Gleisbelegtmelder V3

Allgemeines

Der Gleisbelegtmelder GBM-8-V3 ist in der Lage 8 Gleisabschnitte zu überwachen. Es können die Gleisformate SX1, SX2 und DCC verarbeitet werden. Die Rückmeldung erfolgt über den SX-Bus.
Neben den bekannten 5-poligen DIN-SX-Buchsen, besitzt der GBM-8-V3 auch RJ45-Buchsen zur gleichberechtigten Verkablung des SX-Bus in RJ45-Technik. Mehr Infos hierzu siehe: Selectrix und RJ45-Netzwerkkabel.
Die neue Version 3 ist nun passend für ein Gehäuse designed (Hammond Serie 1591, Reichelt Art.-Nr. 1591CFLBK).

Vorgängerversion

Die Version GBM-8-V2 ist ins Archiv umgezogen. Link:

• GBM-8-V2

Funktionen

Über den SX-Bus wird der GBM-8-V3 auch programmiert, folgende Parameter können eingestellt werden:

• SX-/Rückmelde-Adresse
• Meldeverzögerung der Belegtmeldung
• Meldeverzögerung der Freimeldung
  Verhalten bei Fahrstrom aus

Der GBM-8-V3 benötigt kein dem SX-Bus synchrones Gleissignal und verarbeitet folgende Gleisformate:

• SX1
• SX2
• DCC
• MM

Tipp:
Sollen Waggons vom Gleisbelegtmelder erkannt werden, empfehle ich einen 22kOhm SMD-Widerstand (Baugröße 0805 oder 1206) auf 2 Achsen eines Waggons zu kleben und mit Silberleitlack an die Radscheiben zu kontaktieren. Weitere Infos hierzu:

• http://www.der-moba.de/index.php/Leitachsen
• http://www.modellbahnclub-lichtenstein.de/technik/steuerungen/widerstand-achsen.html
• http://www.tc-wiki.de/index.php/Meldeachsen,_R%C3%BCckmeldung_f%C3%BCr_Wagen

Technisches

Der GBM-8-V3 arbeitet nach dem Stromfühler-Prinzip. Es reicht ein Stromfluss von weniger als 1mA bzw. ein Spannungsabfall von 0,67V, um eine Belegtmeldung zu erzeugen. Damit sind auch stehende Loks (nur der Decoder als Verbraucher) sicher erkennbar, oder auch Waggons mit Innenbeleuchtung bzw. mit präparierten Achsen – z.B. per SMD-Widerstand an der Achse (22kOhm).

Das Messprinzip stellt sich wie folgt dar:
Der Fahrstrom fließt von X5-1 oder X5-10 über je 2 antiparallele Dioden (D4…D19) zu den Anschlüssen X5-2…X5-9. Das Widerstandsnetzwerk RN1 bildet die 8 Messwiderstände, welche parallel zu den 16 antiparallelen Dioden D4…D19 verschaltet sind. Eine Verbraucher auf dem Gleis bewirkt einen Stromfluss über D4…D19, dies wiederrum führt zu einem Spannungsabfall in diesen Dioden von rund 0,67V. Da die Messwiderständ in RN1 und D4…D19 parallel verschaltet sind, wirkt dieser Spannungsabfall auch auf die Messwiderstände. Über je einen 100kOhm Widerstand sind die Dioden D4…D19 sowie die Messwiderstände des RN1 mit den Minus-Eingängen des Komparators LM339 verbunden.

Betrachtung 1 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf Masse/low & Verbraucher auf Gleis
Die Widerstände R15 (4,7kOhm) und R14 (100kOhm) bilden einen Spannungsteiler an 5V. Es ergibt sich eine Spannung von 0,235V (4,7kOhm / 100kOhm * 5V), wenn am Fahrstromeingang X5-1 bzw. X5-10 0V (also Masse) anliegt. Die 0,235V liegen als Vergleichsspannungen am Plus-Eingang des Komparators des LM339 an.
Fließt über einen Verbraucher auf dem Gleis ein Strom von Zentrale/Booster -> Verbraucher auf Gleis -> GBM -> Zentrale/Booster, so fällt am Messwiderstand und den antiparallelen Dioden eine Spannung von 0,67V ab. Damit ist am Komparator der Minus-Eingang > Plus-Eingang (Minus größer Plus | 0,67V > 0,235V) und damit der Ausgang des Komparators logisch „low“.

Betrachtung 2 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf ~20V/high & Verbraucher auf Gleis
Bei ggü. Betrachtung 1 invertierter Gleisspannung liegt am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators ~5,7V an. Diese ergibt sich folgendermaßen: Vergleichsspannung bildet sich über R15 (4,7kOhm) und Diode D3 (BAW75). R15 begrenzt den Strom auf ca. 3mA (20V – 5V = 15V; 15V / 4700Ohm = 0,003A = 3mA). Laut Datenblatt der Diode BAW75 beträgt bei 3mA „forward current“ der Spannungsabfall „forward voltage“ ~0,7V (Ablesen aus Diagramm). Da die Kathode der Diode nicht auf Masse, sondern +5V liegt, ergeben sich am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators 5V + 0,7V = 5,7V.
Fließt über einen Verbraucher auf dem Gleis ein Strom von Zentrale/Booster -> GBM -> Verbraucher auf Gleis -> Zentrale/Booster (umgekehrter Weg wie in Betrachtung 1), so fällt am Messwiderstand und den antiparallelen Dioden eine Spannung von ~20V – 0,67V = ~19V ab. Damit ist am Komparator wieder der Minus-Eingang > Plus-Eingang (Minus größer Plus | 19V > 5,7V) und damit der Ausgang des Komparators logisch „low“.

Betrachtung 3 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf Masse/low & kein Verbraucher auf Gleis
Wie in Betrachtung 1, liegt am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators 0,235V an. Da jedoch auf dem Gleis kein Verbraucher einen Stromfluss verursacht, damit keinen Spannungsabfall an den antiparallelen Dioden sowie dem Messwiderstand auftritt, liegt der Minus-Eingang bei 0V. Damit ist Minus-Eingang < Plus-Eingang (Minus kleiner Plus | 0V < 0,235V) und der Ausgang des Komparators logisch „high“.

Betrachtung 4 – Fahrstromeingang X5-1 / X5-10 liegen augenblicklich auf ~20V/high & kein Verbraucher auf Gleis
Wie in Betrachtung 2, liegt am Vergleichsspannungseingang (Plus-Eingang) des Komparators 5,7V an. Da jedoch auf dem Gleis kein Verbraucher einen Stromfluss verursacht, damit keinen Spannungsabfall an den antiparallelen Dioden sowie dem Messwiderstand auftritt, liegt der Minus-Eingang bei 0V. Damit ist Minus-Eingang < Plus-Eingang (Minus kleiner Plus | 0V < 5,7V) und der Ausgang des Komparators logisch „high“.

Der Prozessor wertet nun die Ausgänge des Komparators auf logisch „high“ oder „low“ aus. Ein logisch „low“ bedeutet Verbraucher auf Gleis, logisch „high“ Gleis frei. Über Software-Filter und einstellbare Verzögerungszeiten wird schließlich das Ergebnis der Auswertung auf den SX-Bus gemeldet.

Downloads

• GBM-8-V3