Modellbau-Fahrtregler für Modelle mit Kettenantrieb...

Die Steuerung der beiden Antriebe erfolgt durch Antrieb und Lenkung, wobei der Antriebskanal gleichsinnig auf beide Seiten wirkt, die Lenkung gegensinnig.

Somit ist auch das Wenden auf der Stelle möglich (falls die Mechanik das verträgt und nicht durch Abwerfen der Ketten protestiert). Die "Griffigkeit" der Lenkung gegenüber des Fahrwerks kann im Kopf der ASM-Datei eingestellt werden. Dabei sind nur Werte möglich, die durch Division durch 1, 2, 4 oder 8 erreicht werden, also 100%, 50%, 25%, 12,5%.

Bei mittlerer Geschwindigkeit am Fahrknüppel wird durch Betätigen des Lenkknüppels die eine Seite verzögert und die andere Seite beschleunigt. Wird beim Verzögern der Nullpunkt unterschritten, kehrt sich die Antriebsrichtung um. Wird beim Beschleunigen (rechnerisch) die maximale Geschwindigkeit überschritten, so wirkt halt nur die maximale Geschwindigkeit.

Bei maximaler Geschwindigkeit am Fahrknüppel wirkt die Lenkung nur durch Verzögerung des kurveninneren Antriebs. Der kurvenäußere Antrieb behält dabei "Vollgas".

Die Schaltung ist recht einfach. Herzstück ist ein ATMEL-AVR vom Typ AT90S2313. Seine Anschlusspins sind wie folgt belegt: Pin 01: /Reset (3k3 gegen +VCC) Pin 02: PD0 Kanalimpuls 1 Fahrwerk Pin 03: PD1 Kanalimpuls 2 Lenkung (anstatt Servo) Pin 04: Quarz 8MHz Pin 05: Quarz 8MHz Pin 06: PD2 Kanalimpuls 3 (2 Schalter) Pin 07: PD3 Kanalimpuls 4 (2 Schalter) Pin 08: PD4 Rückfahrlicht und PullDown-R gegen GND, Prog-Taste gegen +VCC Pin 09: PD5 Bremslicht (Prog-Dialog-LED) und Pulldown-R gegen GND Pin 10: GND Pin 11: PD6 PWM vorwärts für linke Brücke Pin 12: PB0 PWM rückwärts für linke Brücke PIN 13: PB1 PWM vorwärts für rechte Brücke Pin 14: PB2 PWM rückwärts für rechte Brücke Pin 15: PB3 Schaltausgang 3a Pin 16: PB4 Schaltausgang 3b Pin 17: PB5 Schaltausgang 4a Pin 18: PB6 Schaltausgang 4b Pin 19: PB7 Takt für Ladungspumpe für MOSFETs (50kHz) Pin 20: +VCC Zum Test wurde die Testplatine genutzt, die für den Auto-Fahrtregler entwickelt wurde. Sie kann LEDs bzw. externe H-Brücken ansteuern. Das Schaltbild zeigt die Testplatinen-Schaltung. Da die ersten Versuche mit dem AT90S1200 erfolgten, wurde das Layout für diesen Typ erstellt. Der AT90S2313 hat aber identische Anschlussbelegung, weshalb das Layout nicht überarbeitet wurde. Es ist halt nur eine Testplatine, eine finale Fahrtreglerplatine ist noch nicht entwickelt. Der Aufbau der Leistungsstufe zum Betreiben des Motors bleibt dem Anwender überlassen, es stehen für zwei H-Brücken je ein PWM-Impulsausgang für Vorwärtsfahrt und ein PWM-Impulsausgang für Rückwärtsfahrt zur Verfügung. Die PWM-Impulse sind dabei positiv, die PWM-Frequenz beträgt etwa 2200 Hz.

Die Testplatine wurde für Oberflächenbestückung der gefrästen Platine konzipiert. Das erste Bild zeigt die Leiterzüge, das mittlere die zu fräsenden Trennlinien, das letzte die fertig aufgebaute Platine. Da es eine Testplatine zum Debuggen der Software ist, sind für alle Ausgänge (SMD-) LEDs vorgesehen. Eine finale Fahrtreglerplatine enthält stattdessen Leistungsstufen für Motoren und Schaltausgänge. Einige Bauteile standen als SMD zur Verfügung, andere wurden trotz bedrahteter Bauform auch auf die Oberfläche gelötet. Das ergibt einen soliden Aufbau, der an der Unterseite nicht isoliert werden muss, da dort weder Bauteile, noch Leiterzüge oder Lötstellen sind.

Software:

• Es werden 4 Fernsteuerkanäle ausgewertet:
  • Kanal 1, Fahrtkanal,
  • Kanal 2, Lenkung (anstatt Lenkservo),
  • Kanal 3, 2 Schaltkanäle,
  • Kanal 4, 2 Schaltkanäle.
• Die Kanalimpulsbreite des Fahrkanals wird auf Fehler untersucht. Als Fehler gelten Werte, bei denen das Tempo mindestend den doppelten Wert des aktuellen Max-Tempos beträgt.
• Treten 20 (änderbar) Fehler direkt hintereinander auf, so wird die Ansteuerung von H-Brücke und Schaltausgängen (also alles) ausgeschaltet.
• Der Impulstelegrammabstand wird auf Fehler untersucht. Als gut gelten Werte von 16ms bis 24ms.
• Treten 20 Fehler direkt hintereinander auf, so wird die Ansteuerung aller Ausgänge abgeschaltet.
• Wird 64ms lang kein Fernsteuerimpuls empfangen (3 fehlende Impulse), so wird ein Hardware-Reset (Watchdog) ausgelöst, was u.a. alle Ausgänge deaktiviert.
• Beim Einschalten (Reset) sind alle Ausgänge erstmal deaktiviert.
• Wenn der Antrieb deaktiviert ist (Impulsbreitenfehler, Impulsabstandfehler, Einschaltreset, Watchdogreset), müssen direkt hintereinander 20 Kanalimpulse mit Neutralwert empfangen werden, danach wird die Ansteuerung der Ausgänge erst aktiviert.
• Somit "streikt" der Steller auch, wenn beim Einschalten oder "Widereintritt in den Sendebereich" der Sender etwas Anderes als "Stop" sendet.
• Damit bei Empfangsstörungen keine abrupten Änderungen von Tempo oder Richtung erfolgen (das mögen Motoren und Getriebe nicht), hat der Steller eine Trägheit. So wird bei Wertänderung (Kanalimpulsbreite) nicht der neue Wert übernommen, sondern der alte Wert um nur 1...3 Schritte (im Quelltext einstellbar) in Richtung des neuen Wertes angenähert. Da dies bei jedem Kanalimpuls geschieht (also alle 20ms), dauert der Nachlauf von einem Extremwert zum anderen etwa 0,7 bis 2 Sekunden.
• Der Steller hat eine Auflösung von 10µs. Das ergibt nach Abzug der Mittenspreizung etwa 45 Fahrstufen je Richtung.
• Dies gilt bei Einsatz eines Quarzes mit einer Frequenz von 8MHz.
• Bei Rückwärtsfahrt wird das Rückfahrlicht eingeschaltet, bei Stop oder Vorwärtsfahrt wird es wieder ausgeschaltet. Dies ist während der Parameterprogrammierung deaktiviert, da der verwendete I/O-Pin in dieser Zeit den Programmiertaster abfragt. Bei Betätigen des Programmiertasters leuchtet aufgrund der Doppelnutzung des I/O-Pins 8 auch das Rückfahrlicht.
• Beim Wechsel von einer Fahrstellung zur Neutralstellung (Stop) wird für etwa 2 Sekunden das Bremslicht eingeschaltet. Wird in dieser Zeit wieder Fahrt aufgenommen, so wird das Bremslicht wieder ausgeschaltet. Während der Parameterprogrammierung ist diese Funktion deaktiviert, das Bremslicht wird zum Dialog benötigt.
• Die PWM-Frequenz ist nicht fest definiert, da sie von der Anzahl der erreichten Fahrstufen abhängig ist: Bei 100kHz Timer-Takt beträgt die PWM-Frequenz 100kHz geteilt durch die Anzahl der Fahrstufen. In der Grundeinstellung sind das etwa 2200Hz.
• Die Anzahl der erreichbaren Fahrstufen resultiert aus der Differenz zwischen den Impulsbreiten von Neutralpunkt und Vollgas voraus, gerastert im 10µs-Raster.

Parameterprogrammierung:

• Grundsätzliches zur Parameterprogrammierung:
• Die Parameterprogrammierung wird aktiviert, indem während des Einschaltens die Programmiertaste gedrückt gehalten wird. Die Programmier-LED (Bremslicht) geht an (Dauerlicht) und signalisiert Programmierbereitschaft.
• Jeder Menüpunkt wird durch Blinken der Programmier-LED angezeigt. Dabei blinkt die LED so oft hintereinander auf, wie es der Menüpunkt-Nummer entspricht, also einmal bei Punkt 1, 2 mal bei Punkt 2, dreimal bei Punkt 3.
  (Das Menü dieses Fahrstellers hat nur 3 Punkte...)
• Durch Drücken der Programmiertaste gelangt man zum nächsten Menüpunkt. Dabei kommt es darauf an, wann die Programmiertaste wieder losgelassen wird:
  
  • während die LED aus ist: Werte werden verworfen...
  • während die LED leuchtet: Werte werden gespeichert...
  Die LED blinkt dabei im Rythmus 2,5s aus, 2,5s ein...
• Dies erfolgt so lange, bis alle Menüpunkte abgearbeitet sind
• Die Menüpunkte dieses Fahrstellers:
  1. Neutralstellung aller 4 Kanalimpulse (Einstellung mit allen 4 Kanälen)
  2. Vollgas vorwärts (Einstellung mit Kanal 1)
  3. Lenkung links (Lenkrichtungsumkehr) (Einstellung mit Kanal 2)
  4. Schwellwert Schaltkanal 3 (Neutral deaktiviert) (Einstellung mit Kanal 3)
  5. Schwellwert Schaltkanal 4 (Neutral deaktiviert) (Einstellung mit Kanal 4)
  Dabei wird jeder Menüpunkt durch die Anzahl der Blinkimpulse eindeutig identifiziert.
• Nach erfolgter Programmierung lassen sich die gespeicherten Werte mit einem ISP-Programmiergerät und PC aus dem internen EEPROM auslesen. Die 9 benutzten Bytes haben folgende Bedeutung, wobei der Wert 255 bedeutet, dass noch nichts gespeichert wurde:

  Adr.	Bedeutung	Vorgabewert	aktiviert	deaktiviert
  01	Neutralstellung Antrieb (Stop)	255 (150)	-	-
  02	Neutralstellung Lenkung (geradeaus)	255 (150)	-	-
  03	Neutralstellung Kanal 3 (Schaltkanal)	255 (150)	-	-
  04	Neutralstellung Kanal 4 (Schaltkanal)	255 (150)	-	-
  05	Anzahl Fahrstufen	255 (45)	-	-
  06	Flag Umkehr Fahrtrichtung	255 (0)	128	0
  07	Flag umkehr Lenkrichtung	255 (0)	64	0
  08	Schaltschwelle Schaltkanal 3	255 (0)	ca 30	0
  09	Schaltschwelle Schaltkanal 4	255 (0)	ca 30	0

Stellt man "Neutral" auf die eine Endstellung des Steuerknüppels und "Voll voraus" auf die andere, so hat man zwar feinere Fahrstufen, aber keinen Rückwärtsgang und auch eine langsamere PWM-Frequenz.
Gibt man sinnlose Werte ein (z. B. beide gleich), so trägt man selbst die Schuld, wenn der Steller streikt. Durch erneute Programmierung sinnvoller Werte macht man ihn wieder funktionsfähig...

Die Benutzung geschieht auf eigene Gefahr. Es wird also keinerlei Haftung für Schäden übernommen, die durch den Einsatz dieses Mikrocontroller-Programms entstehen könnten.

hannes@hanneslux.de