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Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Hier könnt Ihr über Eure Seilbahn- & Pistenraupenmodelle diskutieren.

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margau
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Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von margau » 12.03.2014 - 20:16

Hallo!
Da ja in anderen Themen dazu schonmal Fragen aufgekommen sind, dachte ich mir mal, das ich einen Thread aufmache, in dem wir eine möglichst vielseitige und relativ günstige Steuerung entwickeln könn(t)en.
Ziel des ganzen soll später sein, eine für Nicht-Elektronik-Profis auch zusammenbaubare Steuerung oder zumindest ein Konzept dafür zu haben.

1 Features
Folgende Features sollten zumindest irgendwann mal realisierbar sein:
-Steuerung über PC/Touchscreen
-Steuerung über Netzwerkinternes Webinterface
-Steuerung über Schaltpult
-Parameteranzeige über PC/Netzwerk
-Verschiedene Überwachungseinrichtungen (Blocksicherung bei Kuppelbaren Bahnen, Endabschaltung bei PB's, Seillage, Spannwagenüberwachung und alles was mir gerade nicht einfällt)
-Kopierwerk sollte auch vorhanden sein
-Ein unabhängig von der Software wirkender Notaus
-Überbrückung bei Fehlauslösung oder zur Wiederherstellung des normalen Zustandes
-Abbremsung vor Stützenüberfahrten
-Vollautomatik (PB's fahren alle x Sekunden von alleine und warten dann x Sekunden)
-Teilautomatik (Automatische Geschwindigkeitsregulierung bei PB's, manuelle Abfahrt)
-Manueller Betrieb (komplett manuelle Geschwindigkeitsregulierung)

Da dies ja schon einiges ist, habe ich mir ein paar Gedanken gemacht, wie man diese Probleme am sinnvollsen lösen könnte.

2.1 Hardware
Bei meinen überlegungen wäre das Kernstück ein Arduino Uno.
Dieser hat 14 Pins für Digitalen Input und Output, davon unterstützen 6 die sog. Pulsweitenmodulation. (Das ist im Prinzip eine Art Dimmer, genauers auf Wikipedia etc.) Desweiteren gibt es noch 6 Analoge Inputs, die eine Spannung zwischen 0 und 5 Volt in 1024 Schritten messen können.
Da die Arduino-Pins nur Strom bis 40mA bei 5Volt verkraften, und der RB35 z.B. 2A bei 12 Volt benötigt, braucht man einen Verstärker. Hier bieten sich H-Brücken an, zum Beispiel diese hier: L 6205 N. Eine gute Einführung zu diesen Bauteilen gibt es hier:
http://www.arduino-tutorial.de/2010/06/ ... bridge-ic/

Hier mal eine Beispielaufstellung, für was man die Pins gebrauchen könnte:
1 RX via USB
2 TX via USB
3 (PWM) ->H-Bridge Speed
4 -> H-Bridge Direction
5 (PWM) -> H-Bridge Dircetion
6 (PWM) <- Motorimpuls für Kopierwerk
7 <- Endabschaltung 1
8 <- Endabschaltung 2
9 (PWM) <- Not-Aus
10 (PWM) <- Fertig
11 (PWM) <- Anwurf
12 <- Abfahrt
13 <- Halt
A0 <- Streckenstromkreis
A1 <- Wahl Auto / Teilauto / Manuell
A2 <- Speed
A3
A4 <- SDA von Rasperry Pi (I2C)
A5 <- SCL von Rasperry Pi (I2C)

Wie man sieht, habe ich in meinem Konzept einen Raspberry Pi über I2C (siehe Wikipedia) an die entsprechenden Anschlüsse angebunden.
Diesen könnte man mit Touchscreen, Tastatur, Maus, Netzwerk etc. verbinden, mehr dazu in 2.2 Software.
Jedenfalls würde der Rasperry Pi (Slave) über den I2C-Bus Signale an den Master (Arduino) senden, der diese dann auswertet und in Motorbefehle umsetzt, dazu ebenfalls mehr unter 2.2 Software.

An den I2C-Bus kann man auch andere nette Spielereien, wie zum Beispiel externe EEPROM-Geräte, einen weiteren Arduino zur Porterweiterung oder nummerische Displays hängen.

Soviel zur Hardware.

2.2 Software:
Fangen wir mit meinen Ideen beim Rasperry Pi an:
Auf diesem würde im Hintergrund ein Webserver mit apache und php laufen, der über die IP, z.B. 192.168.1.2, das Schaltpult als HTML in "Softwareform" ausgibt. Dieses holt sich die benötigten Werte via Ajax (siehe Wikipedia etc.) von einem PHP-Script, das für diese direkt auf den I2C-Bus zugreift.
Bei einem Tastendruck wird ebenfalls ein Signal per Ajax an ein PHP-Script gesendet, das dieses dann weiterleitet über I2C. Dieses Interface kann natürlich auch auf dem Rasperry Pi selbst laufen, weiterhin wäre eine Realisierung über WLAN aufs Smartphone denkbar, damit man gemütlich in der Sonne liegend die Bahn bedienen kann.

Diese Signale würden dann auf dem Arduino verarbeitet werden, und zwar möglichst Objektorientiert, das heißt, ein Programm kümmert sich nur um den I2C-Empfang, eins um die Motorsteuerung, eins ums Kopierwerk, eins um die Sicherheit etc.

Diese Programmierung werde ich evtl. demnächst schon in Angriff nehmen, da ich ein Arduino hier rumfliegen habe.

Bezüglich Sicherheit des ganzen: Sobald der Strom auf einem Sicherheitskreis abfällt würde ich empfehlen, den Motor via Relais stillzusetzen, WEIL man bei Sicherheitskritischen Funktionen meiner Meinung nach am wenigsten einem Windows- System, einem Linuxsystem auch nicht gerade viel mehr vertrauen sollte. Einem Arduino vertraue ich von der Stabilität her, allerdings gebe ich zu bedenken, das wir auch nur Menschen sind, und so bestimmt den einen oder anderen BUG mit einbauen.

Ich hoffe ich konnte einigen Anregungen über die Steuerungsvarianten von Modellseilbahnen geben,
und vielleicht bekomme ich ja auch ein paar Anregungen.
Die Steuerung meiner Modell-PB werde ich sehr ähnlich bauen, und natürlich auch den Quellcode direkt hier posten.

Ich habe diese Version bisher noch nie getestet und muss die Feinheiten auch erst noch Entwickeln, alle Versuche etc. auf eigene Gefahr!
Baut mit Elektr. Strom nur wenn ihr euch Sicher seid! An/mit Netzspannung dürfen nur Fachleute arbeiten!
Ich übernehme keine Haftung!


Bei Fragen helfe ich natürlich auch gerne, oder wenn man als Elektronik-Anfänger nur :bahnhof: verstanden hat. (Hätte ich vor gut 1 1/2 Jahren auch noch)

Viele Grüße!
margau


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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von sunset » 13.03.2014 - 18:32

Hi,

ich habe mich vor längerer Zeit auch mal mit dem Thema befasst und muss mittlerweile sagen, dass ich von der Steuerung allein über ein Raspberry Pi mit den Eingängen für mich pers. abgekommen bin. Der Grund liegt darin, dass man viele Funktionen dann nur visuell machen kann (z.B. L1, Veränderung der Nenngeschwindigkeit, etc.), ich die aber gerne über herkömmliche Bedienelemente hätte. ;)

Für einfache Steuerungen ist das Raspberry Pi sicherlich geeignet; für größere würde ich fast schon eine SPS oder aber einen PC mit IO Karten bevorzugen. ;)
LG, Max

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von margau » 13.03.2014 - 20:48

Hi!
Genau aus dem Grund habe ich ja den Arduino für I/O...
Und über I2C kann ich ja auch noch erweitern, mal schauen was raus kommt.
Grüße!
margau

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von 4CLD_Gampebahn » 14.03.2014 - 09:19

Die grundlegende Idee der Steuerung mittels Raspberry existiert zumindest bei uns schon länger.
Im Moment lasse ich von CWB grad eine Steuerung der Kombibahn entwickeln.
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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von Tragrolle » 14.03.2014 - 23:05

Hi
Wieso nicht gleich die Anlage über eine vernüftige Steuerung wie z. B. S7-300 oder ähnliches steuern? Das wäre auf jeden Fall realitätsnah.
Die Steuerung arbeitet mit 24V Gleichspannung (Ich kenne kaum Sensorik, die mit 5V arbeitet), da die meisten Sensoren mit 24V betrieben werden, sind diese entsprechend verbreitet, da 24V die[u/] Industrie-Steuerspannung schlechthin ist.
Visualisierung und Bedienung über SIMATIC-Panel kein Problem, ebenso betreibbar mit herkömmlichen Schaltern.
Sehr gute Regelbarkeit von Frequenzumrichtern mit analogen Ausgangskarten.
Und das Beste: da die SIMATIC S7-300 eine auslaufende Serie ist (Dank den Nachfolgern S7-1200, bzw. S7-1500) wird sie in naher Zukunft sehr günstig zu haben sein.

Nur so ein paar Gedanken wie ich es machen würde. Bin allerdings kein Elektroniker sondern eher in der SPS-Technik zu Hause, deswegen würde ich die S7 einem Raspberry Pi vorziehen, aber jeden wie er will ;)
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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von sunset » 15.03.2014 - 10:47

Naja, das Problem bei den SPS'en ist hauptsächlich der Preis. Wenn ich mal so weit bin und eine realitätsnahe Steuerung machen will, würde ich auf jeden Fall lieber zu ner SPS greifen als zu nem Raspberry. Das Problem ist aber, dass das für mich als Schüler das Geld eben der Hauptfaktor ist. ;)
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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von ATV » 15.03.2014 - 11:14

Ich hatte mich im Rahmen meiner Ausbildung mit einer Kleinst SPS für ein Modell (Eisenbahn) befasst.

Ich hatte damals diverse Möglichkeiten ausgesucht, von Logo! über eine 300er bis zu EIB. Gefunden habe ich die einfache Lösung ist dieses kostengünstige Ding hier:

http://www.conrad.de/ce/de/product/1910 ... archDetail

Die Karte besitzt 5DI, 8DO, 2AI und 2AO und ein Zähler.

Die Karte wird via USB angesteuert. Damals gabs aber das Raspberry noch nicht. Ich hatte einen alten Labtop dessen Bildschirm defekt war.

Programmiert hatte ich das ganze über FMS, Extrem primitiv, Man kann aber sogar eine Visualisierung auf einfachste Art und weise machen.

Ansteuern kann man 4 solche Karten gleichzeitig (Vorausgestzt man hat 4 USB Schnittstellen)
Ich schliesse mich Starli an: Boykott dem neuen, unübersichtlichen Alpinforum-Design.

Bis auf weiteres werde ich hier nicht mehr präsent sein -> meine Fotos könnt ihr weiterhin auf meiner Webseite --> www.stahlseil.ch ansehen.


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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von jojo2 » 15.03.2014 - 19:59

Ich bin ja noch immer Fan von alten Siemens S5 Steuerungen :-)

Die gibt es z.t. auch wirklich spottbillig....

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von Ram-Brand » 15.03.2014 - 20:45

Grad in einem anderen Forum gesehen. Vielleicht Interessiert der Link hier auch:
http://www.pollin.de/shop/dt/NTMwOTc4OT ... _CVBS.html
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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von Tragrolle » 16.03.2014 - 18:45

In 3-4 Jahren bekommt man die S7-300 auch zum Spottpreis nachgeworfen, da diese durch ihren Nachfolger S7-1200 und S7-1500 bereits abgeschrieben sind.
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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von sven.ths » 02.04.2014 - 14:18

Für den Arduino gibt es auch sehr gute LCD-Touchdisplays, momentan entwickle ich für meine Bahn damit eine Steuerung wobei ein Arduino MEGA + Display die Visualisierung übernimmt. Alle Funktionen wie IOs und Sensoren werden separaten von ATmega32 (alternativ gehen auch Arduino UNO) gesteuert und verrechnet. Die einzelnen Systeme kommunizieren mittels I2C mit dem Arduino der am Display hängt. Vorteil an diesem Aufbau ist die parallele Verarbeitung von Ereignissen und die klare Aufgabentrennung: für jede Funktion gibt es eine einzelne Platine (eine für die DFS, eine für den Motor, eine für Klemmkraftüberwachung ect.).
Das Display-Modul selbst kommuniziert nur dann mit den Systemen wenn es Nötig ist; also wenn Messwerte gelesen oder Steuerwerte eingegeben werden.
Außer dem können alle Module dem Display über eine IO Eingang noch mitteilen, das es bei ihnen ein Problem gibt, daraufhin wird eine entsprechende Meldung auf dem Display angezeigt und auf das entsprechende Betriebsbild umgeschaltet.
Zusätzlich zu dieser Kommunikation hat jeder Prozessor noch die möglichkeit den Sicherheits-Stromkreis zu unterbrechen und somit einen Nothalt auszulösen.
Von der Funktion her quasi wie eine Simatic mit entsprechend vielen Erweiterungsmodulen :wink:

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CFS
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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von CFS » 18.04.2014 - 18:24

Also ich z.B. bin einer von denen, die sowas gut gebrauchen könnten ( :bahnhof: ). Daher würde ich mich sehr über ein solches Steuerungssystem freuen :P . Den Raspberry Pi kenne ich auch schon von einem Freund, der diesen allerdings nur für Multimedia-Zwecke nutzt. Für mich ist es auf jeden Fall wichtig, dass ich normale Bedienelemente habe, wie Knöpfe, Regler, usw., und aber auch manche Funktionen selber Programmieren kann. Das wären so meine Anforderungen als Laie, denn aus Margaus erstem Beitrag konnte ich, wie vermutlich auch viele andere, die das gelesen haben relativ wenig schließen ;D (wegen der Fachbegriffe). Könnte jemand dann, sofern möglich, die ganze Geschichte auch für Leute wie mich erklären?
Darüber würde ich mich sehr freuen. :ja:
Liebe Grüße von CFS von der Holzenn

http://www.modellskigebiet-holzenn.jimdo.com

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von margau » 18.04.2014 - 18:30

Also ganz einfach: Der Arduino steuert Motoren, Lampen etc. und bekommt Signale von Tastern. Dieser Kommunziert über einen Bus mit dem Raspberry, der das verarbeitet und dem Arduino z.B. sagt "Ich hätte gerne Motor 1 mit Geschwindigkeit 512 vorwärts laufen". Gleichzeitig stellt dieser ein Virtuelles Bedienpult im LAN/WLAN als "Webseite" bereit.

Hoffe es war verständlich.

Grüße
margau


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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von CFS » 18.04.2014 - 19:15

Danke, das hat mir sehr weitergeholfen :D ! Kann ich denn am Arduino auch einen Drehpotenziometer als Geschwindigkeitsregler für den manuellen Betrieb anschließen?
Liebe Grüße von CFS von der Holzenn

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von margau » 18.04.2014 - 20:55

Ja, das geht auch mit entsprechender Programmierung. Du kannst den Stand des Poti's in 1024 Stufen auslesen. Den Motor kannst du in 512 Stufen steuern, d.h. der wert muss durch 2 geteilt werden.
Wann hast du denn bedarf an der Steuerung? Wenn du eine brauchst könnte ich dir bei der Entwicklung helfen, weil bei meiner PB dauert das noch ein paar Monate.

Viele Grüße
margau

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von CFS » 18.04.2014 - 21:23

Nein so schnell noch nicht, ich plane zwar gerade etwas aber der Bau könnt länger dauern... Was würde das ganze denn kosten (ich weiß, dass der RPi ca. 60 € kostet)?
Liebe Grüße von CFS von der Holzenn

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von qwertzp » 15.06.2014 - 21:39

Ich hätte da eine Frage zu dem Schalter Wahl Auto/Teilauto/Manuell der an den analogen Eingang A1 kommen soll. Wie muss ich mir diesen Schalter vorstellen? Eine Art "rastendes Potentiometer" oder wie werden die unterschiedlichen Spannungen generiert, damit man anhand des Messwertes die Schalterstellung erkennen kann? Ich bin noch ziemlich am Anfang mit dem ganzen Thema, verzeiht mir also bitte, falls die Frage doof sein sollte. ;)
MFG qwertzp

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von margau » 15.06.2014 - 21:45

Hallo!
Ich würde es einfach so machen, Auto auf 0V, Manuell auf 5V und das andere via Wiederstand auf 2,5V legen und so auslesen.

Viele Grüße!
margau

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von qwertzp » 22.07.2014 - 10:09

@ margau Danke für die Auskunft!

So mein kleines Schaltpult ist nun fertig :) Es ist meine erste Steuerung und kann deshalb noch nicht so viel. Die Programmierung habe ich selbst übernommen, beim Löten und Verkabeln hatte ich Hilfe von einem Verwandten der Elektroningenieur ist. (Habe noch nie gelötet) Im Innern versteckt sich ein Arduino Uno mit einem Arduino Motorshield. An Funktionen habe ich:
- Anwurf (Grün)
- Abfahrt (Grün)
- Langsam (Gelb)
- Fahrtrichtung (Wahlschalter)
- Anhalten (Rot)
- Nothalt
- Stufenlose Geschwindigkeitsregelung über Poti

Die Taster sind von Schneider Electric (Harmony Metallprogramm)
Dateianhänge
IMG_2925bearbeitet.jpg
MFG qwertzp


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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von Pistencarver » 24.07.2014 - 20:27

qwertzp hat geschrieben:@ margau Danke für die Auskunft!

So mein kleines Schaltpult ist nun fertig :) Es ist meine erste Steuerung und kann deshalb noch nicht so viel. Die Programmierung habe ich selbst übernommen, beim Löten und Verkabeln hatte ich Hilfe von einem Verwandten der Elektroningenieur ist. (Habe noch nie gelötet) Im Innern versteckt sich ein Arduino Uno mit einem Arduino Motorshield. An Funktionen habe ich:
- Anwurf (Grün)
- Abfahrt (Grün)
- Langsam (Gelb)
- Fahrtrichtung (Wahlschalter)
- Anhalten (Rot)
- Nothalt
- Stufenlose Geschwindigkeitsregelung über Poti

Die Taster sind von Schneider Electric (Harmony Metallprogramm)


Sehr schön sieht das aus,

steckt da eine Schaltung dahinter oder nur der Arduino? Wäre sehr Nett, wenn du mir mal ne PN schreiben könntest auch bezüglich arduino programm, für meine neue Bahn plane ich ebenfalls etwas in die Richtung, Arduino besitze ich bereits wegen eines Schulpojektes
Danke schonmal
geplante Skitage 2019/2020: 6 Tage 4 Berge Schladming, Tagesfahrten ins Allgäu
Skitage 2018/2019: 2 Tage Hörnerbahn Bolsterlang, 6 Tage 4 Berge Schladming, 3 Tage Damüls-Mellau (AF-WC)
Skitage2017/2018: 1 Tag Hörnerbahn Bolsterlang, 3 Tage Damüls, 1 Tag Diedamskopf, 2 Tage Warth, 6 Tage 4 Berge Schladming, 1 Tag Berwang
Skitage2016/2017: 2 Tage Hörnerbahn Bolsterlang, 2 Tage Berwang, 1 Tag Brandnertal, 6 Tage 4 Berge Schladming
Skitage 2015/2016:6 Tage 4 Berge Schladming, 1 Tag Brandnertal, 3 Tage Berwang-Bichlbach, 1 Tag Hörnerbahn Bolsterlang, 4 Tage Kleinarl-Zauchensee
Skitage 2014/2015:4 Tage Skijuwel Alpbach-Wildschönau, 1Tag Brandnertal, 6Tage 4Berge Schladming, 1 Tag Sonnenkopf am Arlberg, 3 Tage ZillertalArena
Modellbauer mit Leib und Seele, 4 Berge Schladming 4 Ever!

Grüße von den Murrtal Modellbahnen

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Re: Steuerungsidee bzw. Planung mit Raspberry Pi & Arduino

Beitrag von luziefer » 04.01.2020 - 11:19

Hallo,
da dieses Thema nun doch schon einige Jahre alt ist wollte ich mal wissen wie nun der Fortschritt des ganzen Projektes ist. Daher greife ich dies nun wieder auf.

Gruß


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