Servo-Modul für Loconet-Schaltbaustein 63410 Update

Mit der Steuerung von Servos aus dem Hobby-Bereich der Modellfernsteuerung für Anwendungen bei der Modellbahn beschäftige ich mich schon lange. Über die Zeit sind verschiedene Vorschläge entstanden, mit dem Loconet Schaltmodul 63410 Servos in zwei vorher eingestellte Endlagen zu bringen - also der Umwandlung digitaler Signale in analoge Bewegungen.

Eingesetzt habe ich mittlerweile über 20 kleiner Module aus dem ersten Artikel zu diesem Thema:


Warum also das Thema noch mal anpacken?

In der Praxis zeigten sich bei Anwendung im größeren Umfang einige Probleme, die zum Teil nur unschön für's Auge waren (Zittern der Servos), aber auch die Handhabung bei Aufbau, Einstellung und Fehlersuche (gibt es tatsächlich ja immer wieder - trotz sorgfältigstem Aufbau) erschwerten:

  • Welches Poti wahr jetzt noch mal für welche Servostellung zuständig?
  • Warum zappelt der Antrieb in seinen Endlagen?
  • Warum zappeln auch andere Servos in der Nähe?
  • Wo kriege ich die 5 VDC Versorgung her - ohne lange Leitungen zu ziehen?

Update der Schaltung als variabler Problemlöser

 Durch die Schaltung werden zwei eindeutige Zustände erzeugt und angezeigt:

  • T1 und T3 sind für den Ruhezustand ohne externe Ansteuerung zuständig; Anzeige übernimmt die LED3 (rot)
  • T2 schaltet den aktiven Zustand, signalisiert durch LED2 (grün)
  • Aktiviert wird der Zustand "grün" durch das digitale Steuersignal des Schaltmoduls 63410, das die beiden in Reihe befindlichen Optokoppler nach Masse durchschaltet. Dadurch ist eine galvansiche Trennung vom Loconet gesichert.
  • Für jden Zustand gibt es ein Trimmpoti, um die gewünschte Lage des Servos einzustellen.
  • Die Signalaufbereitung für das Servo übernimmt ein Timerbaustein NE555 in üblicher Beschaltung.
  • Auf eine Einstellung der Umlaufgeschwindigkeit bei Lagewechsel wurde verzichtet (analog schwierig zu justieren)

Eine unabhängige 5 Volt Versorgung ist integriert:

  • Ein einfacher DC-Regler erzeugt nach einer Einweg-Gleichrichtung (reicht völlig aus) aus der Modellbahn-typischen Spannung von 16 VAC (Beleuchtungs-Spannung) eine 5 Volt DC Versorgung, feinfühlig einzustellen mit Trimmpoti R14
  • Dieser kleine AC-DC-Wandler versorgt die oben beschriebene Schaltung und kann auch in der Nähe 2 bis 3 weitere Servo-Bausteine versorgen
  • Bausteine, die von vornherein "fremdversorgt" werden sollen, benötigen dann nicht die Bauteile des AC-DC-Wandlers: IC2, D2, R13, R14, C1, C2 und C4 können entfallen

Die Platine ist bewusst so gestaltet, dass die Funktion "unter Tage" (unter der Anlage) eindeutig zu erkennen ist:

  • Im Ruhezustand leuchtet die rote LED; die Servolage wird mit dem Trimmpoti unter der roten LED eingestellt
  • Im digital angesteuerten Zustand leuchten die gelbe LED (Loconet Modulausgang ist geschaltet) und die grüne LED; diese Servolage ist mit dem Trimmpoti unter der grünen LED zu justieren

Die funktionsrichtige Zuordnung von LEDs und Trommpotis hat die Platine etwas größer werden lassen als unbedingt nötig, hat aber bei Montage unterhalb einer Anlage praktische Vorteile bei Einstellung und Fehlersuche.


Platinen-Design mittels EAGLE

Schaltung und Layout sind mit EAGLE designed. Es reicht die kostenlose Version "PCB Design Software für jedermann".

Die Platine ist lediglich einseitig zu drucken (Bottom-Layer, hier blau dargestellt). Das Top-Layer (hier rot) wird nicht geätzt, sonder durch Drahtbrücken ersetzt. Die Drahtbrücken sollten beim Bestücken unbedingt zuerst eingelötet werden:

Sorry - in diesem Bild fehlt noch eine Brücke. Die richtige Version ist aber im Download enthalten.


Servo an Loconet Schaltmodul anschliessen

Der Anschluss an das Loconet Schaltmodul 63410 ist unverändert wie bei den Vorgängerversionen und wie oben dargestellt:

Die Ausgänge 1 ... 20 des Schaltmoduls schalten jeweils nach Masse; R1 wird fest mit +15 Volt des Moduls verbunden.

 

Alternative Betätigung mittels Schalter

Für die Analog-Bahner oder bei besonderen Einbauorten kann die Servolage auch mit einem einfachen 1-poligen Schalter geändert werden:

Achtung: für diesen Fall muss der Widerstand R1 auf 820 Ohm reduziert werden!


Problemlösung für unverträgliche Servos

Alle Typen von analogen Servos sind nicht mit einfachen NE555-Schaltungen verträglich. Es kann zu folgenden Erscheinungen oder Fehlern kommen:

  • "Zappeln" des Servos in den gewünschten Endlagen
  • Zusammenbrechen des Steuersignals, verbunden mit hohem Stromziehen aus der 5V-Versorgung
  • Nicht erreichen der gewünschten Endlagen

Leider sind gerade die preiswerten Standardservos im Bereich 5 Euro besonders hohe Stromverbraucher und neigen zum "Zappeln". Bei mir sind mittlerweile über 20 dieser Standardservos verbaut, wobei sich nicht alle gleich schlecht verhalten. Die Mehrzahl ist sogar ohne negative Merkmale. Für die Problemfälle habe ich folgende Lösung gefunden:

Entkoppeln der Versorgungen von Timerbaustein und Servo:

Wichtig ist die galvanische Trennung zumindest eines der Netzteile, in der Regel gegeben duch Netzteile mit Trafo.

Nicht gegeben ist das bei den leichten elektronischen Steckernetzteilen!


Downloadfür den Nachbau

Für Interessierte ist hier ein Download mit Stückliste und EAGLE-Datei für die Platine bereitgestellt.

Obwohl mein Aufbau tadellos funktioniert, kann ich für Nachbauten keinerlei Gewährleistung übernehmen. Dies gilt auch für eventuelle Folgeschäden.

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