Adressierbares Kopfmodul für Standard S88 Module

Warum adressierbar?

Prototyp des AKS88NB Moduls

Obwohl die Anwendung von S88 für die Rückmeldungen im Modellbahnbereich sehr einfach ist, sind einige Nachteile nicht zu vermeiden. Besonders die oft gepriesene "automatische Adressierung" erweist sich bei Anlagenerweiterungen und Umbauten eher als Nachteil. Fügt man in das lineare S88 System ein Modul ein, verschieben sich die Adressen aller nachfolgenden Module. Hängt man das neue S88 Modul einfach ans Ende der Kette, sind lange Wege im S88 Kabel oder in der Verdrahtung zum S88 Modul die Folge. Wie wir einleitend gesehen haben, erhöht das die Störempfindlichkeit des Systems.

Modulanlagen mit variablen Aufbau sind mit Standard S88 nur mühsam zu realisieren. Für den automatischen Betrieb eines neuen Arrangements müssten alle Rückmeldeadressen den neuen Gegebenheiten angepasst werden. Mit dem hier vorgestellten Kopfmodul AKS88NB erhalten einzelne S88 Module oder Gruppen von Standard S88 Modulen feste Adressen. AKS88NB steht für Adressierbarer Kopf für S88 mit Netzwerkkabel und DatenBus. Weitere Vorteile dieses Kopfmoduls sind die höhere Störfestigkeit durch die Verwendung eines niederohmigen Datenbus und die frei wählbare Kabeltopologie, die zu kürzeren Kabeln und weniger Verdrahtung führt. Bei Modulanlagen kommt als wesentlicher Vorteil dazu, dass innerhalb eines Moduls die bisherigen S88 Baugruppen nicht angefasst werden müssen und dass sich auch an der Anlagenverdrahtung zu diesen Baugruppen nichts ändert. Unter der Voraussetzung, dass sich die Modellbahnsteuersoftware auch modular konfigurieren lässt, kann man mit dieser neuen Lösung einfach eine neue Reihung der Module durchführen, ohne alle Rückmelder neu programmieren oder von der Adresse her verschieben zu müssen.
Zusammengefasst bietet das neue "AKS88NB" Modul folgende Eigenschaften:

  • Das Modul AKS88NB ist voll Kompatibilität mit allen Zentralen und S88 Scannern.
  • Alle bisherigen Standard S88 Module können ohne Änderung der Verkabelung und der Verdrahtung weiterverwendet werden. Bis zu 4 Standard S88 (16-Bit) werden unterstützt.
  • Programmierbare (Anfangs-)Adresse im Bereich der auf der Zentrale konfigurierten Anzahl von S88 Modulen. Diese Adresse wird im EEProm des Prozessors Nulspannungsfest gespeichert. Die Anzahl der nachgelagerten "halben" Standard S88 Module wird mit den 3 Steckbrücken "1", "2" und "4" definiert.
  • Geringe Anzahl an Komponenten. Der Mikroprozessor ATTiny2313A übernimmt als einzige aktive Komponente alle Aufgaben. Der Mikroprozessor wird aus der S88 Schnittstelle der Zentrale mit 5V versorgt. Das Modul ist NICHT 12 V kompatibel!
  • Kann nur mit Netzwerk Patchkabeln angeschlossen werden (abgeschirmt und störsicher). Auf der Seite der Standard S88 Baugruppen bietet das Modul ebenfalls einen RJ45 Anschluss für die Verwendung von Netzwerk-Patchkabeln, aber auch die traditionelle 6-polige Stiftleiste für ältere Standard S88 Module ist vorhanden.
  • Unterstützt lineare (wie bisher), Baum- und Bus-Stichleitungs-Topologien mit handelsüblichen RJ45 T-Stücken. Eine Reihenfolge von AKS88NB (oder auch RM8S88NB) ist nicht einzuhalten.
  • Der Datenbus (S88_DATA) zur Zentrale ist durch den Bipolaren Mikroprozessor Port von Hause aus niederohmig. Sendet gerade keines der NB Module Daten zur Zentrale, wird der Bus mit einem Lastwiderstand niederohmig (störsicher)abgeschlossen und auf Masse gehalten. Auf einem Modul, normalerweise dem letzten Modul, wird dazu auf JP1 eine Steckbrücke platziert.
  • Die AKS88NB Module haben 2 primäre RJ45 Buchsen. Es gibt keine "DATA-IN" und "DATA-OUT" Unterscheidung wie bei Standard S88 Modulen.
  • Das AKS88NB Modul kann zusammen mit RM8S88NB oder BM8S88NB (geplant) am gleichen S88 BUS verwendet werden.

Topologie-Beispiel

Anhand eines Beispiels wird die Verwendung der AKS88RM Module gezeigt. Eine modulare Gleisanlage mit einem Bahnhofsmodul, einem Betriebswerk-Modul und zwei einfachen Gleismodulen wird mit Standard S88 betrieben. Die Module sind in der Grafik durchnummeriert. 16-Bit Module haben eine Bezeichnung mit einem "#" Zeichen. "Halbe" oder 8-Bit Module haben eine Nummer, mit zwei vorangestellten "#"-Zeichen. das herkömmlich aufgebaute S88 Netzwerk mit der automatischen Adressierung

Alle S88 Rückmeldebausteine in den Gleismodulen hängen als Perlen an der Kette im S88 Kabel. Möchte man das Streckenmodul 2 zwischen dem Bahnhofsmodul und dem Betriebswerk platzieren, ohne dabei eine Adressänderung in Kauf zu nehmen, müsste man das S88 Kabel kreuz und quer durch das Arrangement ziehen, damit die ursprüngliche Reihenfolge und damit die Adressen gewährt bleiben. Das führt zu sehr langen S88 Kabeln und damit zu einem weniger zuverlässigen und übersichtlichen Rückmeldesystem.

das mit den AKS88NB Köpfen aufgebaute S88 Netzwerk kann an den blauen Buchsen bei fester Adressierung beliebig zusammengesteckt werden

Baumstruktur mit RM8S88NB und Standard S88 über AKS88NB

Wirklich absolute Adressierung, auch der Standard S88, bei völliger Freiheit in der Topologie lässt sich nur unter Zuhilfenahme von adressierbaren Köpfen AKS88NB erreichen.

Einstellen der Adressen

Das Einstellen der Anfangsadresse eines AKS88NB Kopfes geschieht genauso wie bei einem RM8S88NB am besten mit einem Monitor für die Rückmelder. So hat man die beste Übersicht um unabhängig von der gewählten Topologie das Mapping der Rückmelder zu gestalten. Viele Modellbahnprogramme bieten von Hause aus einen solchen Monitor oder man baut sich einen, indem man die Rückmelder in einer Matrix auf der Software Oberfläche zeichnet,

Monitor für 8 S88 Modulen bzw. 16 halbe Nodule

Bevor das zu programmierende AKS88NB Modul mit einem Patchkabel separat an die Zentrale angeschlossen wird, muss mithilfe der Steckbrücken 1, 2 und 4 die Anzahl der angeschlossenen Standard Module definiert werden. Keine Brücke bedeutet 1 8-Bit Modul, alle 3 Brücken gesteckt bedeutet das 8 Standard 8-Bit Module bedient werden (entspricht 4 16-Bit S88 Module). Ist die Anzahl eingestellt (Tabelle), wird die Brücke JP3 kurz gesteckt und wieder entfernt. Die rote LED leuchtet auf. Im Monitor wird nun die aktuelle Adresse (in Binärcode) an der richtigen Stelle angezeigt. Sind am AKS88NB mehr als 1 Standard S88 Module angeschlossen, wird auch deren Adresse im Monitor angezeigt. Um nun die Adresse anzupassen wird der Taster kurz gedrückt. Die Adresse inkrementiert und deren Anzeige springt auf das nächste halbe Modul. Die Taste wird nun so oft betätigt, bis die Adresse korrekt ist. Hat man so die gewünschte Adresse erreicht, wird der Taster erneut betätigt aber nun und lang (ca. 6 s) gedrückt gehalten, bis die LED erlischt. Die neue Adresse ist nun fest im EEPROM des RM8S88NB hinterlegt. Das nächste Modul kann programmiert werden. Erreicht man mit dem Taster die maximal mögliche Adresse, springt die Anzeige wieder auf 1. Um zu vermeiden, dass man bis zu 63 mal drücken muss, auch wenn man auf der Zentrale nur 4 16-Bit Module konfiguriert hat, zählt der RM8S88NB die Clockimpulse, die zwischen zwei Loads von der Zentrale kommen mit und macht daran fest, wann die Adresse wieder auf 1 springen soll.

Setzen des Abschlusswiderstandes

Die AKS88NB Module verwenden vom S88 Standard außer +5V und Ground nur die S88_LOAD-, die S88_CLOCK- und die S88_DATA-Leitung. Die Datenleitung ist allerdings durchgehend und wird als Busleitung betrieben. Erst wenn ein AKS88NB Modul aufgrund der eingehenden S88_CLOCK Impulse feststellt, dass seine Information nun in Richtung Zentrale geschoben werden muss, schaltet es sich auf den Bus und setzt zu den nächsten 8 bis 64 Clock Impulse seine Daten auf die Datenleitung. Die übrige Zeit ist der Ausgang des Moduls hochohmig. Um undefinierte Zustände auf der Datenleitung zu vermeiden, wenn gerade kein Modul sendet, wird der Datenbus mit 330 Ohm nach Masse relativ niederohmig abgeschlossen. Das wird nur an einer Stelle auf einem der AKS88NB oder RM8S88NB Module durch Stecken eines Jumpers auf JP1 gemacht.

Nachbau

Das Modul verwendet den Atmel 8-Bit AVR Prozessor ATTiny2313A. Die Software wurde in Atmel Studio 7 in "C++" erstellt.
Das Layout ist wegen der vielen Verbindungen zwischen den 8-poligen Modulsteckern doppelseitig. Bei selbstgeätzten Platinen sind mehrere Drahtbrücken auf der Bestückungsseite erforderlich. Baut man auf Lochrasterplatine auf, dann sind die 3 RJ45 Netzwerkbuchsen der kniffeligste Part beim Zusammenbau. Beim Prototyp auf Lochrasterplatine wurden auf der Unterseite der Buchsen die schwarzen Rast-Stifte abgeschnitten und die Beinchen 1, 3, 5 und 7 nach links, die Beinchen 2, 4, 6 und 8 entsprechend nach rechts verbogen, so dass sie alle im 2.54 mm Raster liegen. Dann werden noch 2 Löcher von 1,2 mm für die beiden Zungen des Blechschirms gebohrt. Das wird dann 3 mal gemacht. Natürlich kann man auch eine der beiden Buchsen auf der S88 BUS Seite weglassen und dafür ein RJ45 T-Stück für die Verbindung zum nächsten NB (BUS) Modul verwenden.

Nachfolgend stelle ich Ihnen alle erforderlichen Unterlage für den nicht kommerziellen Nachbau bereit. Achtung: Alle Angaben ohne Gewähr. Der Autor haftet nicht für Schäden, die durch die Verwendung dieser Information entstehen.

AKS88NB Unterlagen
AKS88NB nachbauen
AKS88NB Schaltplan
AKS88NB Bestückung
AKS88NB Layout (Eagle)
AKS88NB Stückliste
AKS88NB Reichelt Warenkorb
AKS88NB Firmware (aks88nb.hex, aks88nb.eep und aks88nb.elf)
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