Hauslichtsteuerung Digital

Meine Modellbahnlichtsteuerung für die Häuser ist PC gestützt und bietet viele Effektmöglichkeiten. Für eine kurze Fahrt am Abend habe ich aber nicht immer Lust den Steuer-PC "anzuwerfen", nur für das Licht. Ich wollte eine alternative Lichtsteuerung bei der ich durch mein Funk-Fahrpult das Licht schalten kann. Die einfachste Möglichkeit wäre die Lichtschaltung durch einen Funktionsdekoder. Die üblichen Dekoder kennen jedoch mir das Signal Licht "an" oder "aus".

Bei meiner Suche nach einer Lösung bin ich auf die digitale Wagenbeleuchtung von Herrn Ing. Arnold Hübsch Fa. AMW gestoßen, die auch solche Effekte wie, "Starten von Leuchtstofflampen", "Zufallslicht", "Defekte Leuchte" und dimmen kennen. Der Lichtdekoder hat 6 frei programmierbar Lichtausgänge + einen weiteren Ausgang, für die Wagenkupplung. Der Dekoder ist dazu noch preisgünstig finde ich.

Mein Ziel war es jetzt die Ausgänge Wagenlichtsteuerung als Ansteuerung für meine Hauslichtsteuerung zu verstärken. Ich habe dazu eine kleine Schaltung entwickelt, die dies leistet. Wer will kann diese Schaltung gerne auf eigene Gefahr nachbauen. Ich bin kein Elektronikentwickler, fange jetzt nach 20 Jahren der Elektronikabstinenz langsam mit der Modellbahn wieder das basteln an.

Grundschaltung

Der auf der AMW vorhandenen LED wird ein Optokoppler parallel geschaltet, der eine vollständige Potentialtrennung zwischen Digitalstrom und Lichtstrom ermöglicht Eine nachgeschaltete Verstärkerstufe schaltet die Masse, Plus liegt immer permanent bei den Häusern an.

Umsetzung

Mein erstes Muster habe ich auf einer Streifenplatine aufgebaut. Dazu benötigt ihr eine Platine.

Funktion

Parallel zu den vorhandenen LED am AMW Dekoder werden die Optokoppler geschaltet. Im letzten Teil der AMW Platine haben die LED´s einen gemeinsamen Pluspol. Es reicht damit einmal "+" und 6 x "-" für die 6 Schaltgruppen zu übertragen.

Auf der Platine werden die Pluspole der Optokoppler durchgeschleift (violett). Die Minuspole der AMW LEDs sind direkt den Optokopplern zugeordnet. Achtung, wird die Schaltung anderweitig verwendet, muss in den meisten Fällen vor dem Optokoppler ein Widerstand zur Strombegrenzung geschaltet werden.

Der Optokoppler trennt optisch das Potential vom Digitalstromkreis zum Lichtstromkreis. Die Streifen der Platine müssen unterhalb der IC´s unterbrochen werden.

Die Ausgänge der Optokoppler sind mit "+" vom Lichtstromkreis durchgeschleift. Das geschaltete "+" steuert ein Treiber IC an, das den jeweiligen Ausgang auf Masse legt, das "Licht-Minus" durchschaltet. An den Verbindungen zwischen Optokoppler und ULN Treiber muss man die Kanäle "auskreuzen", da die Klemmen nicht 1:1 an die Ausgänge des ULN geschaltet sind.

Der Pluspol vom Licht wird über eine elektronische Sicherung geführt, größe z.B. 1 Ampere. Die Sicherung wird nicht verhindern können, dass das Treiber IC durchbrennt, sollte aber größeren Schaden verhindern, falls der Lichtstomkreis stärker abgesichert ist. An dieser Stelle der Hinweis, dass diese Schaltung nur für Licht-Gleispannung bis ca. 15V ausgelegt ist.

Zur Funktionskontrolle gibt es noch eine einfache LED.

Auf der Skizze unten läßt sich der Aufbau gut nachverfolgen. Diese Schaltung lässt sich natürlich auch anders aufbauen oder anderweitig einsetzen.

Die Leiterbahnen müssen unterhalb der IC´s unterbrochen werden.

Links ist die AMW Platine zu sehen. Mit der Flachbandleitung wird + und 6 x geschaltetes "-" zur Eigenbau-Lichtplatine übertragen. Nachdem die LED in den Optokoppler eine niedrigere Vorwärtsspannung haben, als die auf der Platine vorhandenen LED, verlöschen diese. Die AMW-Lichtplatine realisiert das Dimmen, Flackern etc durch eine Pulsweitenmodulation. Diese Funktion wird durch die Optokoppler und nachgeschalteten Verstärkerstufen übernommen, so dass diese Funktionen erhalten bleiben. Würde man Relais nachschalten, wäre diese Funktion verloren. Wem manuell schalten zu langweilig ist, kann auch einen automatischen Betriebsablauf programmieren und diesen per Endloschleife laufen lassen, das habe ich aber noch nicht versucht. Wer kein Händchen hat, um sich so eine Schaltung selbst zu bauen, aber Ahnung von Elektronik hat, kann sich heutzutage auch eine Leiterplatte mit den nötigen Bestandteilen nach eigenen Vorgaben bestücken und liefern lassen. Einige Firmen wie hier Beta-Layout bieten sogar einen Frontplatten Designer an, mit dem man ebenfalls ein Gehäuse mit passender Frontplatte für die Schaltknöpfe usw. herstellen lassen kann. Dann hat man auch die Steuerung der Bahn hübsch verpackt. Das kann durchaus sinnvoll sein, denn die Platinen und überhaupt sämtliche Technik sollte vor Staub gut geschützt werden.

Stückliste für die 0,5A Lösung

Anzahl	Bezeichung	Typ	ca Preis
2	Optokoppler	847X	1,51
1	Darlingon Treiber IC	ULN 2002A	0,44
1	LED	beliebig	0,05
1	Widerstand	1k 1/4W	0,05
1	Sicherung	PFRA 110	0,65
3	IC Sockel	16Pol	0,60
1	Streifenrasterplatine		0,50
1	Anschlussklemme mit Drahtschutz 8-polig RM 5,04		0,55
1	Stiftleiste		0,20
1	Flachbandleitung o.ä. 10pol		0,40
	Summe	ca	5,-

Alternativschaltungen

Für die Schaltung gibt es hinter dem Optokoppler verschiedene Varianten: 1. ULN 2002ATreiber IC. Ein IC das 7 Kanäle je 0,5 A schalten kann, so wie abgebildet. Diese Lösung reicht bei mir für viele Anwendungen aus, da ich viel mit LED arbeite und viele Kanäle habe auf die sich die Ströme aufteilen. 2. ULN2064B Treiber IC. Ein IC das 4 Kanäle je 1,5 A schalten kann. Mit 1,5 A sind schon einige größere Bereiche schaltbar. 3. BUZ10 Mosfet. Ein Mosfet-Transistor der ebenfalls nur mit einer Minimalbeschaltung hinter dem Optokoppler angesteuert werden kann. Die Transistoren können gekühlt mit 30 A belastet werden, das sollte für alles reichen was Gleichstrom heißt. Ich habe damit meine 4 Stück 12V Halogenlampen angesteuert, die meinen Bahnhof bei ?Tag? im Keller beleuchten. Alternativ gibt es Solid-State Relais, damit lässt sich auch Wechselspannung von 16-230V (!) schalten. Mit diesem Element kann also Netzspannung geschaltet werden. Der Optokoppler ist in diesem Relais bereits eingebaut. Man hat dadurch eine saubere Trennung von Netz und Digitalstrom oder Licht und Digitalstrom.

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Programierbeispiele

Man kann jetzt 6 Lichtkanäle unabhängig voneinander steuern und per CV Programmierung auch einzelne Kanäle als Leuchtstofflampe, Zufall oder defekt programmieren. Auch ein dimmen der Kanäle ist möglich per CV.

Funktion	Bit		6	5	4	3	2	1	0	Dezimalwert (Summe)
	Binär		2 hoch 6	2 hoch 5	2 hoch 4	2 hoch 3	2 hoch 2	2 hoch 1	2 hoch 0
	Dezimal		64	32	16	8	4	2	1
Taste		F7	F6	F5	F4	F3	F2	F0	F0
AMW Beleuchtung	Ausgang Gruppe	6	5	4	3	2	1	hinten	vorne
Leuchtstofflampe	CV 54
Zufall	CV 59		1		1					64+16=80
Defekte Lampe	CV 62					1				8

Ralf Wagner September 2006