähte anlöten und diese durch die jeweiligen Gehäusehälften nach oben führen. Dazu bohrt man 2cm von den Kontaktzungen des Antriebsblocks entfernt und 5mm nach innen versetzt jeweils ein Loch von ca. 2mm Durchmesser von oben in die Halbschale hinein. Durch diese Löcher werden die Anschlussdrähte durchgefädelt.
Siehe Bild 3
Motor_neu.jpg
Bild 3
dann setzt man die Halbschalen wieder zusammen und man erkennt, dass die Anschlussdrähte frei aus der Aussparung in der Bodenplatte der Stainz herauskommen.
Siehe Bild 4
Umbau_fertig.jpg
Bild 4
So werden sie nicht gequetscht und können problemlos mit dem Motoregler verbunden werden.
Das letzte Bild zeigt die Bodenplatte mit Step-Down-Netzteil 12V ( vor dem Heizer ) und Pololu-Motorregler ( der Lokführer ist gerade austreten :-) )
Mit_Steuerung.jpg
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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Sa 4. Mai 2013, 16:22

Wenn man eine Fernsteuerung in die 'Stainz ' einbaut, ist es ratsam, das Führerhaus
abnehmbar auszuführen. Alle wichtigen Teile sind ja in diesem bzw. nach Abnehmen davon
zugänglich. Leider hat LGB die Verbindung von Kesselrückwand und Führerhausvorderwand m. E.
unnötig kompliziert gestaltet. Deshalb wird der runde Ausschnitt in der Vorderwand so
erweitert, dass man das Führerhaus von oben über den montierten Kessel schieben kann, was
die Wartung enorm erleichtert.
Gehäuse_bearbeitet.jpg
Das Schaltnetzteil erhält noch einen eingangsseitigen Pufferkondensator von 1000µF/50V und
einen Rundgleichrichter B40C800. Die 800mA Nennstrom reichen bei der 'Stainz' aus.
Ausprobierterweise hält dieser Typ Gleichrichter auch die Digitalspannung aus, ohne heiß zu
werden. Ich setze zu Hause auf meinen Gleisen 18V~ Festspannung ein ( Leider wird es dafür
nur bald keine Trafos mehr geben dank EU ) und auf Fremdanlagen mit DCC kann man so auch
mitfahren, ohne den Akku unnötig zu strapazieren.
Netzteil12V_komplett.jpg
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Re: WLANStainz - WLANCROC mit kleiner Lok

Beitrag von ateshci » Sa 4. Mai 2013, 23:59

Jetzt werden sich einige fragen: "Welches Hf-Modul setzt denn der ein?"Ganz sicher nicht das WizNet-Modul, das ist nämlich, wie schon früher in diesem Thread berichtet, zu groß und braucht zu viel Strom. Meine Wahl fiel auf das WiFlyRN171 von Rovingnetworks, das neben einer seriellen Schnittstelle auch noch 4 GPIOs und drei analoge Eingänge aufweist. Es benötigt höchstens 200mA@3,3V. Damit braucht man bei der 'Stainz' keine weiteren Umsetzer für Ausgänge, wenn man sich auf die beiden Frontlampen und den Raucherzeuger beschränkt. Ein einfacher ULN2003 genügt zum Schalten dieser Verbraucher.
An Komponenten brauche ich also:
1 SNT von LEIVIN, um die 12V-Bordspannung ( wegen des 11,1V-Akkus ) zu erzeugen
1 Pololu-Motorregler. Der liefert auch noch 150mA@3,3V für das WiFly, wenn man sich auf 1mW Ausgangsleistung beschränkt. Ich habe aber erst einmal ein weiteres SNT von RECOM vorgesehen, damit die volle Leistung von 16mW des RN171 ausgenutzt werden kann:
1 SNT 3,3V 0,5A
1 WiFly RN171
Ferdsch!
Gruß vom Heizer

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