S88 mit Köpfchen

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 vari­ablem 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 5V-Zen­tra­len und 5V-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. 

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 bleibt. Das führt zu sehr langen S88 Kabeln und damit zu einem weniger zuverlässigen und über­sicht­lichen Rück­mel­de­sys­tem.

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 stellt. 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.

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:

Um nun die Adresse anzupassen, wird der Taster kurz gedrückt. Die Adres­sen inkrementieren und im Monitor sieht man, dass die drei Module jetzt die Mo­dul­nummern ##2, ##3 und ##4 belegen. Die binäre Dar­stel­lung wird ent­spre­chend angepasst. Man betätigt die Taste nun so oft, 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.

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 AKS88NB die Clockimpulse, die zwischen zwei Loads von der Zen­tra­le kommen, mit und macht daran fest, wann die Adresse wieder auf 1 sprin­gen soll.

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

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 selbst geätzten 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, sodass 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.

© 2015 – 2023 Gerard Clemens – Letzte Aktualisierung 29.07.2023