Auswertung der Rückmeldeimpulse von D&H Lokdecodern
zur Zugerkennung.

Obwohl ich mich schon über 25 Jahre mit Selectrix beschäftige, habe ich erst vor einigen
Wochen von der Möglichkeit erfahren, mit Hilfe der Rückmeldeströme der D&H
Decoder, Lokadressen auf Meldegleisen zu bestimmen.

Direkte und indirekte Zug- bzw. Lokadressenerkennung:

In vielen Fällen ist es für den ambitionierten Modellbahner vorteilhaft und wichtig nicht nur
zu wissen, ob ein Gleisabschnitt besetzt ist, sondern auch den "Besetzer" zu identifizieren.

Dafür wurden im Laufe der Jahre verschiedene Systeme entwickelt, die eine Kennung
an geeignete Empfänger senden, wenn eine entsprechend ausgestattete Lok, oder ein
"Anhängsel", die Meldestelle überfahren. Eines dieser Systeme basiert auf der Infrarottechnik
( IR ), bei dem zwischen den Schienen ein IR-Fotoempfänger angebracht ist. Die Loks
haben einen Minisender mit einer IR-Diode an der Unterseite montiert. Beim Überfahren
der Meldestelle erkennt die Empfangsschaltung die Kennziffer und überträgt sie auf
einer vereinbarten Adresse auf den Bus. Dadurch ist eine automatische Zugbeeinflussung
möglich, wie z.B. für Pendelzüge oder Aufenthaltssteuerungen. Ein Vorteil dieses Systems ist
die Unabhängigkeit vom verwendeten Digitalsystem.

Die Selectrix-D&H-Decoder bieten die Möglichkeit der indirekten Lokadressen-Erkennung.
Indirekt, weil der Decoder, im Gegensatz zu dem erwähnten IR-Sender, keine codierte
Kennung sendet, sondern nur eine Ja-Nein Unterscheidung über das Gleis ermöglicht.
Das ist also prinzipiell eine Besetztmeldung mit der Zusatzinformation, "Ich bin ein D&H
Decoder". Ein geeigneter Besetztmelder nach dem Stromfühlerprinzip kann dann dieser
Information eine Lokadresse zuordnen, aber nicht direkt empfangen. In den Datenblättern
dieser Decoder ist diese Eigenschaft als Möglichkeit der Adresserkennung genannt,
aber immer mit dem entscheidenden Zusatz, "In Verbindung mit dem Selectrix-System".

Hier sollte allerdings stehen  " Mit GEEIGNETEN Selectrix Komponenten", denn es sind
gewisse Voraussetzungen für diese Technik zu erfüllen, die nicht selbstverständlich sind,
auch wenn die "volle Kompatibilität" zu Selectrix zugesagt ist.

Eine einfache Übung, wenn man ausschließlich Komponenten der Fa. Müt verwendet und
die Einbau- bzw. Verdrahtungsvorschriften exakt beachtet. Hardware allein genügt
aber nicht, weil es eines Dialoges bedarf, zwischen dem geeigneten Besetztmelder
und der Zentrale bzw. der Fahrsoftware. Die Müt-Zentrale MC2004 und der BM 8I
sind entsprechend konstruiert.
Auch die Fa. MTTM bietet einen "intelligenten" Besetztmelder an, mit ähnlichen Eigenschaften.

Der unbestreitbare Vorteil ist die Vermeidung zusätzlicher Bauteile und Installationen,
wenn schon ein Besetztmelde-Abschnitt vorhanden ist.

Das Prinzip der Besetztmelder mit Stromfühler:

Jeder Verbraucher auf dem Gleis verbraucht Strom, egal ob Decoder, Wagenbeleuchtung
oder Widerstandsachsen von Wagen. Dieser Strom wird von Besetztmeldern, nach dem
Stromfühlerprinzip, erkannt, die Meldung "Besetzt" erfolgt. Strom setzt  Spannung voraus,
die aber auf dem Selectrix Gleis nicht kontinuierlich vorhanden ist, weil sie zur
Rückgewinnung des Systemtaktes nach jeweils 40µSekunden, mit wechselnder
Polarität, für etwa 10 µSekunden komplett abgeschaltet wird.

Der D&H Rückmelde-Trick :

Wenn ein D&H Lokdecoder seine Adresse erkannt hat, fließt, auch in den Taktpausen
des Datenbytes, ein geringer Strom. Die Spannungsquelle ist der Decoder selbst,
bzw. der eingebaute Elko-Winzling. Entsprechend gering ist der eingeprägte Strom.
"Ältere" Decoder, den Jahrgang kenne ich nicht, erzeugen nur 1mA, neuere und
aktuelle,  etwa 8 mA. Die Polarität der Meldeimpulse ist davon abhängig, in welcher
Richtung die Lok auf dem Gleis steht. Diese Information kann in Verbindung mit der
aktuellen Fahrtrichtung zur gezielten Zugbeeinflussung verwendet werden.

Hier ein Auszug aus meinem Schaltplan "D&H-Lokadressen-Erfassung":

Die Schaltung ist ganz bewusst sehr einfach gehalten. Die Hysterese an den Komparatoren
habe ich auch weggelassen, weil sie sich als nicht unbedingt notwendig erwiesen hat.

Die "Blaue" Klemme und GND des Booster liefern die Bezugspotentiale,
das Meldegleis ist an X2-3 angeschlossen.


Das "Problem" der Booster-Endstufen:

Meine CC2000 und der Booster von Uwe Magnus haben eine Beschaltung, die in den
Taktpausen das Gleis auf etwa halbe Versorgungsspannung legt, also etwa +10 Volt
gegen GND.
Auch bei diesem Wert ist der Komparatorausgang , mit und ohne Stromfluss, Lo == 0V.
Das hat zur Folge, dass Stromfluss in den Taktpausen ( ~10µSek ) NICHT festgestellt
werden kann.

Prinzipiell macht es keinen Unterschied, wie hoch das Potential der Gleisklemmen
in den Taktpausen ist, wenn es denn "genügend" gleich ist, damit der Decoder die Taktpause
erkennen kann. Ergo ist es auch möglich ein PX-Gleissignal zu verwenden, bei dem
in den Taktpausen beide Klemmen, ROT und BLAU auf Potential "GND == 0 Volt" sind.

Als Nachteil dieser Endstufen kann man den Spannungshub von nominal 20 Volt nennen,
der bei der Standardlösung nur 10Volt beträgt, was die Störstrahlung auch deswegen
reduziert, weil die Spannungsflanken gegenläufig sind. Für die Praxis ist das aber von
untergeordneter Bedeutung.

Ein wichtiger Vorteil ist jedoch das exakte, gemeinsame GND-Potential im Besetztmelder
und im Booster. Das setzt eine "ordentlich" dimensionierte GND Verbindung der Module
voraus. Eine, der wichtigen Müt-Empfehlungen!


Boosterumbau :

Uwe Magnus verwendet in seinem Booster ein L6203 H-Brücke, die beide Ausgänge
auf "Sink" und "Source" schalten kann und mit Enable == Lo alle Endstufentransistoren
sperrt ( hochohmige Ausgänge ). Damit die Ausgänge auf "gleiches" Potential kommen,
in den Taktpausen, bei hochohmiger Endstufenbrücke, sind die Gleisklemmen an einem
Brückengleichrichter angeschlossen.
Die Gleichspannungsausgänge der Brücke werden in den Taktpausen per FET verbunden.
Der Potentialunterschied ist etwa 2-fache Diodendurchlassspannung. Diese Brücke habe
ich ausgebaut. Die Steuersignale P0 und P1 sind per wired-Or verknüpft und steuern
über diesen Weg auch den Enable-Eingang der L6203 Endstufe. Ein "Kratzer" mit
dem Skalpell an Stift 6 von IC4C trennt diese Verbindung auf, und mit P0 == P1 == Lo
sind beide Endstufenausgänge auf "Sink" zu GND.

Meldeimpulserkennung:

Wenn in den Taktpausen Klemme X2-3 an GND liegt und der Decoder einen Meldestrom
auf das Gleis bringt, der an R2 (1 KOhm) mehr als 0,4 Volt erzeugt, meldet der
Komparator auch in den Taktpausen "besetzt". Hier kommen aber Schaltverhalten
und Ansteuerungszeiten ins Spiel, sowohl im Decoder als auch in der Buserzeugung.
Deshalb muss der Besetztmelder den Stromfluss am Ende der Taktpause prüfen,
um festzustellen, ob im Augenblick die Adresse eines Decoders im überwachten
Bereich aktiv ist.

    SX-Daten

    Spg. an R2

Der Decoder sendet die Meldeimpulse in allen Taktpausen des Datenbytes:

    SX Daten

    Adr 37==255, 21==0, 5==255

    Komp.ausgang negativ

    Impulse == Lo

Dargestellt sind die Datenbytes der Adressen 37, 21, und 5. Die 37 und die 5 haben
den Wert 255, also alle Bit "1", die dazwischen liegende 21, mit Daten == "0".
Adresse 21 ist ein D&H Lokdecoder auf dem Gleis.
Zu sehen ist, dass erst mit 2 Bit Verzögerung die Meldeimpulse entstehen und während
der ersten beiden Bits der Folgeadresse noch "anhalten ".

Das ist aber eine lösbare Aufgabe im Melde-Decoder, weil definiert.


Auswertung und Meldung:

Wie immer gibt es mehrere Wege, nicht nur nach Rom. Wenn die "Intelligenz"
des Meldedecoders ausreicht, kennt er die aktuelle Adresse auf dem Gleis. Bei
erkannten Meldeimpulsen kann er sich die dazugehörige Adresse merken und / oder
auf einer ihm zugeordneten Meldeadresse ausgeben.
Vorstellbar ist auch, dass sich auf einem Gleisabschnitt mehrere Loks melden, deren
Adressen gespeichert werden und via SX-Bus abgefragt werden könnten.

Softwareprinzip meiner Lösung:

Jeder der 16 Selectrix Grundrahmen beginnt mit dem Synchron- und Adressteil. Danach folgen
die 7 Datenbytes der Adressen, die sich aus der Reihenfolge der Bytes ableiten. Die erste
Adresse ist die höchste und errechnet sich zu:
111 - Grundrahmennummer (wie übertragen). Die folgenden sind jeweils um 16 niedriger.
Nach dieser Regel kann der Besetztmelder jedem Daten-Byte, die im Augenblick gültige,
Adresse zuordnen. Wenn innerhalb eines Bytes Stromfluss in der Taktpause festgestellt wird,
so ist dieser vom Decoder mit der aktuellen Adresse verursacht. Die eindeutige Zuordnung ist erfolgt.
Der Softwareaufwand ist minimal. Zu beachten ist lediglich das etwas kritische Timing.
Sinnvoll ist es, ein Software-Filter einzubauen um die Sicherheit der Erkennung zu verbessern.


Bisherige Erkenntnis:

Mit einer geeigneten Gleisendstufe ist wenig zusätzlicher Hardwareaufwand im
Besetztmelder notwendig, um die D&H Rückmeldung zu erkennen. Der Software
Aufwand im Melde-Decoder ist minimal. Wie sich das im Fahrbetrieb verwenden
lässt, werde ich mit Tests herausfinden. Erste Versuche zeigen auch bei fahrenden
Lokomotiven eine zuverlässige Adresserkennung.

Der Hardwareaufwand ist so gering, dass sich auch Module anbieten, die nur für einen
Meldeabschnitt gebaut sind und eine Zugbeeinflussung beinhalten, die nur für bestimmte
Lokadressen wirksam sind, als Ersatz oder anstelle von IR-Modulen.

Winfried Steinhart, im Juli 2009