Auf Basis meiner ersten Erfahrungen mit Mikrocontrollern aus meinem Vorprojekt war ich bereit mich im Eigenbau an die Digitalisierung meiner analogen BR01 heranzuwagen.
Hauptziel des Projekts war die Dampflokomotive mit Sound und Dampf auszustatten (auch im Stillstand) und diese dennoch weiterhin analog zu betreiben.
Ausgangslage
Zuerst wurden Trafo und Lok und ihre Einzelteile zerlegt.
Umbau
Neben dem Umbau der Lok selbst war auch der Umbau des Trafos notwendig.
Trafo
Der alte Selen-Gleichrichter im Trafo lieferte keine ausreichend stabile Stromversorgung für den Mikrocontroller und wurde daher auf Brückengleichrichter mit entsprechenden Kondensatoren umgebaut.
Lokomotive
Um genügend Platz für die Bauteile in der Lok zu schaffen, wurde der Eisenkern entsprechend zusammengeflext und mit Gewindebohrungen versehen; der Eisenkern dient somit zusätzlich als Masse und Kühlkörper.
Die Bodenplatte des Führerstands wurde entfernt und durch den Mikrocontroller ESP32 ersetzt. Da der Mikrocontroller jedoch etwas zu groß war, wurde dieser kurzer Hand durch das Entfernen der Blootooth und WIFI Antennen auf die passende Größe gedremelt ;).
Herausforderung stabile Spannungsversorgung
Die größte Herausforderung war eine einigermaßen stabile Spannungsversorgung herzustellen. Dazu musste wie oben bereits erwähnt im ersten Schritt der Trafo umgebaut werden. Da die Lok jedoch während der Fahrt immer wieder mit kurzen Spannungsausfällen durch Weichen etc. konfrontiert ist, wurde noch ein Supercap verbaut, um diese kurzen Spannungsausfälle überbrücken zu können.
Über einen Spannungsteiler wird die aktuell anliegende Spannung gemessen und im Mikrokontroller in eine Geschwindigkeit umgerechnet, um dann in weiterer Folge den Sound zu erzeugen und den Motor anzusteuern. Der im ESP32 verbaute ADC lieferte initial relativ stark schwankende Werte, welche über einen kleinen Kondensator direkt am ADC-Eingang geglättet werden konnten. Nach dem Einbau des Dampfgenerators war jedoch leider wieder Schluss mit einer stabilen Spannungsmessung, da die vom Trafo gelieferte Spannung abhängig vom Stromverbrauch sehr stark schwankt (16-24V) – insbesondere auch durch die PWM Ansteuerung von Motor und Dampfgenerator. Dieses Problem wurde schlussendlich softwareseitig über Multisampling und einem Trägheitsmodul gelöst.
Features
- Licht, Sound und Dampf auch im Stillstand
- Start-Sound: Kohle schaufeln und Kessel anheizen
- Unterschiedliche Sounds für langsame und schnelle Fahrt
- Anpassung der Soundgeschwindigkeit an die Lokgeschwindigkeit
- Lok-Pfiff bei hoher Geschwindigkeit
- Bremsquietschen
- Stop-Sound
- Dampferzeugung abhängig von der Geschwindigkeit