Do IT yourself! - Modellbahn-Simulation mit Mikrocontroller-Steuerung

Inhaltsverzeichnis

Projektidee

Material

Schaltplan

Do IT yourself!

Fazit

Projektidee: Modellbahn-Simulation mit Mikrocontroller-Steuerung

Eine komplette, mikrocontrollergesteuerte Modellbahn mit fahrenden Schienen- und beleuchteten Straßenfahrzeugen ist nur mit sehr hohem Aufwand an Zeit und Material zu realisieren. Da zusätzlich ein erheblicher Platzbedarf hinzukommt, ist so eine Modellbahn für einen "mobilen" Einsatz im Unterricht denkbar ungeeignet. Dabei bietet gerade eine Modellbahn eine Vielzahl von Steuerungsvorgängen, die mittels Mikrocontroller teil- oder vollautomatisiert realisiert werden können - ob über Bedienelemente oder - Bluetooth-/WLAN-unterstützt - per Smartphone.

So entstand die Idee, grundlegende Modellbahnkomponenten auf eine DIN A6 große Fläche zu montieren und so wichtige Funktionen beispielhaft zu simulieren: Zugfahrt, Signalschaltung und Autobeleuchtung inkl. Tag-/Nachtschaltung. Die dafür benötigten Komponenten standen aus einem Nachlass zur Verfügung, hinzu kamen noch der Mikrocontroller sowie die benötigten elektronischen Bauteile:

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Material

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Schaltplan

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Do IT yourself!

Die komplette Elektronik inkl. Mikrocontroller sollte auf der Streifenrasterplatine im Breadboard-Layout untergebracht werden. Dabei sollte der WEMOS D1 mini gesockelt werden, während auf der Unterseite der Platine abgewinkelte Steckerleisten für die Bereiche "Zugfahrt/Signalschaltung" und "Autobeleuchtung" montiert wurden:

Für den Bereich "Zugfahrt/Signalschaltung" wurden das Märklin C-Gleis sowie das Licht-Einfahrtsignal passend auf die Plexiglasscheibe montiert und mit Kabelverbindungen und Buchsen für den Fahrstrom (C-Gleis) und die Signal-LEDs mit der Streifenrasterplatine verbunden. Da der Fahrstrom nur über einen MOSFET geregelt wird, ist hier nur eine Fahrtrichtung realisierbar (das Umschalten der Fahrtrichtung würde bei ca. 24V erfolgen, worauf hier aber zugunsten eines 12V-Netzteils verzichtet wurde). Trotz des Wechselstromantriebs lassen sich analoge Märklin-Lokomotiven grundsätzlich auch mit Gleichstrom betreiben, wobei die Lokomotive hier mittels eines Kunststoff-Abstandshalters, der auf das Gleis montiert wurde, "aufgebockt" werden kann, um den Fahrbetrieb simulieren zu können:

Für den Bereich "Autobeleuchtung" wurde der Magirus-Deutz LKW mittels Schraubverbindung auf die Plexiglasscheibemontiert, wobei die LED-Anschlusskabel über entsprechende Bohrungen in der Plexiglasscheibe mit Kabelverbindungen und Buchsen mit der Streifenrasterplatine verbunden wurden. Die Verdrahtung im LKW-Gehäuse koppelt dabei sowohl beide Frontscheinwerfer-LEDs (weiß) als auch beide Rücklicht-LEDs (rot), während die Sirene (gelb) einzeln anzusteuern ist:

Das hier ausgeführte Python-Programm testet in einer Endlosschleife alle Aktoren und Sensoren, indem zunächst das Signal auf rot und dann auf grün/gelb geschaltet wird. Anschließend wird der Helligkeitswert des Fotowiderstands ausgelesen und in der Shell ausgegeben (sofern der WEMOS D1 Mini mit dem PC verbunden ist). Danach wird der Fahrstrom für die Lokomotive ein- und wieder ausgeschaltet, die Frontscheinwerfer und die Rücklichter des LKWs werden ein- und ausgeschaltet und schließlich wird die Sirene des LKWs mittels auf- bzw. absteigendem PWM-Signals zweimal ein- und ausgeblendet.

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Fazit

Diese Simulation im "Taschenformat" bietet rudimentäre Steuerungs- und Automatisierungsmöglichkeiten in einzelnen Bereichen einer Modellbahn. Der WEMIS D1 mini bietet darüber hinaus die Möglichkeit, ein webbasiertes Interface mittels HTML zu programmieren und so die Modellbahn-Simulation mit dem Smartphone zu steuern.

Wird die Lokomotiven-Halterung entfernt, kann die Modellbahn-Simulation auch um einen kompletten Märklin C-Gleis-Schienenkreis ergänzt werden; in Verbindung mit weiteren Sensoren (z.B. Infrarot oder Reed-Kontakt) und einem Board, welches mit mehr I/O-Pins ausgestattet ist, können so auch komplexere Zugfahrsituationen simuliert werden.