Standard S88 absolut adressiert

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 auch im Beitrag „S88 neu adres­siert“ 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. Ein Beitrag zu diesem Modul erschien in der Zeitschrift „Digitale Modellbahn, Ausgabe 2/2018.
Zusammengefasst bietet das neue „AKS88NB“ Modul folgende Eigen­schaften:

  • Das Modul AKS88NB ist voll kompatibel 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 null­span­nungs­fest 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 am gleichen S88 BUS verwendet werden.

Topologie-Beispiel

Anhand eines Beispiels wird die Verwendung der AKS88NB 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. 

Abbildung 1 – Herkömmliche S88 Module. Adressierung in Abhängigkeit der Reihenfolge im Kabel

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.

Abbildung 2 – Dieselbe Konfiguration mit AKS88NB. Verkabelung mit „Baum“-Topologie und absoluten Adressen.

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 wird ein grafischer Monitor für die Rückmelder ver­wen­det, wie ihn z.B. Win-Digipet oder iTrain zur Verfügung stellen. So hat man die beste Übersicht, um unabhängig von der gewählten Topologie das Mapping der Rück­melder zu gestalten. Für Modell­bahn­programme, die von Hau­se aus einen solchen Monitor nicht anbieten, kann man dafür auch alle Rückmelder auf einer Stell­werks­seite anzeigen. Abbildung 3 zeigt, wie das in Rocrail aussehen kann.

Abbildung 3 – So könnte ein Rückmeldemonitor in Rocrail aussehen

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 8-Bit Module definiert werden. Keine Brücke bedeutet 1 Mo­dul, alle 3 Brücken gesteckt bedeutet, dass 8 Standard 8-Bit Mo­dule bedient werden (entspricht 4 16-Bit S88 Module). Ist die Anzahl ein­gestellt (siehe Tabelle 1), wird die Brücke JP3 kurz gesteckt und wie­der entfernt. Die rote LED leuchtet auf. Im S88 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. Nehmen wir an, Sie haben 3 8-Bit Module an X3 angeschlossen und das AKS88NB ist noch nicht konfiguriert. Der in Rocrail von mir programmierte S88 Monitor zeigt nun an:

Abbildung 4 – Drei 8-Bit S88 Module werden bei einem nicht konfigurierten AKS88NB auf Moduladressen ##1, ##2 und ##3 abgebildet.

Um nun die Adresse anzupassen, wird der Taster kurz gedrückt. Die Adressen inkrementieren und im Monitor sieht man, dass die drei Module nun die Modulnummern ##2, ##3 und ##4 belegen. Die binäre Darstellung wird entsprechend angepasst. Die Taste wird nun so oft betätigt, bis die Position der Module, d.h. die Adresse kor­rekt ist. Nehmen wir an, Sie wollten das erste halbe Modul auf der Nummer ##6 haben.

Abbildung 5 – Nach 5-maligem Drücken der Taste werden die drei 8-Bit S88 Module auf die Halbmoduladressen ##6 – ##8 abgebildet.

Nach dem 5. Tastendruck werden die 3 Module auf den Halb­mo­dul­adres­sen ##6 bis ##8 abgebildet. Man würde die Rückmelder des­we­gen im Modellbahnprogramm unter den Adressen 41 bis 64 ver­wenden können. Hat man so die gewünschte Adresse erreicht, wird der Taster erneut betätigt und so lange gehalten, bis die LED er­lischt (nach ca. 6 s.). Die neuen Adressen sind nun fest im EEPROM des RM8S88NB hinterlegt. Das nächste AKS88NB 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.

124Anzahl „halbe S88“
.1
X2
X3
XX4
X5
XX6
XX7
XXX8
Tabelle 1 – Mit de Steckbrücken 1, 2 und 4 wird die Anzahl Module definiert, die am Eingang X3 eingelesen wird. X = gesteckt, – = nicht gesteckt

Abschlusswiderstand

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

Abbildung 6 – Das AKS88NB braucht nur wenige Komponenten

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.

Abbildung 7 – Prototyp des AKS88NB auf Lochrasterplatine
Abbildung 8 RJ45 T-Stück

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 dreimal gemacht. Natürlich kann man auch eine der beiden Buchsen auf der S88NB BUS Seite weg­­lassen und dafür einen RJ45 Verteiler (Abbildung 8 – Reichelt WB 3X8-8 SW) für die Verbindung zum nächsten NB (BUS) Modul ver­wenden.
Nachfolgend stelle ich alle erforderlichen Unterlagen für den nicht-kommerziellen Nachbau bereit. Achtung: Alle Angaben ohne Ge­währ. Der Autor haftet nicht für Schäden, die durch die Ver­wen­dung dieser Information entstehen.


Informationen für den Nachbau des AKS88NB Moduls
AKS88NB Schaltplan
AKS88NB Bestückung
AKS88NB Eagle und Gerber Dateien (zip-file)
AKS88NB Platine bei Seeed bestellen (China)
AKS88NB Stückliste
AKS88NB Reichelt Warenkorb
AKS88NB Firmware (aks88nb.hex, aks88nb.eep und aks88nb.elf)
AKS88NB programmierter Prozessor. Bestellen Sie bei mir formlos per Mail. Geben Sie bitte Ihren Namen und Ihre Anschrift an. Kosten 4,- Euro/Stück + Versand.
AKS88NB Platine. Bestellen Sie bei mir formlos per Mail. Geben Sie bitte Ihren Namen und Ihre Anschrift an. Kosten 3,- Euro/Stück + Versand.
AKS88NB Platine mit programmierten Prozessor. Bestellen Sie bei mir formlos per Mail. Geben Sie bitte Ihren Namen und Ihre Anschrift an. Kosten 6,- Euro/Stück + Versand.

© 2015 – 2020 Gerard Clemens – Letzte Aktualisierung 11.04.2020