<<terug naar de startpagina
Bij digitale treinsystemen staat op de rails een spanning die snel
wisselt tussen +18 volt en -18 volt.
Die spanning dient tegelijk als voeding en als drager van de digitale informatie.
De informatie zit verborgen in het ritme waarin de spanning tussen plus en min
heen en weer schakelt. Dat ritme heet een "protocol" of een "formaat".
De bekendste protocollen zijn:
1. Märklin-Motorola
1a. Märklin-systems mfx
2. Fleischmann FMZ
3. Trix Selectrix
4. Lenz DCC
5. ZIMO
Meten van digitale spanning
Het Märklin Motorola formaat (MM)
Het Motorola formaat is oorspronkelijk ontwikkeld voor industriële toepassingen.
Voor gebruik in modeltreinen is het door Märklin op de markt gebracht in 1985.
Van alle gangbare formaten is dit wel het ingewikkeldste.
Het bestaat uit korte en lange pulsen.
De korte pulsen en pauzes zijn 13 microseconden lang,
de lange pulsen en pauzes 91 microseconden, dus 7 keer zo lang.
Dit zijn de pulstijden voor het sturen van wissels en seinen. Voor het sturen van locomotieven zijn de tijden precies twee keer zo lang, dus 26 en 182 microseconden.
Door het gebruik van deze dubbele timing is het mogelijk de adressen
twee keer te gebruiken. Er is dus een adresreeks die begint bij 1 voor
de locomotieven, en een reeks met andere pulstijden,
maar ook beginnend bij 1, voor de wissels.
In de rusttoestend, als er geen codes worden verzonden ziet het signaal eruit als op het bovenstaande plaatje.
Er zijn korte pulsen (positieve spanning) en lange pauzes (negatieve spanning). Dit is de toestand logisch "0".
Als er een stuurbevel wordt uitgezonden komen er ook andere tekens (bits) aan te pas.
Dit is in het volgende plaatje weergegeven.
Twee korte pulsen, elk gevolgd door een lange pauze, vormen het bit logisch "0"
Twee lange pulsen, elk gevolgd door een korte pauze, vormen het bit logisch "1"
Een lange puls met korte pauze, gevolgd door een korte puls met lange pauze is
het z.g. indifferente bit "X", ook wel logisch "open" genoemd.
In het begin waren dit de drie tekens waar het Motorola formaat mee werkte.
Recent is daar een vierde teken bijgekomen dat het omgekeerde is van de "X", de "Y".
Digitale berichten waarin dit vierde teken wordt gebruikt noemt men het "New Format" van Motorola.
Dit vierde teken wordt in de nieuwere decoders gebruikt om extra functies aan te sturen.
Het Motorola formaat is niet geschikt voor twee-rail systemen omdat het polariteitsgevoelig is.
Als de polariteit van de spanning wordt omgekeerd ontstaat er een geheel andere code die door de decoders niet wordt begrepen.
Dit probleem is overigens in de nieuwste decoders ondervangen.
Deze decoders herkennen dat het signaal verkeerdom staat en keren het zelf weer om.
^^terug naar het begin van de pagina
Het mfx formaat van Märklin systems
Märklin zelf is nog niet erg mededeelzaam over het nieuwe protocol.
In een brochure beweert ESU dat het mfx-protocol een zg. bi-phase formaat heeft.
Maar uit metingen met een oscilloscoop blijkt dat dat niet zo is.
De gemeten spanningsvorm ziet er zo uit:
Er zijn pulsen van twee verschillende lengtes, 100 en 50 microseconden.
Waarschijnlijk is de lange puls de logische 0 en de korte puls de logische 1
(net als bij DCC).
Bij DCC komen de pulsen altijd in paren voor maar bij het MFX formaat is dit principe kennelijk losgelaten.
Het maakt niet uit of een puls positief of negatief is, het is alleen de tijdsduur van de puls die bepaalt wat een 1 en wat een 0 is.
^^terug naar het begin van de pagina
Het FMZ formaat van Fleischmann
Fleischmann introduceerde het FMZ systeem voor gebruik op 2-rail spoorbanen.
Dit formaat ziet er geheel anders uit dan Motorola. Bij FMZ kunnen meerdere positieve pulsen of meerdere negatieve pulsen op elkaar volgen.
Om de afzonderlijke pulsen toch van elkaar te onderscheiden zit er steeds een kort stukje nul volt tussen, de z.g. "Taktpauze".
De pulsen zijn 28 microseconden lang, de taktpauzes 4 microseconden.
Een positieve puls wordt gezien als logisch "1", een negatieve puls is logisch "0".
De bits zijn steeds met 8 stuks gegroepeerd tot een byte.
Om ervoor te zorgen dat de boodschap ook aankomt als de loc wordt omgedraaid wordt elk byte in spiegelbeeld herhaald, d.w.z. dat alle nullen en enen verwisseld worden.
Dit heeft als bijkomend effect dat de gemiddelde gelijkspanning van het signaal nul is.
Daardoor zal een analoge loc op dit signaal niet gaan rijden. Een analoge loc kan nu op hetzelfde spoor onafhankelijk worden geregeld door aan het digitale signaal een gelijkspanning toe te voegen.
Fleischmann heeft er vanaf het begin naar gestreefd om het digitale systeem compatibel te maken met een analoge loc.
^^terug naar het begin van de pagina
Het Selectrix formaat van Trix (SX)
Het dataformaat van Selectrix lijkt op het eerste gezicht erg op het FMZ formaat.
Hier kunnen ook meerdere positieve pulsen of meerdere negatieve pulsen op elkaar volgen.
De pulsen zijn ook hier gescheiden door een "Taktpauze".
De pulsen zijn 40 microseconden lang, de pauzes 10 microseconden.
Bij Selectrix is het probleem van de spanningsomkering heel anders opgelost.
Hier wordt niet gekeken of de spanning positief of negatief is,
maar elke puls wordt vergeleken met de voorgaande. Een puls die dezelfde
polariteit heeft als de vorige is een logische "0", een puls die een andere polariteit heeft
dan de vorige is een logische "1".
Bij Selectrix is het gelijkspanningsaandeel daarom niet noodzakelijk nul.
Er kan een gelijkspanningsrest zijn,
maar dat is geen probleem omdat Trix nooit heeft gestreefd naar het mixen
van digitaal en analoog bedrijf.
Nadere bijzonderheden over het SX protocol zijn te vinden in de NEM 680 en NEM 681 op de site van de Morop,
www.morop.org
^^terug naar het begin van de pagina
Het DCC formaat van Lenz
De elektronica firma Lenz was de eerste fabrikant van een digitaal systeem die
zelf geen modeltreinen maakte. Het formaat van Lenz is oorspronkelijk ontwikkeld
voor Märklin en Arnold om treinen op twee-rail systeem digitaal te besturen.
Het Lenz dataformaat bestaat uit een spanning die tussen +18 volt en -18 volt wisselt
in twee verschillende pulslengten.
Lange pulsen zijn 100 microseconden lang, korte pulsen zijn 58 microseconden.
Een lange positieve en een lange negatieve puls vormen logisch "0".
Een korte positieve en een korte negatieve puls vormen logisch "1".
Hiermee is het probleem van de spanningsomkering eenvoudig opgelost.
De decoder kijkt nl. alleen naar de positieve pulsen. Als het signaal wordt omgepoold blijft de
opeenvolging van korte en lange pulsen, dus de opeenvolging van enen en nullen, gelijk.
Lenz heeft vanaf het begin niet geheimzinnig gedaan over het protocol.
Dit in tegenstelling tot Märklin en Fleischmann, die nog steeds niet willen
vrijgeven hoe hun protocol in elkaar zit.
Daarom, en vanwege de eenvoud van het protocol, heeft de NMRA het Lenz systeem
als standaard digitaal systeem uitgeroepen.
De NMRA heeft er ook de naam DCC aan gegeven.
Dat is eigenlijk een heel algemene benaming,
want het betekent: Digital Command Control, een benaming die
strikt genomen op alle systemen van toepassing is.
Nadere bijzonderheden over het DCC protocol zijn te vinden in de NEM 670 en NEM 671 op de site van de Morop,
www.morop.org
^^terug naar het begin van de pagina
Het ZIMO formaat
Het signaal bij Zimo is geheel afwijkend van dat bij andere digitale systemen.
Op de rails staat een gelijkspanning als voeding, met daarop gesuperponeerd de digitale informatie in de vorm van
korte wisselspanningspulsjes. (plaatje 1) De gelijkspanning is instelbaar tussen 15V en 22V.
De frequentie van de wisselspanning is ongeveer 8,5 kHz en de pulsen hebben 3 verschillende lengtes.
Een puls van 25 perioden is de synchronisatiepuls, die geeft aan dat er een nieuw bericht begint. Het bericht zelf bestaat uit pulsen van 5 perioden
(logisch "0") en van 10 perioden (logisch "1").
Tussen twee synchronisatiepulsen zitten steeds 16 informatiepulsen. (plaatje 2) De eerste 8 zijn de adrespulsen (A0 t/m A7). Met deze 8 pulsen kunnen 255 verschillende adressen worden gevormd.
Na het adres volgen 4 datapulsen voor diverse functies, achtereenvolgens MAN: rangeerstand, Z: extra functie, R: richtingbit en L: licht.
De laatste 4 datapulsen vormen de snelheidsinformatie. Met 4 pulsen kunnen 16 snelheidsstappen worden gemaakt.
Zimo heeft ook een speciale remmodule die voor een stopsectie wordt geschakeld. Als het sein rood staat veroorzaakt deze module korte spanningsonderbrekingen aan het eind van elke synchronisatiepuls. (plaatje 3)
Deze korte onderbrekingen zijn voor elke decoder de opdracht om de trein met de ingestelde vertraging te laten afremmen tot stilstand.
De digitale informatie blijft daarbij behouden zodat bij een stilstaande loc toch alle functies bedienbaar blijven.
^^terug naar het begin van de pagina
Meten van digitale spanning
|
Digitale spanning is geen gelijkspanning, maar het is ook geen gewone wisselspanning.
Daarom is het met een gewone voltmeter niet goed te meten. Op het gelijkspanningsbereik zal de meter bij DCC en bij FMZ nul aanwijzen
omdat daar het aandeel van positieve en negatieve pulsen even groot is.
Bij Märklin/Motorola zal de meter meestal een negatieve spanning aanwijzen omdat over het algemeen het aantal lange negatieve pulsen in de meerderheid is.
Op het wisselspanningsbereik zal de meter een te grote of te kleine waarde aanwijzen, afhankelijk van het gebruikte meetprincipe.
De mooiste manier om de spanning te meten is met een oscilloscoop, maar er zijn niet veel hobbyisten die zo'n instrument in huis hebben.
Het is wel mogelijk om de spanning met een universeelmeter te meten, maar dan moet die eerst gelijkgericht worden.
Hiernaast zijn twee manieren aangegeven, met dubbelzijdige of enkelzijdige gelijkrichting.
Het maakt niet uit of je een analoge of een digitale meter gebruikt.
Bij dubbelzijdige gelijkrichting worden de positieve en de negatieve pulsen tegelijk gemeten. Bij het FMZ en het Selectrix protocol zitten er
spanningsloze pauzes in, daarom moet er een klein afvlakcondensatortje parallel aan de ingang van de meter komen.
De waarde van deze condensator moet ergens tussen 10nF en 1uF liggen.
Bij DCC en Motorola is deze condensator niet nodig.
Door de diodes zal de aanwijzing iets lager zijn dan de werkelijke waarde. Het verlies per diode is ongeveer 0,4V. Daarom moet je er 0,8V bij tellen.
Bij enkelzijdige gelijkrichting kun je de positieve en de negatieve pulsen apart meten door de meetsnoeren om te wisselen.
Bij de enkelzijdige gelijkrichting moet er altijd een condensator bij om de juiste waarde te krijgen. Hier moet je 0,4V bij de afgelezen waarde optellen.
|
^^terug naar het begin van de pagina
<<terug naar de startpagina