Elektronik im Modellbau

Diese Schaltkanal-Erweiterung macht aus einem Proportional-Kanal der Fernlenkanlage 16 Schaltkanäle. Es ist eine Weiterentwicklung des 12-Kanal Multi-Switch.

Die Firmware des Decoders steht außerdem in einer zum Robbe Encoder (Multi-Switch 16 Modul, Best.-Nr. 8084) sowie zum Graupner Encoder (Nautic Expert, 4108) kompatiblen Version zur Verfügung. Bereits vorhandene Sender-Ausbaumodule können somit weiter verwendet werden. Natürlich ist auch in diesen Versionen die Memory-Logik für jeden Schaltkanal einzeln einstellbar.

Die Kosten für die Bauteile (ohne Platine und Anschlusskabel) betragen ca. 7 € für den Encoder und ca. 5 € für den Decoder.

Encoder (Sendermodul)

Der Encoder ist auf einen F-14/FC-16 Sender zugeschnitten. Mit dem weiter unten beschriebenen Impulslängen-Setup des Decoders ist auch der Betrieb mit den Sendertypen FC-18 und FC-28 möglich, ohne dass am Encoder Änderungen vorgenommen werden müssen.

Auf der Lötseite unter dem Mikrocontroller befinden sich ein paar SMD Bauteile, anders ging es bei den Platzverhältnissen leider nicht, denn praktisch die gesamte Fläche wird von den acht Schaltern belegt.

Der PIC Mikrocontroller Typ 16F627A wurde ganz am Rand platziert. Die Platine ist so ein paar mm länger als das Original, passt aber noch gut in die Optionsplätze des Senders. Alternative Layouts mit PICs im SMD-Gehäuse auf der Lötseite oder Sandwich-Bauweisen habe ich schließlich verworfen. Ein SMD Gehäuse hätte noch eine Stiftleiste für das Flashen erfordert, dies wäre nur mit einer doppelseitigen Platine realisierbar. Mit der gewählten Lösung ist der Encoder nicht zu groß, lässt sich aber noch relativ einfach nachbauen (einseitiges Layout).

Auf der Platine ist auch eine zweite Anschlussmöglichkeit für einen weiteren Encoder vorhanden, so dass auch mehrere Encoder in einen Sender eingebaut werden können. Außerdem wurde zwischen dem Synchronisations-Signal und + 5 V ein 470k pull-up Widerstand (R11) vorgesehen, der in Verbindung mit dem Multiadapter T963 notwendig ist. Der Encoder funktioniert auch in älteren 7-Kanal Sendern vom Typ F-14, wenn R2 von 10k auf 82k erhöht wird, der Multiadapter ist dafür nicht notwendig (Hinweise zum Einbau in einen 7-Kanal Sender).

Beim Einlöten der Schalter empfiehlt es sich, zunächst nur den mittleren Anschluss eines Schalters anzulöten. Danach sollte die Position des Schalters überprüft und ggf. korrigiert werden. Erst wenn der Schalter richtig sitzt, sollten auch die beiden anderen Anschlüsse verlötet werden.

Der Einbau des Encoders in den 8-Kanal F-14 Sender wird in der Beschreibung des 12-Kanal Multiswitch erläutert. Es gibt nur einen kleinen Unterschied: der Abstandshalter unter dem Optionsplatz muss nicht mehr entfernt werden. Dadurch schließen die Schaltergewinde nach Aufschrauben der Befestigungsmuttern bündig mit der Senderoberfläche ab und stehen nicht mehr über.

Die Anschlussbelegung für den Encoder ist im folgenden Bild zu sehen:

Test des Encoders

Mit einem Standard-Servo kann man leicht überprüfen, ob der Encoder richtig im Sender angeschlossen ist und funktioniert. Dazu wird an den für den Decoder vorgesehenen Empfängerausgang testweise ein Servo angeschlossen. Das Sync-Signal ist besonders lang und daher sollte der Servo rhythmisch zucken. Wer über ein Oszilloskop oder gar ein DSO verfügt, kann dem Servo diese Tortur natürlich ersparen und sich das gemultiplexte Empfängersignal auf dem Bildschirm ansehen.

Decoder (Empfängermodul)

Für den Decoder habe ich nur eine Minimalversion vorgeschlagen, aus Platzgründen und weil man doch nicht allen Anforderungen gerecht werden kann. Er besteht im Wesentlichen aus dem Mikrocontroller und den Ausgangstreibern für die Verbraucher und hat daher sehr kompakte Abmessungen.

Der im 12-Kanal Decoder verwendete PIC vom Typ 16F627 hat für 16 Schaltkanäle zu wenig I/O-Ports, ich habe mich schließlich für den 28-pol. Typ 16F883 entschieden. Um den Pegel der Empfängerimpulse sicher zu erkennen, war eine Invertierung über einen Transistor erforderlich.

Die Ausgangstreiber ULN2803 können pro Ausgang max. 500 mA liefern. Die Gesamtleistung aller acht Ausgänge darf aber 2,25 W nicht überschreiten, bei einer Sättigungsspannung der Darlington-Endstufe von 1,5 V dürfen alle Ausgänge gleichzeitig mit ca. 170 mA belastet werden. Für höhere Ströme können Relais nachgeschaltet werden, etwa die Relaisplatinen, die im Beitrag über den 8-Kanal Multiswitch vorgestellt werden. Diese können direkt an die 16-pol. Stiftleisten des Decoders angeschlossen werden. Anstelle der ULN2803 können natürlich auch gleich MOSFETs zum Einsatz kommen, allerdings ist dann eine Änderung des Layouts der Decoder-Platine erforderlich.

Für die Ausgangstreiber-ICs sollte auf jeden Fall eine Fassung verwendet werden. Sollte mal ein Malheur passieren und sich ein Treiber in Rauch auflösen, ist so eine schnelle und preisgünstige Reparatur möglich.

Eine optische Schaltkontrolle gibt es nicht. Die ist ohnehin nicht zu sehen, wenn der Decoder im Modell eingebaut ist, wäre aber für das Memory-Setup ganz hilfreich.

Der Anschluss der Verbraucher erfolgt über zwei 16-pol. Stiftleisten, die Verbraucher werden aus einer externen Stromquelle gespeist.

Das folgende Bild zeigt die Beschaltung des Decoders:

Firmware

In der Datei ms16.zip (siehe Download-Bereich) sind drei Dateien für den Decoder enthalten. Die Datei decoder16.hex wird im Zusammspiel mit dem oben beschriebenen Encoder benötigt. Wer schon einen original Graupner- oder Robbe-Encoder im Sender hat und somit nur den Decoder benötigt, nimmt entsprechend die Firmware decoder16-graupner.hex bzw. decoder16-robbe.hex.

Memory-Setup Funktion

Bei den bekannten käuflichen Modulen kann für die Gesamtheit aller Schaltfunktionen festgelegt werden, ob eine Memory-Funktion aktiv sein soll, d.h. der Kanal schaltet bei der ersten Betätigung ein, aber erst bei der zweiten Betätigung wieder aus. Auf diese Weise können die beiden Funktionen eines Schalters auch gleichzeitig aktiv sein. Da dies nicht für alle Schaltfunktionen sinnvoll ist (z.B. bei Drehbewegungen rechts/links), bei anderen Belegungen dagegen schon (z.B. Einschalten der nautischen Beleuchtung/Einschalten eines Scheinwerfers), lässt sich die Memory-Funktion bei diesem Decoder für jeden der 16 Schaltkanäle einzeln konfigurieren.

Wird der Jumper2 gesteckt, befindet sich der Mikrocontroller in einem Setup-Modus, in dem für jeden Schaltkanal eine Memory-Funktion festgelegt werden kann. Die Vorgehensweise ist wie folgt:

1. Empfänger ist ausgeschaltet, Sender ist eingeschaltet
2. Jumper auf JP2 aufstecken
3. Empfänger einschalten
4. Alle Kanäle, die eine Memory-Funktion haben sollen, werden nun am Sender eingeschaltet. Dafür steht eine Zeit von 30 s zur Verfügung.  Damit auch zwei Kanäle eines Schalters gleichzeitig eingeschaltet werden können, verfügen alle Kanäle für die Dauer des Setup über eine Memory-Funktion. Sind alle späteren Memory-Kanäle eingeschaltet, muss gewartet werden ...
5. ... bis nach ca. 30 s alle Kanäle automatisch wieder ausgeschaltet werden. Die rote LED blinkt im Sekundentakt. Der Setup-Modus ist damit beendet. Alle Kanäle, die bis zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet waren, sind nun Memory-Kanäle.
6. Empfänger ausschalten, ca. 30 s warten. Die Wartezeit unbedingt einhalten, da sich der Kondensator auf der Decoder-Platine erst wieder vollständig entladen muss. Wird zu früh wieder eingeschaltet, kann sich ein undefiniertes Verhalten ergeben.
7. Jumper auf JP2 wieder entfernen
8. Empfänger wieder einschalten und die Memory-Funktion auf den dafür eingerichteten Kanälen überprüfen.

Die Einstellungen bleiben bis zur Durchführung eines neuen Setup gespeichert. Das Memory-Setup kann bei Bedarf wiederholt werden.

Impulslängen-Setup

Die Erfahrung mit den Vorgänger-Versionen hat gezeigt, dass immer wieder Programmanpassungen des Decoders notwendig waren, wenn der Encoder mit einem anderen Sender als einer F-14 Anlage betrieben wurde. Die Impulslängen, welche die Funktionen "Schalter ein" oder "Synchronisation" kodieren, können bei anderen Sender leicht abweichen und wurden vom Decoder nicht erkannt. Aus diesem Grunde habe ich das Decoderprogramm um ein Setup erweitert, in dem die maximale und die minimale Impulslänge vom Decoder gemessen und im EEPROM abgespeichert wird. Es sei aber betont, dass das Impulslängen-Setup eine saubere Anpassung des Encoders an den verwendeten Sender nicht überflüssig macht. Zumindest die variierenden Impulslängen lassen sich so aber besser in den Griff bekommen (insbesondere für die Sendertypen FC-18 und FC-28).

Beim Programmieren des Decoder-PIC sollten auch die Daten des EEPROM in den PIC übertragen werden, darin befindet sich die "Werkseinstellung" der erwarteten Impulslängen. Erst wenn es mit diesen Werten nicht oder nicht vollständig funktioniert, sollte ein Impulslängen-Setup probiert werden:

Ausgangszustand: Empfänger ist ausgeschaltet

1. Der erste Schritt beim Impulslängen-Setup ist je nach verwendeter Decoder-Version unterschiedlich:
   • "cp-Decoder": am Encoder mindestens einen der 16 Schaltfunktionen einschalten, d.h. einen der 8 Schalter nach oben oder unten schalten und dort geschaltet lassen (dafür am Besten einen Schalter mit Rastfunktion wählen, falls vorhanden).
     
   • Graupner-kompatibler Decoder:  am Sender einen der  Schalter in die untere, einen anderern in die obere Position bringen, dies dürfen aber nicht die Schalter 1 oder 8 sein (z.B. Schalter 5 nach unten, Schalter 6 nach oben, die anderen Schalter bleiben in der mittleren Position). Während des Setups müssen die Schalter in dieser Position verbleiben.
   • Robbe-kompatibler Decoder: alle Schalter am Sender befinden sich in der Neutralstellung (mittlere Position).
2. Sender einschalten
3. am Decoder Jumper1 aufstecken (Jumper2 ist für das Memory-Setup)
4. Empfänger einschalten
5. die rote LED darf nicht leuchten, sonst werden keine gültigen Impulse festgestellt
6. in den folgenden 5 s werden die minimale und maximale Impulslänge gemessen und im EEPROM gespeichert
7. nach 5 s beginnt die rote LED zu blinken, das Setup ist beendet
8. Empfänger ausschalten
9. Jumper1 entfernen
10. mindestens 30 s bis zum nächsten Einschalten warten.

Die Einstellungen bleiben bis zur Durchführung eines neuen Setup gespeichert.