WLAN Z21 Aktor- und Sensor-Module der nächsten Generation (NextGen).

Uneingeschränkter Betrieb von mehr als 8 Mo­­dulen im WLAN.

Bei meinen bisherigen auf dem Roco Z21 Ethernet Protokoll basierten WLAN Rück­mel­dern wurde ein Gateway benötigt. Das Gateway spannte ein lokales WLAN Netz mit der SSID „SEN­SOR­NET04“ auf, mit dem sich maxi­mal 8 Sensorknoten ver­binden können. War mehr er­for­der­lich, wurden weitere WLAN-Gate­ways und weitere Sensor­netze (SEN­SOR­NET00 -15) eingerichtet. Das Gateway gab die Informationen der Sensorbaugruppen über WLAN in das PC-, Mo­dell­bahn- oder Haus-Netz weiter.

Als ich dann neulich einige WLAN-Servo­steller für Ran­gier­signale und 3-begrif­fige Sig­na­le in meinen Ho­sen­träger, mei­ne Experimentier-Bahn, integrieren woll­te, war die 8-er Grenze erreicht. Ein wei­te­res Gate­way war keine Option. So kam ich nach einigem Grübeln auf die Idee, ähnlich wie es Märklin bei der CS2 macht, die infrage kommenden Tele­gram­me über Broadcasts ins Netzwerk zu ver­teilen. Sensor- und Ak­tor­module soll­ten sich nicht länger über WLAN an ein Gate­way an­mel­den, sondern sich direkt mit dem WLAN-Router verbinden, an dem auch PC, Tablet, Smartphone und nicht zuletzt auch eine Zentrale mit Z21 Protokoll an­ge­mel­det sind. Damit befinden sich alle Komponenten der Modellbahn im selben Netzwerk und kön­nen miteinander kommunizieren. Leider können aber ein Modell­bahn­steuer­pro­gramm oder eine entsprechende App nur mit einer Komponente zusammen­ar­bei­ten, meistens nur mit einer Zen­tra­le. Deswegen ist es erforderlich, dass es eine gemeinsame Komponente gibt, in der alle für die Soft­ware erforderlichen Sensor- und Aktor-Daten zusammen­kommen, eine Komponente mit einer IP-Adresse, die sich ebenfalls an denselben WLAN-Router anmeldet.
Diese Komponente, dieses Modul, ich habe es „Mediator“ getauft, erhält von den Sensoren eine Nach­richt, wenn sich der Sensor-Status ändert. Der Mediator gibt diese Nachricht mit seiner IP-Adresse versehen als „Broad­cast“ an alle Netzwerkknoten (PC-Software, App, Zentrale, andere Aktoren und Sen­soren) weiter. PC-Software und App haben die IP-Adresse des Mediators als Zentrale eingetragen und werten die empfangene Sensor-Information aus.
Wollen umgekehrt die Modellbahnsoftware oder die App eine Weiche stellen oder eine Lok be­schleu­ni­gen, senden sie diese Befehle an den Mediator, der diese Befehle ebenfalls als Broad­cast ins Netzwerk verteilt. Die Aktor-Module im WLAN-Netzwerk, welche die im Befehl an­ge­sproch­ene Adresse haben, lesen diese Befehle und führen sie aus. Soll also beispielsweise eine Lok beschleunigt werden, schickt die Software den Fahrbefehl an den Mediator, der ihn als Broadcast an die Z21-kompatible Zentrale (und an die anderen Netzwerkknoten) weiterleitet. Die Zentrale führt den Befehl aus und bestätigt das ebenfalls mit einem Broadcast. So sind zu jeder Zeit alle Komponenten im Netzwerk über alle Zustände und Ereignisse der Modellbahn informiert und können – müssen aber nicht – autark reagieren.

Web-Konfiguration für den Mediator

Die Software des Mediators verwendet im Moment einen Broadcast, um ausgehende Meldungen zu verteilen. Durch den Broadcast nimmt der Traffic im WLAN zwar nicht zu, aber die Ar­beit für die Knoten wird etwas umfangreicher, weil alle Nach­rich­ten in allen Knoten gefiltert werden müs­sen. Da sich die ESP8266 der meisten Knoten ohne nur langweilen, ist das nicht weiter schlimm. Die Verwendung von Multicasts wäre natürlich eleganter.

Die Software des „Mediators“ ist eine Abwandlung der Gateway-Soft­ware. Die „SENSOR­NETXX“ WLANs sind entfallen. Neue, noch nicht konfigurierte, NextGen Module span­nen zunächst ein eigenes WLAN „APXXXX“ auf und die Konfiguration wird mittels Webinterface unter immer derselben Adresse 192.168.4.1 mit dem altbe­kann­ten Password „NWKONFIG“ durchge­führt. Also existieren noch Parallelen mit der Vorgänger­version. Alle Module, die Sen­soren, wie auch der Mediator, mel­den sich an den Modell­bahn-WLAN-Router an. Des­we­gen muss für jeden Knoten nun der Name, die SSID, des verwen­deten WLAN-Routers und das dazu­ge­hörige Netzwerk-Passwort eingetragen werden.

Folgende Sensor- und Aktor-Module werden bereits nach diesem neuen Schema betrieben:

  • S88 Scanner mit ESP32 (Hardwarebeschreibung)
  • RFID Leser für Lok Code ID und Aufgleisrichting (1 Kanal)
  • RFID Leser für Lok Code (ID) (2 Kanäle)
  • WLAN 2-Bit Massesensor oder Stromsensor auf der Basis Wemos D1 Mini (aus der Zeitung „Dimo“)
  • Servosteller für 2- oder 3-begriffiges Viessmann Formsignal (in Vorbereitung, im Moment noch fliegend auf einem Steckbrett)
  • RMEM2xI WLAN Strom- oder Massesensor zum Einbau in das C-Gleis

und natürlich gibt es den „Mediator“.

Alle Module verwenden die für das Vor­gänger­projekt definierte und bereits gebaute Hardware. Es muss also hardware­tech­nisch nichts geändert werden. Der Umstieg auf die NextGen Platt­form ist deswegen eine reine Firmware-Ange­le­gen­heit.

Verbessertes Web-Interface

Hauptmenü des WLAN 2-Bit Rückmeldemoduls

Ganz ehrlich, ich habe bei einer Tasmota gesteuerten WLAN Steckdose gesehen, wie elegant und komfor­tabel man ein IOT Gerät konfigurieren kann. Vor allem sehen nun die Menüs auf dem Handy genauso aus, wie auf einem PC-Bild­schirm. Diese fehlende Anpassung war ein Manko der Webseiten der ersten Generation, das nun bei den Geräten der zweiten Generation (NextGen) behoben ist. Hier einige Screenshots (vom 5.5.2021) am Beispiel des 2-Bit WLAN Rückmelde­mo­duls.

Das Konfigurationsmenü für das WLAN und die Rückmeldeadressen

Die meisten Module verfügen über CVs, Configuration Variables, die nun aus­nahms­los auch über die Web­sei­te ver­ändert werden können.

Das Konfigurieren mit CVs ist eine Option
und nicht Voraussetzung für die Funktion.

Dann gibt es noch eine Seite mit all­ge­mei­nen Infor­ma­tionen des Moduls, wie z.B. Software-Stand, aktuelle IP-Adresse oder die Mac-ID.

Zusammenfassung der Eigenschaften eine 2-Bit WLAN Rückmelders

Mit der Einführung dieser Konfigurations-Webseiten ist die Verwendung der WLAN-Module der NextGen weni­ger auf Rocrail als Modellbahnsteuerprogramm fo­kus­siert (z.B. wegen der CV Änderungen mittels „POM“). Die Eingaben für die Konfiguration des WLAN sind we­niger und einfacher geworden und erfordern keinen IT-Spezialisten mehr.

Weniger WLAN

Bei der ersten Generation der WLAN Ak­toren und Sen­so­ren hat jedes Modul ein eigenes WLAN (einen Ac­cess Point) auf­gespannt. So hat es nach kurzer Zeit von WLAN-Netzen mit den Na­men „APXXXX“ nur so gewimmelt. XXXX stand dabei für die 4-stellige Netz­werk­ken­nung „NID“ der Module. Bei den NextGen Mo­du­len wer­den die Access-Points nach erfolg­rei­cher An­meldung an den WLAN-Router abge­schal­tet und die webbasierte Konfigu­ra­tions-Ober­fläche ist danach nur über die vom Router im DHCP-Verfahren verge­be­ne IP-Adresse er­reich­bar. PC und /oder Smartphone müssen natürlich mit dem WLAN des Routers ver­bunden sein (wer­den).

Bei neuen, noch „jungfräulichen“ Modu­len greift zu­nächst die alte Methode: Es wird nach dem Flashen und Bestromen des WLAN Moduls einen Access Point mit dem Namen APXXXX auf­gemacht. Wenn man sich hier mit Telefon oder PC einloggt, das Passwort „NWKONFIG“ eingibt und nach erfolgter Anmeldung die Adresse 192.168.4.1 in den Browser eintippt, er­scheint die weiter oben ge­zeig­te Web-Seite. Hat man alle erfor­der­­lichen Eingaben gemacht und mit „Save Settings“ gespeichert, verliert der Brow­ser die Ver­bin­dung zum Modul. Vorher hat man natür­lich die 4-stellige NID auf das Modul notiert.

Richtet man Windows 10 entsprechend ein, kann man auch über den Hostnamen auf die Konfi­gu­ra­tions­seiten zugreifen. Im Screenshot weiter oben sieht man, dass der Zugriff über „AP0292“ erfolgte. Bei meinem Windows 10 musste dafür in der Regis­try folgende Änderung gemacht werden:

HKEY_LOCAL_MACHINE\SOFTWARE\Policies\Microsoft\Windows NT\DNSClient: EnableMulticast kriegt den Wert 1:

Danach wird der Rechner neu gestartet. Dienste wie Bonjour sind nicht erforder­lich.

Der Aufruf der Webseite geht z. B. mit http://AP2637/ oder aber auch mit http://AP2637.local/. Man kann auch das http:// weglassen, dann fragt der Browser, ob man die Seite http://AP2637/ gemeint hat. Schön!! Leider funktioniert das mit einem Android Handy nicht.

Der Browser fragt, ob der User http://ap1204/ gemeint hat.

Andersherum, wenn man den Hostnamen kennt, verrät ein Ping die zugehörige IP-Adresse:

Mit der Eingabeaufforderung und dem Befehl „Ping“ kriegt man die Adresse des APXXXX heraus.

Reichweite

War bei der ersten Generation von WLAN Rückmeldemodulen, die Reichweite auf die Reichweite des Access Points im ESP8266 Gateways begrenzt, ist es nun bei den Modulen der zweiten Generation auf die Reichweite des WLAN-Routers begrenzt. Da das WLAN mit richtigen Antennen, Repeatern oder Verstärkern eine raumübergreifende oder gebäudefüllende Reichweite hat, können nun mit den NextGen Modulen auch weit ausgedehnte Tisch- und Teppichbahnen drahtlos automatisiert werden.

Zum Schluss

Zusammenfassung der Vorteile:

  • Das System wird wie eine Z21 Zentrale in der Modellbahnsoftware angelegt.
  • Keine Beschränkung mehr auf 8 Sensor- und/oder Aktormodule pro Gateway/Mediator
  • Quasi unbegrenzte Reichweite für die Aktor- und Sensormodule
  • Einfachere WLAN Konfiguration – für alle Module gleich
  • Keine Sensorgruppen mehr, keine unterschiedlichen WLAN-Netze für unterschiedliche Gruppen
  • Weniger aktive WLAN Netze (weniger Elektro-Smog)
  • OTA Übertragung neuer Firmware – kein Ausbau der Module erforderlich
  • Komplett über Web-Interface konfigurierbar
  • Web-Interface ist für Smartphone und PC gleichermaßen geeignet

Erste Versuche: Einige von meinen Le­sern werden schon die erste Genera­tion der Z21 WLAN Rückmelder im Einsatz haben. Nur durch Laden der unten aufge­führten Firmware in die beste­hen­den Module, können die neuen NextGen Eigenschaften genutzt werden.

Nachbau der NextGen Module
(Download mit der rechten Maustaste und im Kontextmenü „Link speichern unter…“ wählen)
Z21 Mediator Firmware (Version 1.01 vom 08.06.2021)
Z21 Mediator Firmware (Version 1.02 vom 20.03.2022)
Kurzanleitung Z21 Mediator (Version 1.02 vom 20.03.2022)
Firmware für den 2-Bit WLAN Rückmelder (aktualisierte Version 1.02 vom 13.12.2021)
Firmware für den 2-Bit WLAN Rückmelder (neue Version 1.03 vom 31.07.2022)
Firmware für den S88 Scanner (ESP32, aktuelle Version 1.01 vom 08.06.2021)
Firmware für den RFID Leser Code & Aufgleisrichtung (aktuelle Version 1.01 vom 08.06.2021)
Firmware für den RFID Leser 2 x Loc Code (aktuelle Version 1.01 vom 08.06.2021)
Firmware für den RMEM2xI Rückmelder im C-Gleis (aktualisierte Version 1.01 vom 08.06.2021)
Firmware für den Servosteller (Version 1.02 vom 25.05.2021)
Firmware für den Servosteller (Version 1.03 vom 03.04.2022)
Firmware zum Löschen des Flash Speichers (4MB 0xFF)
Das Firmware Flashtool für die NodeMCU Entwicklungsmodule (ESP8266Flasher)
Vorläufige Bedienungsanleitung für die NextGen Module

Letzte Aktualisierung 31.07.2022