TECHNIK

Infrarotlichtschranke zur Rundenzeitmessung

Die hier beschriebene kleine Elektronik setze ich bei meiner UNIVERSAL132 zur kontaktlosen Rundenzeitmessung ein. Sie kann aber auch genauso in Schienen anderer Bahnsysteme wie z.B. NINCO oder Carrera124/EVOLUTION/EXCLUSIV montiert werden. Die Beschreibung für den Einbau in eine NINCO-Schiene ist hier zu finden. Die Beschreibung für den Einbau in eine CARRERA124/EXCLUSIV/EVOLUTION-Schiene ist hier zu finden. Der Nachbau sollte wegen der wenigen Bauteile auch für Elektronikunerfahrene machbar sein. Für Elektronikunerfahrene biete ich hier ein paar Informationen zum Einstieg (Elektroniktips). Für die Verwendung von SLOTMAN als Software habe ich hier die notwendigen Schritte zur Konfiguration der Software dokumentiert.


Diese Nachbauanleitung ist für den privaten (nichtkommerziellen) Gebrauch freigegeben.
Generell sind alle Rechte bei mir.
Eine Veröffentlichung auch von einzelnen Teilen dieser Anleitung und Grafiken ist ohne meine Genehmigung nicht erlaubt ! Trotzdem keinerlei Gewährleistung für Folgeschäden !

Mit folgender Schaltung kann eine Infrarotlichtschranke zur Rundenzeitmessung aufgebaut werden. Zum Aufbau einer 2-spurigen Lichtschranke muß die Schaltung doppelt aufgebaut werden. Da das IC 7400 jedoch vier NAND-Gatter beinhaltet reduziert sich der Bauteileaufwand erheblich. Die Lichtschrankenschaltung liefert am Ausgang A ein 5V-Signal. Dieses Signal reicht normalerweise für die Ansteuereung (z.B. Druckerschnittstelle / serielle) aus. Manchmal sind allerdings potentialfreie Ausgänge notwendig. Deshalb werde ich die Schaltung noch um die Ansteuerung eines Miniaturrelais erweitern. In u.g. Bauanleitung habe ich die Lichtschranke in den Führungsschlitz des Leitkiels eingebaut. Die Unterbrechung der Lichtschranke erfolgt durch den Leitkiel des durchfahrenden Fahrzeuges. Durch diese Bauweise unterscheidet sich die Schiene optisch kaum von einer Standardgeraden. Da die Elektonik recht Platzsparend aufgebaut werden kann, lässt sie sich vollständig auf der Schienenunterseite montieren. Die Elektronik kann selbstverstaendlich auch für andere Fototransitoren und IR-Sendedioden verwendet werden, die z.B. in einen alten Rundenzähler (z.B. Carrera-ArtNr.50581) montiert werden können. Beispiele hierzu werde ich in den nächsten Monaten auch noch dokumentieren.

Schaltbild
Bauteile:
Einbau der Lichtschranke:	Für die Lichtschranke habe ich eine Gabellichtschranke (Infrarot) vom Typ CNY37 (Reichelt-Elektronik) verwendet. Leider sind ein paar kleine Änderungen (zurechtfeilen) notwendig um die Sender und Empfänger im Slot unterbringen zu können. Aber keine Angst ! Hört sich schlimmer an als es ist.
	Zuerst muss zwischen mittlerem und den ässeren Stromleitern auf jeder Seite ein möglichst grosser rechteckiger Ausschnitt (siehe Bild) gebohrt bzw. ausgefeilt werden. Dabei bleibt nur noch das Plastik rechts und links um den unteren Stromleiter erhalten.
	Da die beiden Bauelemente im Kunststoffmantel eingegossen sind, und die Lichtschranke leider etwas zu gross für die Slotbreite ist, kann auf der Rückseite von Sender und Empfänger sowie oben ca. 1mm abgefeilt werden (grüne Flächen). Da auch die Gabelbreite ca. 1mm zu eng für den UNIVERSAL-Slot ist, wird der Verbindungssteg zwischen Sender und Empfänger entfernt (schraffierte Fläche). Durch die eckige Bauform beider Bauelemente lassen sich diese trotzdem recht problemlos von der Unterseite in den Ausschnitt zwischen den Stromleitern eingepassen. Zum Fixieren Sekundenkleber verwenden und dann mit 2-Komponenten-Kleber richtig festkleben.

Nachbau der Elektronik:

Der Aufbau der Elektronik erfolgt auf einer preiswerten Lochrasterplatine die in jedem Elektronikfachgeschäft oder auch über u.g. Bezugsquellen erhältlich ist. Die u.g. Platine hat ein Format von 160 mal 100mm. Um die Schaltung platzsparender aufbauen zu können, sollte die Platine zuerst auf die entsprechende Grösse (in u.g. Zeichnung Löcher abzählen) zurechtgeschnitten werden. Mit etwas übung kann die ursprüngliche Platine entlang einer Lochreihe angeritzt (z.B. mit Cuttermesser) und dann durchgebrochen werden (Sollbruchstelle). Für einen ersten Funktionstest der Elektronik empfehle ich, die Platine noch nicht direkt auf der Schienenunterseite zu montieren. Um die Anschlüsse der zuvor in die Schiene eingebauten Lichtschranken (Sendediode und Fototransistor) sowie der LEDs und Stromversorgung besser anlöten zu können sollten alle Anschlusspunkte über sogenannte Lötstifte auf der Platine hergestellt werden. Für die Verbindungen zwischen Platine und LEDs, Gabellichtschranke, Computerstecker etc. verwende ich zweiadrige Modelleisenbahnlitze (sieht aus wie die original rot/schwarze Carreraleitungen) die in jedem Modelleisenbahngeschäft für ca. 2,-DM (5m) erhältlich ist.

An den auf der Zeichnung mit x gekennzeichneten Stellen muss vor den Lötarbeiten die entsprechende Leiterbahn unterbrochen werden. Hierzu kann man einfach mit einen 7mm-Bohrer durch drehen von Hand (mit leichtem Druck) die Kupferschicht rund um ein bereits vorhandenes Loch entfernen. Zuerst alle Drahtbrücken (aus blankem 0,6mm-Draht) biegen und einlöten. Dann genauso mit den 6 Widerständen verfahren. Für das IC (7400) sollte man eine passende IC-Fassung einlöten in die anschliessend das IC eingesetzt wird. Fuer den ersten Funktionstest einfach ausreichend lange Anschlussdrähte an die Lichtschranken löten um die Platine neben die Schiene legen zu können. Die beiden LEDs kann man hierfür direkt an die Lötstifte anlöten. Als Netzteil kann ein Handelsübliches Steckernetzteil mit 5V (meist 4,5V) Ausgangsspannung verwendet werden.

Anschluss an den PC:

Je nach benutzter Software werden die beiden Ausgänge und die Masse (Minuspotential) mit den entsprechenden PINS der Schnittstellenstecker verbunden. Für die Verwendung des Parallelports (mit der Software SLOTMAN oder SPLITSECOND7) wird ein 25-poliger Parallelportstecker benötigt und folgende Verbindungen (siehe auch Zeichnung oben) hergestellt: Ausgang 1 der Elektronikplatine mit PIN10 (25-poliger Stecker) verbinden. Ausgang 2 der Elektronikplatine mit PIN11 (25-poliger Stecker) verbinden. Masse (Minus) der Elektronikplatine mit PIN25 (25-poliger Stecker) verbinden. Für die Verwendung der seriellen Schnittstelle (mit der Software AUTOBAHN von T.Beneke) wird eine 9-polige Buchsenleiste benötigt und folgende Verbindungen müssen hergestellt werden: Ausgang 1 der Elektronikplatine mit PIN1 (SUB-D-Buchsenleiste 9-pol.) verbinden. Ausgang 2 der Elektronikplatine mit PIN6 (SUB-D-Buchsenleiste 9-pol.) verbinden. Masse (Minus) der Elektronikplatine mit PIN5 (SUB-D-Buchsenleiste 9-pol.) verbinden. Ich habe beide Varianten getestet. Besonderheit: Bei der Verwendung des Parallelports musste ich eine Besonderheit feststellen, welche meiner Erfahrung nach jedoch keine Fehlfunktion darstellt und bisher auch nicht zu irgendwelchen Problemen mit dem PC geführt hat: Wenn die Parallelportstecker der Lichtschrankenschiene bereits am PC aufgesteckt ist, die Stromversorgung der Lichtschranke jedoch noch nicht eingschaltet ist. (Steckernetzteil der Lichtschranke noch nicht eingesteckt) leuchten die beiden LEDs bereits ganz schwach. Nach dem Einstecken der Stromversorgung der Lichtschranke leuchten beide LEDs voll auf und die Messung über die Software funktioniert auch einwandfrei.

Test der Schaltung:	Nach anlegen der 5V-Betriebsspannung leuchten beide LEDs. Wenn nun eine Lichtschranke abgedunkelt wird,(einfach mal einen Wagen durchschieben) erlischt die entsprechende LED kurz (je nach Geschwindigkeit). Dieser Impuls reicht aus, um die u.g. Software anzusteuern.
Tips für die Endmontage:	Für die beiden LEDs habe ich an der Aussenseite der Schiene je ein Loch mit 3mm Durchmesser gebohrt und die LED mit Sekundenkleber dort fixiert. Anschliessend habe ich die Anschüsse mit den entsprechenden Lötstiften verbunden. In die Platine habe ich an zwei Stellen ein kleines Loch gebohrt, durch das eine ganz kurze Schraube gesteckt wird. Auf der anderen Seite habe ich eine passende Mutter auf die Schraube gedreht, die Unterseite der Mutter vorsichtig mit Sekundenkleber bestrichen und dann alles zusammen am späteren Montageplatz der Platine angedrückt. Wenn der Kleber fest ist, kann mit der restlichen Verdrahtung begonnen werden. Die für den Test benutzten langen Anschlussdrähte können nun gekürzt und endgültig angelötet werden. Da der ganze Aufbau ca. 5mm über die Stärke der Schiene herausragt, habe ich Gehäusefüsse aufgeklebt. Wenn man das IC direkt auf die Platine lötet und auf die IC-Fassung verzichtet kann sich eventuell die Einbautiefe der Elektronik so verringern, dass die Elektronik komplett in die Schiene passt. Wer nicht umbedingt den Ehrgeiz aufbringt alles möglichst in bzw. unter der Schiene verschwinden zu lassen, kann die Elektronik nach erfolgreichem Test auch direkt in ein kleines Plastikgehäse einbauen welches dann neben der Schiene liegt. Hierbei sollte dann allerdings darauf geachtet werden das die an den Lichtschranken angelö:teten Drähte zugentlastet werden, damit sie sich nicht zu schnell beim Rennbetrieb lösen können.

Unterseite der fertigen Lichtschrankenschiene:



Beschaffung der Bauteile :
Um möglichst vielen von Euch den Nachbau zu ermöglichen, habe ich eine kleine Bestelliste für den Elektronik-Versand Reichelt-Elektronik zusammengestellt. Wer schon Elektronikerfahrung hat wird mit Sicherheit bereits einige Teile z.B. Leiterplatten, Draht etc. besitzen. Es ist sicherlich auch möglich, die benötigten Bauteile im lokalen Elektronikfachhandel zu kaufen. Die Daten der u.g. Liste habe ich aus dem aktuellen Reichelt-Katalog entnommen. Bestellen kann man bei Reichelt entweder über die telefonische Bestellannahme (04422/955-333) oder via Internet (WWW.REICHELT.DE). Genauere Angaben dazu findet ihr auf deren Web-Site.


Bauteileliste für den Nachbau :

Bezeichnung	Art-Nr.	Katalog Seite	Preis (EURO)	Anzahl
SN 7400	LS00		0,17	1
LED, 3mm rot	LED 3MM RT		0,05	2
Gabellichtschranke CNY37	CNY 37		0,79	2
Standard IC-FAssung 14pol.	GS 14		0,04	1
Widerstand 1/4W - 56Ohm	1/4W 56		0,10	4
Widerstand 1/4W - 10kOhm	1/4W 10K		0,10	2
Leiterplatte mit Cu-Auflage (Lötstreifen) 50x100mm	H25SR050		0,46	1

Sonstiges (wenn nicht bereits vorhanden):

Bezeichnung	Art-Nr.	Katalog Seite	Preis (EURO)	Anzahl
Steckernetzgerät	MW 500-GS		7,10	1
Einbaubuchse	HEBW 21		0,23	1
Lötstifte (100Stk.)	RTM 1-100		1,15	1
Kupferdraht 0,6mm (stark verzinnt)	SILBER 0,8mm		0,59	1
2-adrige Modelleisenbahnlitze (Modellbahnfachgeschäft)	-------	-	ca.1,00	2

Bei Verwendung der parallelen Schnittstelle (SLOTMAN-Software)

Bezeichnung	Art-Nr.	Katalog Seite	Preis	Anzahl
D-SUB-Stecker, 25-polig, Lötkelch	D-SUB ST 25		0,10	1
D-SUB-Kappe für 25-polig D-Sub, Kunststoff	KAPPE CG25G		0,13	1

... oder bei Verwendung der seriellen Schnittstelle (AUTOBAHN-Software)

Bezeichnung	Art-Nr.	Katalog Seite	Preis	Anzahl
D-SUB-Stecker, 9-polig, Lötkelch	D-SUB ST 09		0,08	1
D-SUB-Kappe für 9-polig D-Sub, Kunststoff	KAPPE CG9G		0,09	1

Die Software:
Die Schaltung kann z.B. zur Rundenzeitmessung mittels PC verwendet werden. Da ich derzeit noch keine
Software selber anbieten kann möchte ich hier einige preiswerte Lösungen vorstellen:
(Um eine bessere Bildschirmdarstellung der Software und weitere Infos zu erhalten, einfach auf die Grafik klicken.)

SlotMan V6.08 (Light) von Stefan Wolff-Boenisch Freeware !!! Die Software kann als Freeware kostenlos von dessen Homepage runtergeladen werden. Die Software beinhaltet auch einen Streckendesigner. Anschluss erfolgt via Parallelport. Unbedingt die Version v6.08 verwenden, denn höhere Versionen funktionieren nicht mehr mit dem Parallleport !!! (Weitere Info durch klicken auf die rechte Grafik)
Autobahn von Thomas Beneke Die Software kann als Testversion kostenlos von dessen Homepage runtergeladen werden. Hierbei ist die Benutzung auf 15 Programmstarts begrenzt. Die Registrierung für die unlimitierte Nutzung kostet 30,-DM Anschluss erfolgt via Seriellport. (Weitere Info durch klicken auf die rechte Grafik)

Alle meine Tests der o.g. Lichtschranke habe ich mit der Software von T.Beneke (seriell) sowie mit der Parallelportversion von SLOTMAN durchgeführt. Ich persönlich benutze seit einiger Zeit SLOTMAN mit dem man sogar bis zu 4 Spuren messen kann. Die Belegung der Stecker in der Nachbauanleitung bezieht sich ebenfalls auf diese Software. Bei Verwendung einer anderen Software müssen lediglich die beiden Ausgänge der Hardware sowie die Masse (Minus) an die entsprechenden Pins des Parallelports angeschlossen werden. Falls Ihr die Hardware mit einer anderen Software einsetzt, informiert mich bitte kurz via e-mail damit ich diese Info auch an alle weitergeben kann.

Falls Ihr diese Lichtschranke einsetzt sendet mir doch bitte kurz ein Mail. Ich weiss dann wenigstens wie oft diese Lichtschranke bei Euch in Betrieb ist. Ich könnte Euch dann unkompliziert über neue Infos und Tips zu dieser Hardware/Software benachrichtigen.


Falls es nicht sofort funtioniert (soll es leider auch geben):
Die Elektronik ist normalerweise recht einfach gehalten und die o.g. Nachbauaneitung von mindestens 20 Leuten nachgebaut worden. Beim Elektronikbasteln kann jedoch immer mal eine Schaltung nicht sofort funktionieren. In diesem Fall geht es hier zur Fehlersuche.