Servodecoder V3

Allgemeines

Der SX-Servodecoder V3 (SD-8-V3) dient dem Ansteuern von bis zu
8 (Modellbau-) Servos in einem Selectrix-System. Anwendungsgebiete sind u.a.

• Weichenantrieb
• Antrieb für Lokschuppentore
• Antrieb für Wasserkräne
• Antrieb für Bahnschranken und Flügelsignale (mit und ohne Nachwippen)
• Antrieb für eine Segmentdrehscheibe
• Antrieb für Entkuppler
• bewegte Figuren und Situationen auf der Modelleisenbahn (z.B. winkende Personen oder fallender Baum)

Neben den bekannten 5-poligen DIN-SX-Buchsen, besitzt der SD-8-V3 auch RJ45-Buchsen zur gleichberechtigten Verkablung des SX-Bus in RJ45-Technik. Mehr Infos hierzu siehe: Selectrix und RJ45-Netzwerkkabel.

Um den SD-8-V3 komfortabel über den PC zu parametrieren/programmieren, steht ein Programmiertool zur Verfügung. Natürlich sind auch alle anderen, üblichen Programmierwege möglich (SX-Handregler, SX-Busmonitor, SX1-Freeware von Daniel Mikeleit, RMX-PC-Zentrale, etc.).

Funktionen

Die Funktionen des SD-8-V3 werden durch die Firmware im Prozessor (AVR) vorgegeben. Derzeit sind 3 Modi verfügbar:

• Normaler-Modus
  • 8 Servos mit je 2 Endlagen
  • optional kann ein Nachwippen per Parameter aktiviert und deaktiviert werden – für jeden Servo individuell
  • klassischer Anwendungsfall: Weichenantrieb, Lokschuppentore, Bahnschranken, winkende Person
• Multipositions-Modus (MuPo)
  • 4 Servos mit je 4 Positionen. Jedem der 4 ansteuerbaren Servos können 4 Positionen zugeordnet werden, welche über jeweils 2 Bit der SX-Steueradresse angefahren werden können.
  • klassischer Anwendungsfall: Wasserkran zwischen 2 Gleisen, Segmentdrehscheibe mit bis zu 4 Abgängen
• Mixed-Mode
  • Kombination aus Normalem-Modus und MuPo.
  • Es können
    • 4 Servos mit je 2 Endlagen (mit und ohne Nachwippen)
      und
    • 2 Servos mit 4 Positionen
      angefahren werden.

Allen Modi gemeinsam sind folgende Funktionen:

• Komplett über den SX-Bus parametrisierbar/einstellbar (Steueradresse, Rückmeldeadresse, Endlagen/Positionen, Umlaufgeschwindigkeit, Impulsabschaltung, Nachwippen)
• Abspeichern des letzten Zustands. Der SD-8-V3 speichert intern die letzte Lage der Servos vor dem Ausschalten der Anlage. Bei Wiederinbetriebnahme wird der letzte Zustand wieder hergestellt.
• Abschaltbarer Servo-Implus für jeden Servo gegen Brummen in Endlage. Die Abschaltzeit kann parametriert werden.
• Verzögerte Servo-Spannungsfreigabe bei Inbetriebnahme. Erst wenn der SX-Bus und die Servo-Versorgungsspannung anliegen, wird die Servo-Spannung auf dem SD-8-V3 freigegeben, um so das Einschaltzucken minimieren…eliminieren zu können. Je nach Servo und dessen Eigenschaften ist damit das Einschaltzucken auf ein Minimum reduziert. Bei manchen Servos bedeutet dies kein Einschaltzucken, bei manch anderen Servos ein minimales Zucken. Eine globale Aussage für alle Servos kann leider nicht abgegeben werden – zu groß die Streuungen auf dem Markt.
• Ansteuerung einer optionalen Relaiserweiterung zur Polarisierung von Weichen. Der Umschaltimpuls für die Relais wird dabei in der Mitte des eingestellten Stellweges ausgegeben.

Anwendungsbeispiele

In den Videos ist i.d.R. der Servodecoder in Version 2 (SD-8-V2) in Verwendung. Unterschied zwischen V2 und V3: zusätzliche RJ45-Buchsen bei der V3, geändertes Layout, sonst gleiche Funktionen.

• Weichenantrieb
  • Video 1
  • Video 2
• Bahnschranke
  • Video 1
  • Video 2 mit Nachwippen
  • Video 3 mit Nachwippen
• Lokschuppen
  • Video 
• Entkuppler
  • Video
• Wasserkran zwischen 2 Gleisen
  • Video

Servodecoder und Relaiserweiterung

Über die Jahre hinweg gab es mehrere Hardware-Versionen des Servodecoders und der Relaiserweiterung. Die folgende Tabelle gibt einen Überblick, welche Version Servodecoder mit welcher Version Relaiserweiterung kompatibel ist.

• Tabelle als pdf-Dokument

Technisches

Elektronisches Herz des SD-8-V3 ist ein 8-Bit AVR-Prozessor „ATmega8-16“, getaktet mit 16 MHz. Dieser wird über den SX-Bus und entsprechender Spannungsreglung mit 5V Betriebsspannung versorgt, unabhängig der Servo-Spannungsversorgung. Somit führen Kurzschlüsse, Überlast und sonstige Fehler im Stromkreis der Servo-Versorgung nicht zu einem Zusammenbrechen oder Reset des Prozessors. Der SX-Bus ist mittels Komparatoren an den Prozessor abgebunden, wodurch eine exakte Schaltschwelle von 2,5V Spannungspegel der Takt- und Datenleitungen eingestellt wird. Alle einstellbaren Parameter werden intern im AVR-EEPROM abgelegt, eine intelligente Speichernutzung entsprechend AVR-App-Note 101 (http://www.atmel.com/images/doc2526.pdf) garantiert extrem lange Zuverlässigkeit und Integrität der gespeicherten Werte. In Zahlen ausgedrückt: In 200 Speicherzellen, welche jeweils 100.000x beschrieben werden können (garantierte Herstellerangabe), sind 20 Mio. garantierte Schreibzugriffe möglich (200 x 100.000 = 20.000.000). Würde man nun täglich 1000x die Weichen schalten, ist die garantierte Schreibzyklenzahl nach 20.000 Tagen, oder 54 Jahre und 9,5 Monate Dauerbetrieb aufgebraucht 🙂
Damit das Servo-typische Einschaltzucken minimiert bis hin zu komplett unterdrückt werden kann, wird die Servospannung erst dann mittels Transistor (MOSFET) zugeschaltet, wenn auch der SX-Bus anliegt und der AVR arbeitet. Diese zeitliche Abstimmung beider Bedingungen (AVR arbeitet und Servospannung liegt an) kann je nach Servotyp und Servohersteller das Einschaltzucken minimieren oder ganz außer Erscheinung treten lassen. Eine Garantie wird jedoch ausdrücklich nicht übernommen, dass das Zucken Null ist. Zu viele Unsicherheiten beeinflussen dieses Phänomen. Gäbe es hierzu eine globale Lösung, wäre diese sicher verbaut, jedoch liest man im Internet auch viel über die Versuche anderer Entwickler, das Zucken zu bändigen, ab nie komplett über alle am Markt verfügbaren Servos hinweg auszuschließen.
Interessante Links hierzu:

• http://www.electronicsplanet.ch/Roboter/Servo/intern/intern.htm
• http://www.opendcc.de/info/tipps/servo_ruckeln.html

Hinweis zur Spannungsversorgung

Der Servodecoder sollte ausschließlich mit Gleichstrom-Schaltnetzteilen versorgt werden (DC-SNT), der empfohlene Spannungsbereich 12…16V DC. Pro Servo und abhängig von dessen Größe sollte dabei eine Srombedarf von 0,5…2A bei 5V ausgegangen werden. Dies ergibt einen Leistungsbereich von 20…80W pro Servodecoder für 8 Servos. In der Praxis haben sich Leistungswerte von 60…80W für die Versorgung von 2…3 Servodecodern herausgestellt, da auch nicht ständig alle Servos in Aktion sind und kaum an allen Servodecodern stets „große Servos“ mit 2A Strombedarf angeschlossen sind.
Hintergrund: AC-Trafos sind zum einen „elektrisch weich“, d.h. sie brechen unter Last ein, zum anderen stören die 50Hz der Wechselspannung gern das Servosignal. Gerade im Moment der Inbetriebnahme der Anlage gibt es hohe Einschaltströme. Diese sind in der Lage, einen AC-Trafo zum Einbrechen zu bringen und infolge dessen kann sich eine Art Schwingung aufbauen, wo die Versorgung Zusammenbricht, wieder zuschaltet, wieder zusammenbricht, usw. Ergebnis sind unkontrolliert zuckende und/oder umher fahrende Servos, welche ihre Endlagen ignorieren.
DC-Schaltnetzteile sind ausgangsseitig stabilisiert und geben eine gefilterte Gleichspannung ab, welche die Servosignale nicht negativ beeinflussen. Wichtig ist auch hierbei die oben genannte Leistung der Versorgung.
Fazit für Servodecoder: DC-Schaltnetzteile top, AC-Trafos flop.

Downloads

Im folgenden sind die jeweils aktuellen Daten hinterlegt. Ältere Versionsstände sende ich bei Bedarf gern auf Anfrage zu.

• Download SD-8-V2 und SD-8-V3
• NM-Prog-Tool / SX-Programmer – Anwendertest (10.03.2017)
  Achtung: Das Tool befindet sich in Entwicklung. Anwendung kann Fehler beinhalten, diese bitte an sx-elektronik@norbert-martsch.de melden – Vielen Dank!
  Bisher unterstützte Zentralen/Interfaces: FCC, miniFCC, SLX852, SLX825.
  Das zip-Archiv bitte entpacken und die „setup.exe“ ausführen.

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Sonderversion

SD-8-mit 4x Servos und 4x Taster im Toggle-Modus: SD-8-V2.9.4.4 und SD-8-V3.2.4.4

In dieser Version stehen die Servoanschlüsse 1…4 für Servos im Normal-Modus zur Verfügung, die Anschlüsse 5…8 dienen als Tastereingänge im Togglebetrieb. Über einen zusätzlichen Parameter wird dem Modul mitgeteilt, ob es auf die ersten 4 Bits seiner SX-Steueradresse reagieren soll, oder auf die letzten 4 Bits. Alle anderen Funktionen sind identisch zur Normal-Firmware des Servodecoders.
Rückmeldung hierzu siehe Beitrag im Gästebuch