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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur digitalen Steuerung einer Gruppe
von steuerbaren Komponenten in einer Modellbahnanlage nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, wobei die steuerbaren Komponenten Modellfahrzeuge,
insbesondere Lokomotiven einer Modelleisenbahnanlage, Signalanlagen, Beleuchtungseinrichtungen,
Weichen und dergleichen sein können.
Es ist bekannt, die steuerbaren Komponenten einer Modelleisenbahnanlage
mit Dekodiereinrichtungen auszustatten, welche auf bestimmte, den
einzelnen Komponenten jeweils zugeordnete digitale Adressen ansprechen,
derart, daß von
einer Zentrale oder von Handsteuereinrichtungen, welche mit der
Zentrale gekoppelt sind, ausgehende digitale Signale, welche einen
Adressenteil und einen Informationsteil enthalten, entsprechend ihrem
Adressenteil das Ansprechen der die betreffende Adresse aufweisenden
steuerbaren Komponente auf den Informationsteil des Digitalsignals
bewirken.
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Bei
bekannten Steuerungsverfahren dieser Art muß die Zentrale so ausgebildet
werden, daß sie zusätzlich zu
den gegebenenfalls von den Handsteuereinrichtungen beeinflußten digitalen
Steuerungssignalen einen Synchronisationstakt ausgibt, derart, daß eine Beaufschlagung
der adressenrichtig mit den digitalen Signalen versorgten steuerbaren
Komponenten im Multiplexverfahren vorgenommen werden kann und die
Bitfolgen des Informationsteiles der digitalen Steuerungssignale
in den steuerbaren Komponenten ordnungsgemäß dekodiert werden können.
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Bekannte
digitale Steuerungsverfahren dieser Art, wie sie etwa in "eisenbahnmagazin" 2/2003, Seiten 76
bis 84, beschrieben sind, haben den Nachteil eines vergleichsweise
großen
Aufwandes bezüglich
bereitzustellender Signalübertragungswege
für den
Synchronisationstakt und für
die den Adressenteil und den Informationsteil bildenden Digitalsignale.
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Aus
der
DE 196 24 192
A1 ist es bekannt, für eine
zuverlässige
Steuerdatenübertragung
in Modelleisenbahnanlagen bei streuender Betriebsfrequenz durch
unterschiedliche Zahlen von Impulsen eines Synchronisationssignales
Binärwerte
eines Informationssignales zu definieren.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur digitalen
Steuerung einer Gruppe steuerbarer Komponenten in einer Modellbahnanlage
so auszugestalten, daß mindestens
abschnittsweise der Verkabelungsaufwand, oder allgemein, der Aufwand
bezüglich
der Bereitstellung der Signalübertragungswege
zwischen der Zentrale und mindestens einer Handsteuereinrichtung
vermindert wird. Es soll auch bezüglich eines solchen Abschnittes
des Signalübertragungsweges
die Anzahl verschiedenartiger Schaltungskomponenten vermindert werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des anliegenden Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der dem Anspruch
1 nachgeordneten Patentansprüche.
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Bedeutsam
ist bei der hier angegebenen Lösung,
dass die mit der Zentrale zusammenarbeitenden Handsteuereinrichtungen,
welche jeweils einer steuerbaren Komponente oder einigen wenigen
steuerbaren Komponenten der Modellbahnanlage zuteil sind, in ganz
entsprechender Weise wie die Zentrale für die Darstellung der über die
Zentrale an die steuerbaren Komponenten zu liefernden Informationen Impulsgruppen
verwenden, die in einem den Synchronisationssignalen der Zentrale
entsprechenden Takt auftreten und zwischen die Synchronisationssignale
der Zentrale eingeschachtelt sind, wobei sowohl die Synchronisationssignale
als auch die informationshaltigen Digitalsignale der Handsteuereinrichtungen
demselben Frequenzband angehören,
insbesondere von derselben Frequenz sind. Hierdurch wird eine allgemeine
Vereinfachung der Schaltungen und eine Vereinheitlichung der Schaltungskomponenten erreicht.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:
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1 eine
schematische Ansicht einer Modelleisenbahnanlage zur Erläuterung
der Grundsätze des
hier angegeben Verfahrens; und
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2 Zeitdiagramme
von Impulsgruppen der Zentrale der Modelleisenbahnanlage nach 1 und
von den Impulsgruppenfolgen auf einem nur einen einzigen Übertragungskanal
enthaltenden Signalübertragungsweg
zwischen der Zentrale und einer der Handsteuereinrichtungen
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In 1 ist
eine Modelleisenbahnanlage 1 schematisch aufgezeichnet.
Die Modelleisenbahnanlage 1 enthält ein Gleisnetz 2 mit
einer Weiche 3 sowie mit auf dem Gleisnetz 2 verfahrbaren
Modelleisenbahnlokomotiven 4 und 5.
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Die
steuerbaren Komponenten der Modelleisenbahnanlage 1, nämlich die
Weiche 3 und die Modelleisenbahnlokomotiven 4 und 5 haben
elektrischen Kontakt zu dem Gleisnetz 2, das zur Energiezuleitung
zu den steuerbaren Komponenten von einer Zentrale 6 aus
dient.
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Außerdem werden
von der Zentrale 6 aus über
das Gleisnetz 2 zu den steuerbaren Komponenten 3, 4 und 5 der
Modelleisenbahnanlage 1 digitale Steuersignale geführt, welche
einen jeweils einer der steuerbaren Komponenten zugeordneten Adressenteil
und einen Informationsteil enthalten.
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In
den steuerbaren Komponenten 3, 4 und 5 vorgesehene
Dekoder bewirken eine Dekodierung der digitalen Steuersignale, welche
von der Zentrale 6 ausgehen, derart, daß jede einzelne steuerbare Komponente
aufgrund einer Entsprechung des Adressenteiles zu der der betreffenden
steuerbaren Komponente zugeordneten Adresse erkennt, welche der
im Multiplexverfahren durch die Zentrale 6 ausgegebenen
digitalen Informationen für
die Steuerung für
sie bestimmt sind und nach Dekodierung auch dieser digitalen Information
Steuersignale bildet, welche den Betrieb der betreffenden steuerbaren
Komponente bestimmen, beispielsweise die Fahrstufen der Modelleisenbahnlokomotive 4 oder 5 einstellen, auf
Vorwärtsfahrt
oder Rückwärtsfahrt
schalten oder die Beleuchtung ein- und ausschalten, oder aber die Weiche 3 auf
die eine oder die andere Fahrtrichtung stellen.
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Von
der Zentrale 6 geht ein Bus 7 aus, welcher beispielsweise
in an sich bekannter Weise, wie in 1 angedeutet,
drei Signalübertragungskanäle enthält. Ein
Signalübertragungskanal
dient zur Übertragung
eines Synchronisationssignales von der Zentrale zu den Handsteuereinrichtungen.
Ein weiterer Signalübertragungskanal
dient zur Übertragung
von Adresssignalen und Informationssignalen von der Zentrale 6 zu
den Handsteuereinrichtungen. Ein dritter Signalübertragungskanal dient zur Übertragung von
Informationssignalen von den Handsteuereinrichtungen zu der Zentrale 6.
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Mit
dem Bus 7 sind Handsteuereinrichtungen 8, 9, 10, 22 und 23 gekoppelt.
Jede dieser Handsteuereinrichtungen ermöglicht durch Eingabe der jeweils zugeteilten
Adresse der Modelleisenbahnlokomotive 4 oder der Modelleisenbahnlokomotive 5 oder
der Weiche 3 und Übermittlung
dieser Adresse an die Zentrale 6, daß eine Bedienungsperson mittels
der betreffenden Handsteuereinrichtung Steuerungseinfluß auf die
Modelleisenbahnlokomotiven 4 oder 5 oder auf die
Weiche 3 nehmen kann.
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Die
Handsteuereinrichtung 8 liegt unmittelbar an dem Bus 7 und
ermöglicht über diesen
eine Steuerung der steuerbaren Komponenten in herkömmlicher
Art und Weise.
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Die
Handsteuereinrichtungen 9 und 10 und die Handsteuereinrichtungen 22 und 23 sind
jedoch nicht unmittelbar mit dem Bus 7 gekoppelt, sondern haben
mit dem Bus 7 über
einen Kodierer/Dekodierer 21a bzw. 21b Verbindung.
Dieser Kodierer/Dekodierer bildet aus dem Synchronisationssignal
des einen Übertragungskanales
des Busses 7 und aus den digitalen Adresssignalen und den
digitalen Informationssig nalen des zweiten Übertragungskanales des Busses 7 eine
Impulsgruppenfolge, welche aus Impulsgruppen einer ersten Anzahl
von Einzelimpulsen entsprechend einer logischen „1" und Impulsgruppen einer zweiten, unterschiedlichen
Anzahl von Einzelimpulsen entsprechend einer logischen „0" gebildet ist, wobei
der zeitliche Abstand der Impulsgruppen die Synchronisationstaktperiode
bestimmt. Der Kodierer/Dekodierer 21a bzw. 21b ermöglicht es
also, zwei voneinander zu unterscheidende Übertragungskanäle des Busses 7 auf
einen einzigen Übertragungsweg
zu legen, nämlich
die an den Kodierer/Dekodierer angeschlossene Leitung 20a bzw.
die von dem Kodierer/Dekodierer 20b ausgehende Funksignalübertragungsstrecke 21b.
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Gemäß einem
erfinderischen Merkmal des hier vorgeschlagenen Steuerungssystems
ist den Handsteuereinrichtungen 9 und 10 und den
Handsteuereinrichtungen 22 und 23 abhängig von
dem von der Zentrale 6 her empfangenen Synchronisationssignal
der zuvor angegebenen Gestalt ein zwischen dessen Impulsgruppen
gelegenes Handsteuereinrichtungs-Sendeintervall zugeordnet, innerhalb dessen
die betreffenden Handsteuereinrichtungen zur Übertragung von Steuersignalen,
wiederum in Gestalt einer Impulsgruppenfolge aussenden, welche Impulsgruppen
einer ersten Anzahl von Einzelimpulsen entsprechend einer logischen „1" und Impulsgruppen
einer zweiten, unterschiedlichen Anzahl von Einzelimpulsen entsprechend
einer logischen „0" aufweisen, derart,
daß die
Impulsgruppenfolge des die zuvor angegebene Gestalt aufweisenden
Synchronisationsignales der Zentrale 6 und die Impulsgruppenfolge
der Steuersignale der jeweils durch die Adressensignale der Zentrale
aufgerufenen Handsteuereinrichtungen zeitlich ineinander verschachtelt ebenfalls
auf dem einzigen Signalübertragungskanal übertragen
werden, also beispielsweise über
die den einzigen Signalübertragungskanal
darstellende Leitung 20a oder über die den einzigen Signalübertragungskanal
darstellende Funksignalübertragungsstrecke 20b.
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Anstelle
einer Funksignalübertragungsstrecke
nach Art der Übertragungsstrecke 20b kann
auch eine lichtleitungsfreie Lichtsignalübertragungsstrecke oder Infrarotsignalübertragungsstrecke
vorgesehen sein.
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Eine
drahtlose oder leitungsfreie Signalübertragungsstrecke nach Art
der Funksignalübertragungsstrecke 20b hat
den Vorteil, daß auf
diesem Abschnitt des Signalübertragungsweges
zwischen der Zentrale 6 und den Handsteuereinrichtungen
jedwede Verkabelung entfallen kann.
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Die
Impulsgruppenfolgen, welche aus den Synchronisationssignalen und
den digitalen Adresssignalen sowie den digitalen Informationssignalen der
Zentrale 6 durch den Kodierer/Dekodierer 21b gebildet
werden und die als Impulsgruppenfolgen erzeugten Informationssignale
der Handsteuereinrichtungen 22 und 23 bestehen
aus hochfrequenten Impulsen einer Frequenz von beispielsweise 2,4
GHz und einer jeweiligen Impulsdauer von beispielsweise 1 μs. Der zeitliche
Abstand der Impulsgruppen, welcher die Synchronisationstaktperiode
stimmt, beträgt beispielsweise
50 μs.
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Es
sei hier darauf hingewiesen, daß praktische
Ausführungsformen
des hier angegebenen Systems zur digitalen Steuerung ausschließlich mit einem
Kodierer/Dekodierer 21a und Handsteuereinrichtungen 9 und 10 ausgerüstet sein
können,
welche an eine einen einzigen Übertragungskanal
bildende Leitung 20a angeschlossen sind, oder ausschließlich mit
einem Kodierer/Dekodierer 21b und Handsteuereinrichtungen 22, 23,
ausgerüstet
sein können,
welche über
die hochfrequente Funksignalübertragungsstrecke 20b gekoppelt
sind.
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Es
sei nun auf 2 Bezug genommen. Die 2a, 2b und 2c zeigen Diagramme von Signalen, wie sie
auf dem Bus 7 von 1 in dessen
drei Übertragungskanälen auftreten. 2a läßt ein Synchronisationssignal
mit Rechteckimpulsen einer Dauer von beispielsweise 25 μs und einem
Impulsabstand von 25 μs
erkennen. 2b zeigt ein zeitlich eng
begrenztes Beispiel des zeitlichen Verlaufes der von der Zentrale 6 zu
den Handsteuereinrichtungen zu übertragenden
digitalen Adresssignale und Informationssignale. 2c zeigt
ein zeitlich eng begrenztes Beispiel des zeitlichen Verlaufes von
an die Zentrale 6 und zu den steuerbaren Komponenten 4, 5 und 3 zu übertragenden
digitalen Informationssignalen. Diese werden in einer dem Fachmann
an sich bekannten Weise der zwischen den Gleisen des Gleisnetzes 2 anliegenden
Betriebsspannung der steuerbaren Komponenten beispielsweise durch
Vorzeichenwechsel aufmoduliert.
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2d zeigt schematisch eine Impulsgruppenfolge
von in gleichen zeitlichen Abständen
von etwa 50 μs
aufeinanderfolgenden Impulsgruppen 11, 12, 13, 14 und 15,
wobei jede Impulsgruppe bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
entweder einen einzigen Impuls oder aber zwei in kurzem zeitlichen Abstand
von beispielsweise 1 μs
aufeinanderfolgenden Impulsen enthält, wie dies für die Impulse 12 und 15 gezeigt
ist.
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Ein
einzelner Impuls einer Impulsgruppe entspricht entsprechend der
hier gegebenen Lehre einer logischen "0",
während
zwei Impulse in einer Impulsgruppe eine logische "1" bedeuten.
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Auf
diese Weise ist die Zentrale 6 dazu in der Lage, in Zusammenwirkung
mit dem Kodierer/Dekodierer auf der einen einzigen Übertragungskanal
bildenden Leitung 20a, oder bevorzugtermaßen, in
Zusammenwirkung mit dem Kodierer/Dekodierer 21b auf der
einen einzigen Übertragungskanal
bildenden Funksignalübertragungsstrecke 20b,
innerhalb der Abgabe des Synchronisationssignales in Gestalt einer
Impulsgruppenfolge von Impulsgruppen mit zeitlichem Abstand von
50 μs außerdem von
Impulsgruppe zu Impulsgruppe jeweils die Bits einer digitalen Information
zu signalisieren, derart, daß sich
die Übertragung
einer digitalen Adressen- und Informationsbitreihe von einem von
der Zentrale 6 ausgesendeten, charakteristischen Synchronisationszeichen
aus mindestens über
das der Bitzahl entsprechende Vielfache der Synchronisationstaktperiode
erstreckt.
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Bei
dem in 2d gezeigten Beispiel einer Folge
von Impulsgruppen zur Bildung des Synchronisations- und Informationssignales
sei angenommen, daß eine
Folge von acht Bits die Adresse einer der steuerbaren Komponenten
der Modelleisenbahnanlage 1 bildet. Diese Folge von acht
Bits endet in dem Beispiel von 2d mit
der Impulsgruppe 12, also einer logischen "1".
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Sobald
die Handsteuereinrichtung 9 oder die Handsteuereinrichtung 10 oder
die Handsteuereinrichtung 22 oder die Handsteuereinrichtung 23 erkannt
hat, daß mit
dem letzten Bit der digitalen Adresse entsprechend der Impulsgruppe 12 die
eigene Adresse, beispielsweise in Gestalt der Lokomotivennummer
der Modelleisenbahnlokomotive 4 oder der Lokomotivennummer
der Modelleisenbahnlokomotive 5 oder der Kennnummer der
Weiche 3 erfüllt
ist, kann die jeweilige Handsteuereinrichtung bereits damit beginnen,
ihre von der Bedienungsperson eingestellten und in digitale Form
umgewandelten Informationen über
den Bus 7, die Leitung 20a oder die Funksignalübertragungsstrecke 20b,
und den jeweils zugehörigen
Kodierer/Dekodierer 21a bzw 21b an die Zentrale 6 zu
senden, um dort den bisherigen Steuerungszustand, wie er an die
steuerbaren Komponenten 4 bzw. 5 bzw. 3 weiterzugeben
ist, zu aktualisieren.
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Dies
geschieht in Entsprechung zu den von der Zentrale 6 ausgesendeten
Synchronisations- und Informationssignalen durch digitale Informationssignale
in Gestalt von Impulsgruppen gemäß 2e, wobei die Impulsgruppen der digitalen
Information der jeweils augenblicklich durch die Zentrale 6 mit
der Adresse angesprochenen Handsteuereinrichtung zeitlich in den
Impulsgruppenzwischenräumen
der Synchronisations- und
Informationssignale des Kodierers/Dekodierers 21a bzw. 21b gelegen
sind. So signalisieren die Impulsgruppen 16 und 17 eine
logische "1" und die Impulsgruppen 18 und 19,
welche jeweils einen einzigen Impuls enthalten, signalisieren eine
logische "0".
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Durch
die strichpunktierte Linie 24 zwischen den Diagrammen von 2a, 2b und 2d ist deutlich gemacht, daß diejenigen
Signale, welche in der Zentrale 6 und dem Bus 7 auf
gesonderten Übertragungskanälen übertragen
werden, nämlich
der Synchronisationstakt gemäß 2a und die digitalen Adressen- und Informationssignale
gemäß 2b, durch die Umformung in die Impulsgruppenfolge
gemäß 2d mittels des Kodierers/Dekodierers 20a bzw.
mittels des Kodierers/Dekodierers 21b nun auf einem einzigen Übertragungskanal,
nämlich der
Leitung 20a bzw. der Funksignalübertragungsstrecke 20b übertragen
werden. Auf diesen einzigen Signalübertragungskanal werden dann
auch, wie in 2 durch die strichpunktierte
Linie 25 angedeutet ist, die digitalen Informationssignale
gemäß 2c der Handsteuereinrich tungen 9 und 10 oder
der Handsteuereinrichtungen 22 und 23 gelegt,
welche die digitalen Informationssignale gemäß 2c entweder
unmittelbar in der gemäß 2e kodierten Gestalt von zeitlich zwischengeschachtelten
Informationsgruppen über
den Übertragungsweg 20a bzw. den Übertragungsweg 20b und
den Kodierer/Dekodierer 20a bzw. dem Kodierer/Dekodierer 21b zur Zentrale 6 hin
aussenden oder aber in der betreffenden Handsteuereinrichtung zuvor
die Kodierung von Signalen gemäß 2c in Signale gemäß 2e vornehmen.
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Wie
zuvor schon angedeutet stellt die Ankopplung von Funk-Handsteuereinrichtungen 22 und 23 an
die Zentrale 6 oder den Bus 7 über die Funksignalübertragungsstrecke 20b und
den Funk-Kodierer/Dekodierer 21b eine bevorzugte Ausführungsform
des hier vorgeschlagenen Systems dar, weil auf dem von der Funksignalübertragungsstrecke 20b gebildeten
Abschnitt des Signalübertragungsweges jede
Verkabelung entfallen kann.
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Die
einzelnen Impulse der Impulsgruppen 11 bis 15 der
vom Kodierer/Dekodierer 21b kodierten und frequenzumgesetzten
Signale der Zentrale 6 und die Einzelimpulse der Impulsgruppen 16 bis 18 der Handsteuereinrichtungen 22 und 23 werden
vorzugsweise jeweils als Burst übertragen
und sind mit einem 14-Bit-Barkercode innerhalb der Impulsfrequenz
von 2,4 GHz ihrerseits kodiert und werden zur Erhöhung der
Fehlersicherheit am jeweiligen Empfangsort entsprechend dekodiert.
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In
Abweichung von dem in 2d und 2e gezeigten Ausführungsbeispiel können innerhalb
der Impulsgruppen des Synchronisations- und Informationssignales
und innerhalb der Impulsgruppen der Steuerinformation der Handsteuereinrichtungen 9 und 10 bzw. 22 und 23 jeweils
zwei Einzelimpulse zur Kennzeichnung des einen logischen Bitzustandes und
jeweils drei Einzelimpulse zur Kennzeichnung des anderen logischen
Bitzustandes dienen.
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Da
die Zentrale 6 zur Steuerung der steuerbaren Komponenten
der Modelleisenbahnanlage 1 der Reihe nach digitale Adressen
und zugehörige
digitale Informationen zu den den einzelnen steuerbaren Komponenten
zugeordneten Handsteuergeräten überträgt und somit
gleichsam ein Handsteuergerät nach
dem anderen entsprechend einer steuerbaren Komponente nach der anderen
abarbeitet, können im
wesentlichen beliebige Zahlen von Handsteuereinrichtungen mit einer
Zentrale 6 gekoppelt werden, weil durch die große Zahl
von nacheinander abzuarbeitenden Steueraufgaben, die Synchronisation
nicht leidet, nachdem die Synchronisation mit der Adressenbit- und
Steuersignalbit-Übertragung
einhergeht.
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In
dem Kodierer/Dekodierer 21b und in den Handsteuereinrichtungen 22 und 23 können zu
der Erzeugung der Impulsgruppen 11 bis 15 bzw. 16 bis 19 vergleichsweise
einfache, im Handel erhältliche Funkmodule
eingebaut sein, welche sehr rasch vom Sendebetrieb in den Empfangsbetrieb
und umgekehrt umgeschaltet werden können, derart, daß ein mit
der Zentrale durch Adressierung in Kommunikation kommendes Handsteuergerät für einen
bestimmten Zeitraum zum Empfang einer Impulsgruppe des Kodierers/Dekodierers 21b auf
Empfang gestellt ist und danach zur Aussendung einer Informations-Impulsgruppe
auf Sendung umgeschaltet wird, während
gleichzeitig das Funkmodul des Kodierers/Dekodierers 21b nun
auf Empfang umgeschaltet wird. Auf diese Weise kann die hier vorgeschlagene
Verschachtelung der Impulsgruppen der Zentrale und der Impulsgruppen
der Handsteuereinrichtungen mit geringem apparativen Aufwand und
mit handelsüblichen
Funkmodulen verwirklicht werden.