Do IT yourself! - PIKO-Modelleisenbahn mit Arduino-Steuerung

Inhaltsverzeichnis

Projektidee

Material

Schaltplan

Do IT yourself!

Fazit

Projektidee PIKO-Modelleisenbahn mit Arduino-Steuerung

Wenn man mit Arduino Mikrocontrollern experimentiert und Motoren damit steuern möchte, bieten sich als Anwendungsbereiche - auch für den AG-Unterricht - neben selbstfahrenden Autos vor allem Gleichstrom-Modelleisenbahnen an: Hier ist die Stromversorgung meist direkt mit enthalten (Trafo) und mittels Sensoren, Relais oder Servomotoren lassen sich viele Alltagssituationen simulieren, wie z.B. Bahnübergänge, Weichen oder Signale.

Der Schaltungsaufbau selbst ist unkompliziert und lässt sich ohne Weiteres mit einem Arduino Nano, einem kleinen Breadboard und einigen weiteren elektronischen Komponenten realisieren:

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Do IT yourself!

Um eine dauerhafte Verkabelung für viele Einsätze in der Schule und gleichzeitig eine stabile Stromversorgung zu gewährleisten, sollte das Breadboard durch fest verlötete Platinen mit gesockelten Arduino Nanos ersetzt werden. Durch einen Verpolungsschutz mittels Dioden wird sichergestellt, dass man die Polarität der externen Stromquelle nicht mehr versehentlich verwechselt, was bei Spannungen von bis zu 24V schnell zur Zerstörung der kompletten Schaltung inkl. Mikrocontroller führen kann. Darüber hinaus sieht eine gelötete Schaltung einfach ordentlicher aus:

Neben Lochrasterplatinen und Platinen mit Streifenraster bieten Online-Autkionshäuser praktischerweise auch Platinen im Breadboard-Layout an, welche den Aufbau und die Verkabelung von Schaltungen erheblich vereinfachen und gleichzeitig nahezu eine 1:1-Übertragung der Schaltungen vom Breadboard ermöglichen.

Weiterhin befinden sich auf jeder Seite des Arduino Nanos doppelte Buchsenleisten: Die inneren Buchsenleisten sind als Sockel für den Arduino Nano vorgesehen, die äußeren Buchsenleisten für den Anschluss weiterer Kabel, Sensoren und Aktoren:

Der Lötaufwand beträgt ca. 30-60 Minuten und das Löten der Komponenten sollte nach dem Schema "von klein nach groß" ausgeführt werden. Auch ist darauf zu achten, dass möglichst alle (hitze-)empfindlichen Komponenten der Schaltung, auf jeden Fall aber der Arduino Nano gesockelt werden.

Die PIKO Modelleisenbahn ist eine Gleichstrombahn, die mittels eines Motortreibers (hier: L293D) in beiden Richtungen angesteuert werden kann, wobei die Versorgungsspannung direkt aus dem Original-Trafo der PIKO Modelleisenbahn eingespeist wird, welcher immer auf 100% Fahrspannung feststehen muss (ca. 12V). Hier macht es Sinn, den Regler des Tafos mit einem Klebestreifen in der 100%-Fahrstromeinstellung zu fixieren. Über einen 5V-Festspannungsregler wird die Trafospannung parallel auch für die Stromversorgung des Arduino Nanos genutzt.

Der hier ausgeführte Arduino-Sketch lässt die Lok zunächst langsam vorwärts anfahren und dann anhalten. Nach einer kurzen Pause fährt die Lok schnell rückwärts, um dann langsam wieder anzuhalten:

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Fazit

Es ist grundsätzlich möglich, auch analoge Gleichstrom-Modelleisenbahnen mit Hilfe eines Arduino Mikrocontrollers zumindest teilweise zu "digitalisieren", indem beispielsweise langsames Anfahren und Abbremsen, zeit- oder sensorgesteuertes Fahren und Anhalten, das Schalten von Weichen und Signalen oder auch die Beleuchtung von Autos, Häusern oder Bahnübergängen realisiert werden kann - und das mit vergleichsweise geringem finanziellen Aufwand: Die Materialkosten für die Schaltung einer Gleichstrom-Modelleisenbahn (gelötet oder mit Breadboard) belaufen sich auf ca. 30 EUR, sofern eine (ältere) Eisenbahn vorhanden ist.

Darüber hinaus bietet sich die Arduino-Steuerung einer Modelleisenbahn - auch in Verbindung mit der Gestaltung von Landschaften und der Beleuchtung und Steuerung von einzelnen Objekten - als Schulprojekt über einen längeren Zeitraum an.

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