Der Regler für die Mini-Club-Eisenbahn basiert auf dem Fahrtregler von Christiane Eibeck, der hier veröffentlicht wurde.

Ich habe den Fahrtregler für die Eisenbahnanlage meines Vaters nachgebaut und gebe das Projekt hier (ausschließlich für nicht-kommerzielle Zwecke!) mit freundlicher Genehmigung der Autorin wieder.

Beschreibung

Es handelt sich um einen mikroprozessorgesteuerten Fahrtregler für Spur-Z-Lokomotiven mit hintergrundbeleuchtetem 2x16-Zeichen LCD-Display. Der Fahrregler verfügt über drei Betriebsarten: Gleichstrom (DC), Pulsweitenmodulierung (PWM) und eine Mischung aus DC und PWM mit variabler Frequenz (MIX). Die Einstellparameter können für bis zu 20 verschiedene Fahrzeuge im nicht-flüchtigen EEPROM-Speicher gespeichert werden. Darüber hinaus verfügt der Regler über eine einstellbare Strombegrenzung, bei deren Erreichen der Ausgang nach einer einstellbaren Zeit abgeschaltet wird und eine LED angesteuert wird. Die Umschaltung der Fahrtrichtung erfolgt automatisch und wird durch LED-Anzeigen signalisiert.

Die Betriebsart DC liefert eine konstante Fahrspannung. Die Betriebsart PWM liefert eine pulsweitenmodulierte Fahrspannung, für die Höhe (Amplitude) und Frequenz programmiert werden können. Die Betriebsart MIX kombiniert die Vorteile beider Methoden: Die Ausgangsspannung beginnt mit der kleinsten Frequenz und der kleinsten Pulsweite. Je weiter der Fahrregler aufgedreht wird, desto größer wird die Pulsweite und gleichzeitig wird die Frequenz erhöht. Wenn die maximale Spannung über der Pulsamplitude liegt, wird nach Erreichen von 100 % Pulsbreite automatisch auf DC-Betrieb umgeschaltet. Dadurch werden sehr gute Fahreigenschaften, besonders für Langsamfahrten, erreicht, ohne die kleinen Z-Motoren zu überlasten.

Die Stromversorgung erfolgt durch ein stabilisiertes, extern anzuschließendes 12-V-DC-Netzteil. Die 5-V-Spannungsversorgung für den Mikroprozessor und die Steuerelektronik wird intern erzeugt und kann alternativ auch extern eingespeist werden.

Parameter für Betriebsart DC:

• U_start: kleinste Ausgangsspannung, 0-9.0V
• U_max: größte Ausgangsspannung, 0-9.0V
• Lokname: freier Text
• Einschränkungen: U_start < U_max

Parameter für Betriebsart PWM: 

• U_start: kleinste Ausgangsspannung, 0-9.0V (kleinste Pulsbreite)
• U_max: größte Ausgangsspannung, 0-9.0V (größte Pulsbreite)
• U_puls: Amplitude der Pulse, 0-9.0V
• f_start: Frequenz des PWM Signals, 16-160Hz
• Lokname: freier Text
• Einschränkungen: U_start < U_max, U_max <= U_puls

Parameter für Betriebsart MIX:

• U_start: kleinste Ausgangsspannung, 0-9.0V
• U_max: größte Ausgangsspannung, 0-9.0V
• U_puls: Amplitude der Pulse, 0-9.0V
• f_start: PWM Frequenz bei kleinster Pulsbreite, 16-160Hz
• f_max: PWM Frequenz bei größter Pulsbreite, 16-160Hz
• Lokname: freier Text
• Einschränkungen: U_start < U_max, U_puls <= U_max, f_start < f_max 

Nachbau

Auf Grundlage der Schaltung von Christiane Eibeck habe ich mit ein paar kleineren Erweiterungen ein Platinenlayout entwickelt. Da es sich um ein einseitiges Layout handelt, wurden ein paar 0Ω-Widerstände eingesetzt. 

Eine kleine Besonderheit stellt die kombinierte Bestückung dar. Die Anzeige- und Bedienelemente befinden sich - etwas unkonventionell - auf der Kupferseite/Lötseite. Bei der Bestückung ist natürlich darauf zu achten, dass keine Kurzschlüsse entstehen. Dadurch fallen umständliche Lösungen mit Abstandshaltern oder einer zweiten Platine weg und auf der eigentlichen Bestückungsseite ergeben sich keine Höhenbeschränkungen für Relais und Kühlkörper.

Displayanpassung

Um beim Einsatz unterschiedlicher Displays nicht jedesmal das Layout ändern zu müssen, kann die Spannung der Hintergrundbeleuchtung mittel Lötbrücke J2 zwischen 5 V und 12 V umgeschaltet werden. Für Displays mit integriertem Vorwiderstand kann darüber hinaus mittels Lötbrücke J1 der Minus-Anschluss direkt auf Masse geschaltet werden. 

Anpassung der Versorgungsspannung

Weiterhin verfügt das Layout der Revision 1 (abgebildet ist Rev. 0) über einen separaten Eingang für 5 V. Dies ist empfehlenswert, wenn es zu Programmstörungen kommt, die durch Spannungsschwankungen im Lastkreis hervorgerufen werden und nicht ausreichend durch den Pufferkondensator im 5-V-Kreis abgefangen werden. Über die Lötbrücke J3 ist bei Einsatz externer 5-V-Versorgung der Spannungsregler-Teil vom 12-V-Eingang abzukoppeln. 

RS232-Schnittstelle

Über die Steckerleiste X4 wird die serielle Schnittstelle des Mikroprozessors herausgeführt. Zum Beispiel kann damit für Debug-Zwecke eine Verbindung zu einem PC mit Terminalprogramm hergestellt werden. Als Interface dient eine MAX-232-Schaltung zur Pegelanpassung, wie beispielsweise mein Projekt E134. Dieses kann einfach aufgesteckt werden.

Übersicht der Unterlagen

• Schaltplan
• Layout (SprintLayout 6.0)
• Bestückungsplan Lötseite
• Bestückungsplan Bestückungsseite
• Produktionsvorschrift
• Abgleichanleitung
• Software (Eclipse und kompiliert)

Darüber hinaus habe ich noch eine Liste mit den Artikelnummern der Bauteile, die ich bei Reichelt zugekauft habe.

An dieser Stelle nochmal der Hinweis: Das Urheberrecht der zugrunde liegenden Schaltung und der Software liegt bei Christiane Eibeck (Link zur Seite). Sie gestattet die Verwendung ausschließlich für nicht-kommerzielle Zwecke!