Hab jetzt einfach mal ein Modul mit ACS725LLCTR-10AU-T als Stromsensor bestellt. Hab mit Sensoren aus der Familie gute Erfahrungen gemacht. In der gewählten Version ist mit 264 mV/A eine recht gute Abstimmung mit dem A/D-Wandler des ESP möglich. 6A Vollast ergeben 1584 theoretische mV = 491 Zähler am A/D, 60 mA ACK-Pulse 5 Zähler.Das ganze bei 1,2 mOhm extra im Lastkreis. Ist zwar teurer als ein Hochlastwiderstand, aber dafür weniger warm. 0,1 Ohm bei 5A Dauerlast sind 2,5W Heizung. Ausserdem mag ich einfach nicht die IBTs so umfangreich zu modifizieren und hab Bauchschmerzen wenn das Bezugspotential schwimmt.

Zusätzlich zu dem analogen Sensor werde ich auch mal mit einem der leicht zu beschaffenden INA219-Modulen rumspielen. ADC im Chip, via i2c anzusprechen, Messung erfolgt High-Side, also nix in der Masseleitung. Kann, bei richtig ausgelegtem Shunt, bis rund 15A (Shunt 20mOhm) erfassen, Auflösung 12 Bit. Dabei lässt sich die Empfindlichkeit auch noch dynamisch anpassen, also z.B. beim Programmieren heraufsetzen (40/80/160/320 mV über den Shunt). Dazu kann auch noch die Gleisspannung (bis 26V)erfasst werden und die Mittelwertbildung über 2-128 Samples kann das Ding auch noch in Hardware. Wenn jetzt das Tempo in der Praxis stimmt erschlägt das Teil alle Sorgen.

@Stahlblauberlin: Das klingt nach einer super Lösung. Da wir am Ausgang eine "Wechselspannung" haben bedeutet dies, dass man abwechselnd positive / negative Werte für den Strom und die Shuntspannung erhält. Dies sollte sich da dies über I2C direkt digital empfangen wird einfach umwandeln lassen.
Den INA219 gibt es sogar als tripple (3x) in einem Baustein. So kann man Prog und Rail getrennt überwachen. -> gleich mal welche bestellt zum Testen

@Philipp Den Ausgang direkt zu überwachen halte ich für unnötig (kompliziert), es reicht die Stromversorgung der H-Brücke, egal welcher Bauart, zu überwachen. Da muss man sich nicht mit Wechselspannungen rumschlagen. Um das korrekt auszuwerten müsste man die Messungen auch noch mit dem DCC-Signal synchronisieren. Das da vom Chip der H-Brücke selbst ein (paar) mA verbraucht werden geht wortwörtlich im Rauschen unter. Einzig wenn wie auf dem IBT vergleichsweise große Elkos sitzen sollte man die zurückbauen, kleinere Impulse (ack) würden die an der Stelle wegfiltern. Ein 1000µF-Elko vor dem Shunt und auf dem IBT 0,1µf sollten reichen, kurze Verdrahtung vorausgesetzt.
Wenn man Prog und Rail mit Relais umschaltet ist auch nicht mehr Hardware, sprich mehrere Sensoren, nötig, zum Programmieren schaltet man mit einem Befehl die Empfindlichkeit um. Bei 20mOhm und 40 mV Fullscale hat man eine Auflösung von 0,488 mA/Step, ein 60mA-Ack sind dann fast 123 Zähler und einen maximalen Messbereich bis knapp 2 A, das reicht zum Programmieren dicke.
Wenn das mit dem Modul wirklich klappt wie erträumt kann man die H-Brücke sehr frei wählen und theoretisch mit einer 20A-Zentrale auch Z-Lokomotiven mit 20mA-Ack auslesen... Oder halt in ein Logikwölkchen verwandeln.
PS: Amazon liefert morgen, hab mir auch gleich 10 und 20 mOhm-Shunts bestellt. Auf den Modulen ist ja 0,1 Ohm verbaut, da ist bei 3,2 A Schluss.

@Philipp Das verregnete Wochenende genutzt und mit dem AN219 experimentiert. Modifikationen am Modul: 1. Shunt ausgetauscht, 20mOhm/2W, 2.: Die Leiterbahnen zum Shunt mit 3x0,5er Draht verstärkt, dies verdrillt als Anschlüsse genutzt. Die Klemmen haben 3,5er Raster und fragwürdige Qualität. Modifikation an der IBT2: Klemmen und Elko runter, Elko 330µ durch 0,47µ Folie ersetzt. In der Plus-Leitung hängt das AN219-Modul, alles so kompakt wie möglich verbaut. Vor dem AN219 ist ein Elko 1000µ/25V verbaut. I²C parallel zum Display verdrahtet. Bei der Masseführung darauf achten das Elko-, Batt- des IBT und der GND-Anschluss des INA219-Moduls möglichst kurz und kräftig aufgebaut sind. Freifliegend verdrahtet für ersten Test gab es nur Datenmüll, insbesondere die Spannungsmessung des INA219 war, freundlich ausgedrückt, schwankend.
Als Lib habe ich die INA219_WE benutzt, damit lässt sich das Ding am komfortabelsten nutzen. In Setup gleich die nötigen Parameter wie Rshunt übergeben
(0.02 Ohm, SAMPLE_MODE=8, Rest default gelassen). Dann für ersten Test quick&dirty überall wo VAmpINT auftauchte getCurrent_mA() eingebaut, ein bisschen Typenkonvertierung (ganze mA..) und --- es geht :-)
Da der INA219 intern eine Mittelwertbildung durchführen kann muss das der ESP/Arduino nicht tun. Mit den gewählten Parametern steht alle rund 4 mS ein neuer Wert bereit, das reicht auch für den Kurzschlussschutz.
Noch ein bisschen am Code rumgepfuscht und auch der ESP8266 kann die Gleisspannung ausgeben :-) Allerdings lastabhängig mit einer Abweichung von etwa 0,2V bei 6A. Das sind etwa 1% vom Messbereich, also im Rahmen dessen was ein einfaches Multimeter schafft, falls jemand das zu ungenau sein sollte...
Zum Auslesen gebe ich dem INA219 neue Parameter mit wenn der Servicemode aktiv ist, anstelle 320 mV 80 mV Range, dann gehen zwar nur noch maximal 4A, aber mit einer Auflösung von etwa 1 mA, und des Timings wegen ina219.setADCMode=BIT_MODE_12, dann steht alle rund 0,5 ms ein neuer Wert bereit. Um als ACK erkannt zu werden müssen 6 Messungen erhöht sein (~3,5 ms).
Auch in dem Bereich getCurrent_mA () großzügig verteilt und nach Behebung einiger Folgefehler (Datentypen...) und setzen passender Schwellen wurde ein Decoder mit simulierter Last (1K an den Motoranschlüssen) problemlos gelesen. Bei rund 16mA ACK-Pulsen :-)
ToDo:
- Code aufräumen, saubere Funktionen bauen, entsprechende #define-Statements anlegen
- testen ob die Adafruit-Library sinnvoller sein könnte, Haken da ist das sie ohne Umbauten keinen anderen Shunt als den serienmäßigen auf dem Board kennt. Out-of-the-box müsst man da bei anderen Shunts eine Umrechnung einbauen bzw. gleich die Raw-Werte verarbeiten.
- testen ob ACK-Erkennung durch Wahl eines geeigneten Sample-Mode zu verbessern ist. SAMPLE_MODE=4 liefert alle rund 2ms einen Wert, also wäre ACK zwei oder drei Messwerte lang und die Messungen dank Mittelwertbildung zuverlässiger
- Möglichkeit im Webfrontend den maximalen Strom für die Abschaltung im Kurzschussfall einzustellen einbauen.

@ Stahlblauberliner
Ich hab zwar absolut keine Ahnung was du da alles gemacht hast, aber es klingt super und ich bin mal gespannt wann der erste Platinenentwurf incl. Stückliste und Schaltplan für die "nur Nachbauer" hier auftaucht. Auf alle Fälle ein großes Lob und ein Danke an die "Arbeiter" vor allem an Dich, Philipp und Andreas. 👍👍👍👍👍👍

@Quax 2021 Ob ich ein "echtes " Platinenlayout erstelle ist noch offen, bei meinen Einzelstücken bin ich schneller wenn ich die auf Lochrasterplatinen aufbaue. Dabei bin ich aber grundsätzlich bemüht das man die mehr oder weniger 1:1 in ein Layout umsetzen könnte. Ein Schaltplan wird folgen sobald die Hardware final ist, dann muss nur die Software "rund" gemacht werden.

@Philipp Aktueller Zwischenstand der D1MIINI/IBT2/INA219-Version in Bildern:
Gesamtansicht:
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Prozessorplatine:
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Die Unterseite für Neugierige:
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Die Leistungselektronik:
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Hier von Unten:
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Modifikation des INA219-Moduls, orginaler Shunt gegen 20 mOhm getauscht, dabei die freigekratzten Leiterbähnchen vor dem Auflöten des neuen Shunts mit drei x 0,3mm Draht verstärkt:
Bild entfernt (keine Rechte)
Morgen mal an die Software machen und eine Verlängerung für den Taster durch die Frontplatte drucken.

@Stahlblauberlin: Die Platinen haben ja fast keine Leiterbahnkreuzungen. Den 12 Volt Regler hast du auf der Leistungsplatine untergebracht. Der andere ist wegen dem schwachen 3.3 Volt Regler auf deinem WeMos D1. Wenn mein INA219 kommt baue ich Mal deinen Aufbau nach. Den Verbinder zur Frontplatine hast du erweitern müssen auf 7x Kontakte? (12V, GND, DCC, NDCC, Prog, SDA, SCL)

Bin gerade dabei die XpressNet Version 4.0 zu implementieren. So kann die MultiMaus mit Version 2.0 vollständig genutzt werden.

@Philipp es sind acht Kontakte: DCC, NDCC, Prog, 12V, 3,3V für INA219& IBT2, GND, SCL,SDA. Von Links, Ansicht von Vorne. Bei den XNet-buchsen sind noch kleine Brücken unsichtbar unter den Buchsen versteckt. Achtung: Bilder der CPU-Platine stehen blöderweise auf dem Kopf, Stiftleiste ist unten Links, XNet-buchsen unten Rechts!
Bild entfernt (keine Rechte)
Treiber für das Prog-Relais (BC337) sitzt links unten neben der Pinleiste. Der D1 ist auf Präzisionsbuchsenleisten für die eckigen Pins gesockelt, damit sitzt er den entscheidenden mm Dichter an der Platine, so passt das Display entspannter.
Mit dem Layout hab ich etwas gekämpft, aber da hab ich halt einen gewissen Ehrgeiz. In der Ausbildung hab ich Layouts noch geklebt, für CMOS-Massengräber..🤮
So wie es jetzt ist dürfte sich das entspannt auf "richtige" Platinen umsetzen lassen. Erster Test ohne Rauchsignale und mit Funktion 😁

Hallo Philipp,

um die Zentrale auch mit anderen H-Brücken zu nutzen teste ich jetzt einen Hall-Effekt-Sensor, den ACS758LCB-050B-PFF-T mit dem Arduino Mega. Ein erstes Ergebnis ist das die CVs der Loks ab Spur TT und Spur G gelesen werden können.
Ich habe am Sketch noch keine Einstellungen verändert. Eine Änderung für die Maximal-Strombegrenzung ist im Sketch noch notwendig. Für den Sensor ist #define senseResist 0.33 eingestellt.
Es soll eine Lösung ohne den Shunt Widerstand sein so teste ich hier den Hall-Effekt-Sensor.



Viele Grüße
Andreas

@andreas21 Sieht ja schon mal sehr schick aus. Mit den ACS758 hab ich auch schon gespielt, aber im Zusammenspiel mit dem ADC des ESP und auch denen der AVR-Arduinos war ich nicht so glücklich. Hatte mir extra die U-Version besorgt um nicht mit der halben Betriebsspannung als Offset zu kämpfen. In einem anderen Projekt (Überwachung/Auswertung E-Aussenborder für's Boot, Akku-Überwachung ) sind die super, da hab ich aber mit Strömen bis 45A und entsprechendem Spannungshub zu tun. Beim Versuch die Ack-Impulse sicher zu erfassen bin ich nicht zu zuverlässigen Ergebnissen gekommen oder musste Messbereiche via Relais umschalten.

@Philipp Mit BIT_MODE_12 und PG_320 (also gar nichts gesetzt weil default) sieht es bei mir erstmal ordentlich aus. Auch der Kurzschlussschutz tut was er soll.

@andreas21 Das ist ja super wenn der Sensor schon ohne Anpassungen direkt läuft.
@Stahlblauberlin bei mir klappt dies leider nicht. Ich habe deshalb die Kurzschlusserkennung geändert. Sie überprüft jetzt den Strom über ms. Wenn dieser (per default) länger als 50ms über der eingestellen Schwelle liegt. Dies klappt auch perfekt mit dem MEGA und die Kurzschlussabschaltung ist nicht ganz so empfindlich.

Ich versuche die neue v4.98 noch diese Woche fertig zu bekommen, so das ihr damit auch testen könnt. Hier mal ein Auszug für neugirige aus dem Änderungslog:

@Philipp Klingt super. 50ms machen auch Sinn wenn z.B. einfache Kehrschleifenmodule zum Einsatz kommen. Die schaffen das sonst nicht zuverlässig.

Die Software v4.98 scheint nun stabil zu laufen. Leider hat der INA219, welcher nun implementiert wurde, noch einige kleine unschöne Reaktionen zur Folge:
- beim Starten braucht er bis ein gültiger Wert geliefert wird (teils bis zu 10ms) - dies kann Probleme machen, wenn auf dem Gleis in dieser Zeit ein Kurzschluss ist. Lösung: Zustand Power OFF wird beim Starten aktiviert.
- nach einem Kurzschluss (bei mir mit 4-6A) stürzt der INA219 ab und liefert keine Werte. Teil stürzt der INA219 vor der Abschaltung ab und der Trafo übernimmt dies, die Zentrale macht einen kompletten Neustart.

Ich habe vor den ADS1115 ein I2C 16bit ADC zu testen. Dieser könnte auch mit einem Spannungsteiler direkt an die IBT-2 H-Brücke angeschlossen werden. Vorteil ist, dass der ADS1115 bei kleinen Strömen mit geringerer Spannung diese verstärken kann, was beim CV lesen für den ACK notwendig ist.
@andreas21: Genutzt werden könnte dieser dann auch in Kombination mit dem ACS712 (Stromfühler ohne Shut).

Hallo Freunde,

nach langer Abstinenz muß ich mich mal wieder melden.
Im Club wird eine simple Zentrale für eine Ausstellungs-Bahn gebraucht.
Also habe ich die Wemos D1 mini - Version aufgebaut, mit dem L298.
Geflasht mit der unveränderten Version 4.97.
Funktioniert bis auf CV r/w, dies brauche ich hier jedoch sowieso nicht.

Heute habe ich einen DR4018 angeschlossen und mußte feststellen, das hier die Adressverschiebung vorliegt.
D.h. Weiche an Anschluß 1 schaltet in der App bei Adresse 5.

Bitte, wo kann ich dies umstellen ?

Viele Grüße und schon mal Danke
Ingo

Hi Ingo,

bis zu v4.97 kann die Verschiebung über #define SwitchFormat IB in der config.h geändert werden.
Ab der v4.98 klappt dies dann über die App "Z21 Einstellungen" - DCC Weichenadressierung konform mit RCN-213 auch im Betrieb ohne neues Flashen angepasst werden.

Zitat von Philipp im Beitrag #2866

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Ich habe vor den ADS1115 ein I2C 16bit ADC zu testen. Dieser könnte auch mit einem Spannungsteiler direkt an die IBT-2 H-Brücke angeschlossen werden. Vorteil ist, dass der ADS1115 bei kleinen Strömen mit geringerer Spannung diese verstärken kann, was beim CV lesen für den ACK notwendig ist.
@andreas21: Genutzt werden könnte dieser dann auch in Kombination mit dem ACS712 (Stromfühler ohne Shut).

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@andreas21 Guten Morgen, wie sieht denn deine Schaltung aus? Ich lese da was von einem OPAmp.. Hängt der an der veränderlichen Versorgung des IBT wandert der virtueller Nullpunkt des Opamp ja mit. Damit ist alles andere auch im Fluß... Die ACS758 sind, wenn ihre 5V-Spannung schön stabil ist, sehr stur was ihre Ausgangsspannung im Verhältnis zum Strom betrifft. Wo ich sie einsetze geht's aber eher ums grobe, da ist das halbe Ampere als Auflösung genug. Wo ich sie einsetzte lese ich beim Start den Offset, der ist immer da, auch bei den U-Versionen (Unidirektional, bessere Auflösung wenn man eh nur Gleichstrom hat)..

Hallo Stahlblauberlin,

Was meinst du mit „veränderlichen Versorgung der IBT“ ?
Vom Anschluss der Zentrale wird die H-Brücke über den Hall-Sensor versorgt (+15V bzw. +19V) und auch von diesem Anschluss geht die Verbindung zu den beiden Spannungsreglern, DC/DC-Wandler TSR-2, 5 V, 2000 mA und DC/DC-Wandler TSR-2, 12 V, 2000 mA. Hinter jedem Wandler ist ein Kondensator mit 100nF und 47µF eingesetzt. Der Elko der H-Brücke ist direkt am Anschluss der Zentrale vor dem Sensor eingesetzt. Der Opamp wird mit 5V versorgt.
Den Schaltplan füge ich heute Nachmittag hier ein.

Viele Grüße
Andreas

@andreas21 Ich meine die Versorgungsspannung des IBT, mal15, mal 19V. Mit dem Opamp schiebst du die Ausgangsspannung des ACS in sinnvolle Bereiche?

@andreas21 Guck dir mal ACS712 bei Wolles Elektronikkiste an. Besonders das rund um das "Rauschen" ist interessant. Wenn die Werte schon durch Zufall in der Größenordnung von ACK-Impulsen schwanken kann das mit der Zuverlässigkeit ein Problem werden. Irgendwelche parasitären Effekte die mit der Betriebsspannung wachsen könnten erklären warum es bei 15V gerade so geht und bei 19V nicht mehr.

@Stahlblauberlin

habe ich auch schon gelesen und viele andere Beschreibungen und Schaltungen angesehen. Wenn ich den OPV neu einstelle wird es vielleicht auch mit der höheren Spannung funktionieren.
Das konnte ich noch nicht testen steht aber auch schon als nächstes auf der Liste.

Viele Grüße
Andreas

@Philipp Hab mir nebenbei mal die Infos zum ADS1115 durchgelesen, per se super, aber mit unter einem KHz ziemlich langsam.
Zum Kurzschlußschutz: Nimmt man die Verzögerung ganz raus schafft der ESP es in etwa 90% der Fälle nur anhand der Daten vom INA219 bei einem harten Kurzschluss (Brücke an den Buchsen) abzuschalten. Das klappt auch zuverlässig wenn man es so umsetzt das die Sofortabschaltung bei doppeltem Nennstrom erfolgt, darunter verzögert wie gehabt. Ein Kurzschluss an einer realen Gleisanlage schafft die Sofortabschaltung nur wenn man es ausdrücklich drauf(an)legt..
Trotz allem würde ich für die Nachbauwilligen den Hinweis aufnehmen das immer auch eine klassische, elektronik- und softwarefreie Absicherung angeraten ist, insbesondere wenn die Zentrale jenseits der 3A-Marke eingesetzt werden soll. Gibt ja recht feingestufte Niederspannungssicherungsautomaten.
Noch was: Beim Programmieren soll seitens der Zentrale der Strom laut DCC-Norm gerade mal 250 mA sein, eine PIKO-G-Lok mit Sound schlürft aber so schon gut 200... Ich hab bei mir jetzt was eingebaut das der Messbereich des INA über den Shunt auf 40 mV begrenzt ist bei nur 10 bit wenn der Servicemode aktiv ist. Messbereich ist dann 2 A bei 2 mA Auflösung. Damit geht das Messen schneller als der ADC des ESP sinnvolle Werte liefern könnte, um die 5 kHz sind netto etwa möglich. Für ACK sollten dann Sprünge mit ausreichender Genauigkeit zu erfassen sein.
In dem Zustand sollte laut Spezifikation auch Railcom aus sein, das hab ich noch nicht nachvollziehen können.