Die Hardware

der Reihe nach erklärt:

Das Fundament der Hardware bilden 4 Vierfach-Schaltrelais.

Schaltrelais
Schaltrelais

Drei dieser Relais werden benötigt, um die die Dioden zu schalten, mit deren Hilfe die Bahnspannung reguliert wird. Das vierte Relais schaltet den Bahnstrom der jeweiligen Spur komplett an oder aus.

Auf den Deckeln der drei Relais habe ich die Dioden für die jeweilige Fahrspur installiert.

Dioden
Dioden

Man sieht in der obigen Abbildung vier Gruppen mit 1 bis 8 Dioden, die einzeln oder in beliebiger Kombination geschaltet werden können. Da Dioden die Spannung vermindern, lassen sich somit insgesamt 16 Spannungszustände einstellen. Leider ist die Spannungsdifferenz auch von der Stromstärke (in meinem Fall also von den verbauten Motoren) abhängig, so dass man diesbezüglich keine allgemein gültigen Volt-Werte benennen kann. Nach meinen Erfahrungen liegt der Wert im Schnitt bei 0,4 bis 0,7 Volt, wobei ich 1N5059-Gleichrichterdioden verbaut habe. Da ließe sich sicherlich bei Bedarf noch etwas experimentieren.

Die gelben Pfeile schalten die entsprechenden Diodengruppen hinzu und die grünen Pfeile nicht. Die roten Pfeile leiten das „Ergebnis“ an das nächste Relais weiter. Da Dioden nur in eine Richtung leiten, wird kein Kurzschluss erzeugt. Im Anschluss mal ein Schema für die Geschwindigkeitsstufe 11:

Stufe 16 bedeutet, die am Netzteil anliegende Spannung wird unvermindert weiter gegeben. Hier sind 5 Dioden geschaltet, so dass das Geschwindigkeitsstufe 11 ergibt (16 – 5×7 = ca 12,5 V) . Dies entspricht aber wiederum nicht ganz der Wahrheit, denn ich habe noch eine zusätzliche Diode zwischen Arduino und Bahn gelötet, damit dieser bei Verwendung von elektronischen Reglern keinen Schaden nimmt. Das sei aber nur am Rande bemerkt.

Auf das vierte Schaltrelais habe ich den Arduino Uno verbaut, so dass sich folgendes Gesamtbild ergibt:

Arduino-Hardware
Arduino-Hardware

Neben den drei Platinen erkennt man die Anschlüsse, die an die Bahn, bzw. Regler gehen. Unterhalb des Arduino sieht man vier Anschlüsse. Einer ist der Stromeingang, und die anderen drei sind die Anschlüsse für die Buzzer. Auf dem Arduino sind zum Zeitpunkt der Aufnahme sieben Anschlüsse In Nutzung, nämlich drei für die Buzzer und vier für die Schaltrelais. Hinzu kommen dann noch drei Anschlüsse für die Lichtsensoren. Auf dem Bild ist der Arduino aber eigentlich garnicht zu sehen, da darauf ein Grove-Baseshield gesteckt ist. Die Sensoren und die Relais sind ebenfalls Grove-Komponenten. Diese Lösung ist vergleichbar teuer, aber bietet den Luxus, dass da stabile Steckverbindungen verbaut sind und man somit nicht löten muss.