IR-Sensormodule für Digitalbahnen einbauen und anschließen

Diese Anleitung führt vom Bohren der Schiene bis zum ersten Test in der Diagnose. Die IR-Sensormodule erfassen den IR-Sender der Carrera-Digitalfahrzeuge; eine Brücke über der Bahn ist nicht nötig.

Voraussetzungen

• Digitale Rennbahn und IR-Sensormodule
• In Betrieb genommene Steuerzentrale: Arduino Due oder USB-SmartModul
• Bohrer 3–3,5 mm, Isolierband, Heißkleber, Lötkolben
• Abgeschirmtes Kabel

Vorher kurz planen

Lege fest, wie viele Sensoren du wo brauchst (Start/Ziel je Spur, Boxengasse, Zwischenzeiten). Daraus ergeben sich Kabelwege, belegte Eingänge und ob ab 5 Sensoren ein externes Netzteil nötig ist. Siehe Was brauche ich?

1. Einbauort festlegen

Die Position muss zur Lage der IR-Diode im Fahrzeug passen. Als Richtwerte für Carrera-Schienen gelten:

• Digital 132: 11,5 mm von der ersten Slotkante bis zur Sensorbohrung
• Digital 143: 8,3 mm von der ersten Slotkante bis zur Sensorbohrung
• Bohrungsdurchmesser: 3–3,5 mm

Maß an einer Carrera-Weiche abnehmen

Sicherheitshalber den Abstand an der IR-Diode einer Carrera-Weiche nachmessen und als Vergleich verwenden.

• Die Fahrzeuge haben ihre IR-Diode von oben gesehen links vom Slot. Die Bohrung muss also, in Fahrtrichtung gesehen, links vom Slot liegen.
• Genau arbeiten: Eine ungenaue Bohrung verschlechtert die Erkennung.
• Mindestens 33 mm Abstand zu den Schienenenden links und rechts lassen, sonst rastet die nächste Schiene nicht mehr vollständig ein.
• Vor dem Bohren prüfen, ob unter der Schiene genug Platz für die Platine ist.

Boxengasse (PitStop-Lane)

IR-Sensormodule erkennen ein Fahrzeug nur zuverlässig, wenn es gerade über den Sensor fährt und nicht driftet.

• Für das Speedlimit in der Boxengasse eine lange Boxengasse aus mehreren Standardgeraden einplanen. Je nach Einfahrtsgeschwindigkeit braucht ein Fahrzeug etwa eine Gerade, bis es auf die begrenzte Geschwindigkeit abgebremst hat.
• Zwischen dem Sensor an der Einfahrt und dem Sensor an der Ausfahrt etwa zwei Schienenlängen Abstand lassen.

2. Sensor montieren

1. Die Bohrungen von der Oberseite mit Isolierband abkleben. So kann die Fotodiode nicht über die Schienenoberfläche hinausragen.
2. Falls der Kondensator C1 zu hoch steht, ihn vorsichtig seitlich wegbiegen.
3. Die Fotodiode von unten in die Bohrung stecken und die Platine nach unten drücken, bis die Fotodiode das Isolierband leicht berührt.
4. Die Platine mit nur 1–2 kleinen Punkten Heißkleber fixieren.
5. Nach dem Aushärten das Isolierband entfernen und mit dem Finger über die Bohrung fahren: Die Fotodiode darf nicht oder nur ganz leicht spürbar sein. Ragt sie heraus, die Platine etwas anheben und warten, bis der Heißkleber fest ist.

Die Platine vorerst nur so fixiert lassen. Endgültig befestigt wird sie erst, wenn die Zeitmessung funktioniert.

3. Kabel anlöten und verlegen

Ein IR-Sensormodul braucht drei Leitungen: +5 V, GND und Signal. Auf der Platine befinden sich fünf Lötaugen; die Beschriftung steht auf der Platine:

Lötaugen	Anschluss	Kabelfarbe im Beispiel
2	GND	Braun
2	+5 V	Weiß
1	Signal	Gelb bzw. Grün

• Die Kabel direkt auf die Lötaugen löten; sie müssen nicht durch die Löcher gesteckt werden.
• Über die doppelten GND- und +5-V-Lötaugen kann die Versorgung zu einem zweiten Modul weitergeführt werden. Das ist möglich, aber nicht nötig.
• Jedes Modul braucht eine eigene Signalleitung zur Steuerzentrale.

Das richtige Kabel

• Immer ein abgeschirmtes Kabel verwenden. Für einen störungsfreien Betrieb den Schirm einseitig auf GND legen.
• Kein Druckerkabel und keine Kabel mit mehr als 4 Adern verwenden.
• Mit einem 4-adrigen Kabel lassen sich 2 Module anschließen: GND, +5 V und 2 Signalleitungen.

Die Kabel unter der Bahn zur Steuerzentrale führen und gegen Zug sichern.

4. An die Steuerzentrale anschließen

Vor dem Anschließen die Steuerzentrale ausschalten bzw. vom USB trennen. Wähle deine Steuerzentrale:

Arduino DueUSB-SmartModul

Sensoranschluss am Arduino Due mit SuperShield (Firmware 32E/15A)

Leitung vom Sensor	Klemme am SuperShield
+5 V und GND	Klemmenreihe OUT +/- (abwechselnd GND und +5 V, von links beginnend mit GND)
Signal	ein eigener Eingang je Sensor, beginnend mit Eingang 1

Versorgung der Sensoren (IR-Sensormodule und Gabellichtschranken zusammengezählt):

• Bis 4 Sensoren, ohne Relaismodul und ohne Startampel: Drahtbrücke zwischen 5V Arduino und +5V Extern am SuperShield.
• Ab 5 Sensoren, mit Relaismodul oder mit Startampel: externes 5-V-Netzteil (2 A) am SuperShield: Plus an +5V Extern, GND an GND. Das Netzteil versorgt dann über das SuperShield auch die Klemmen OUT +/-.
• Brücke und Netzteil nie gleichzeitig anschließen und die Versorgung nicht verpolen.

Eingänge (Firmware 32E/15A)

Cockpit-Eingang	Due-Pin	Cockpit-Eingang	Due-Pin
1	D3	17	D41
2	D9	18	D51
3	D8	19	D50
4	D7	20	D49
5	D6	21	D48
6	D5	22	D47
7	D4	23	D46
8	D10	24	D45
9	D33	25	D44
10	D34	26	D17
11	D35	27	D16
12	D36	28	D23
13	D37	29	D24
14	D38	30	D31
15	D39	31	D42
16	D40	32	D43

1. GND und +5 V jedes Sensors an die Klemmenreihe OUT +/- anschließen.
2. Die Signalleitung jedes Sensors an einen eigenen Eingang anschließen, beginnend mit Eingang 1.
3. Versorgung je nach Anzahl der IR-Sensormodule wählen: Brücke oder externes Netzteil am SuperShield.
4. Notieren, welcher Sensor an welchem Eingang hängt. Das brauchst du beim Konfigurieren der Zeitmessung.

Die Skizze zeigt die Klemmenreihen OUT +5V und OUT GND. Sie führen dieselbe Versorgung wie OUT +/-. Beim ausgelieferten SuperShield ist nur die Klemmenreihe OUT +/- bestückt.

Die Klemmenreihe OUT +/- und alle weiteren Klemmen sind unter SuperShield – Anschlüsse und Versorgung erklärt. Alle Ein- und Ausgänge: Arduino Due – Pinbelegung.

Sensoranschluss am USB-SmartModul (25-poliger SUB-D-Stecker)

Leitung vom Sensor	Pin am Stecker
+5 V	17
GND	24 oder 25
Signal	ein eigener Eingang je Sensor, beginnend mit E1

Eingang	E1	E2	E3	E4	E5	E6	E7	E8	E9	E10	E11	E12
Pin	15	13	12	10	11	1	14	16	6	7	8	9

Versorgung der Sensoren (IR-Sensormodule und Gabellichtschranken zusammengezählt):

• Bis 4 Sensoren: +5 V von Pin 17.
• Ab 5 Sensoren: +5 V von einem externen 5-V-Netzteil (2 A). GND des Netzteils zusätzlich mit GND des USB-SmartModuls (Pin 24 oder 25) verbinden.
• Achtung: +5 V des Netzteils niemals zusätzlich mit Pin 17 verbinden. Pin 17 kommt vom USB-Anschluss des PCs; das Netzteil würde sonst in den PC zurückspeisen.

Ein D-LOCK-Adapter führt die Steckerpins auf Schraubklemmen heraus.

1. Von jedem Sensor +5 V an Pin 17 und GND an Pin 24 oder 25 anschließen.
2. Die Signalleitung jedes Sensors an einen eigenen Eingang anschließen, beginnend mit E1.
3. Ab 5 Sensoren die +5 V über ein externes Netzteil führen und dessen GND mit GND des USB-SmartModuls verbinden.
4. Notieren, welcher Sensor an welchem Eingang hängt. Das brauchst du beim Konfigurieren der Zeitmessung.

Alle Pins und Grenzwerte: USB-SmartModul – Pinbelegung.

5. In der Diagnose testen

Arduino DueUSB-SmartModul

In Cockpit-XP ConfigCenter → Diagnose → Diagnose Arduino öffnen.

In Cockpit-XP ConfigCenter → Diagnose → Diagnose Cockpit USB-Geräte öffnen.

1. Alle Eingänge mit angeschlossenem IR-Sensormodul müssen AUS anzeigen. Wenn nicht: Verkabelung und Versorgung nochmals prüfen.
2. Diagnose IR-Sensoren einschalten aktivieren. Neben jedem Eingang erscheint ein Zähler (0–255), der die empfangenen IR-Impulse zählt.
3. Eine IR-Fernbedienung (zum Beispiel vom Fernseher) möglichst nah direkt auf die Fotodiode in der Schiene richten und eine Taste drücken. Der Zähler dieses Sensors muss hochzählen.
4. Das für jeden Sensor wiederholen.

Weiter

Wenn jeder Sensor in der Diagnose richtig reagiert, ordnest du die Sensoren in der Rennbahn zu. Dort steht auch die Fehlersuche, falls keine Runde gezählt wird, und als letzter Schritt das endgültige Befestigen der Sensoren.

Weiter: Digitale Zeitmessung mit Zusatzsensoren konfigurieren

Technische Eigenschaften: IR-Sensoren