Het dagboek (2014)

Ofwel: testen, ontstoren en sakkeren ...

Geen enkel project verloopt vlekkeloos: hier is mijn "dagboek" van mislukkingen, opnieuw proberen, ... Kortom: de tegenslagen en hoe ik er mee omging.
Dit is en blijft een wezenlijk onderdeel van de bouw van "Marche-en-Bières", een deel dat ik de lezer van deze website niet wil ontzeggen. Wie weet is het ook leerrijk voor U: al is het maar als troost voor de problemen die je zelf ontmoet tijdens de bouw van je eigen project:

januari '14: Een héél gelukkig 2014 aan alle modelbouwers die dit lezen!
Wat dit jaar voor Marche-en-Bières in petto heeft: Dat er terug treintjes rijden op de baan, en dat ik kan voortbouwen op de vernieuwde besturingselektronica. Als het wat mee zit zou er deze maand al terug treinverkeer moeten zijn, ook al is dat "maar" allemaal netjes op een rij met een bloksysteem, en dus zoals het was toen ik een half jaartje geleden besloot om de zaken grondig aan te pakken.
De voorlaatste stap om dit voor mekaar te krijgen is eind vorig jaar gestart: De nieuwe PWM-rijregelaars in de praktijk uittesten - nu ja, met een proefopstelling op de werktafel. Een eerste hardwareprobleem is al verholpen (de +16v-eindtrappen vanuit +5v aansturen) en begin januari zijn het nog vooral softwareproblemen. Het locje op de rollenbank reed wel, maar hortend en stotend, wat uiteraard niet de bedoeling is. Op de scoop merkte ik dat het PWM-signaal soms "doorschoot", maar ook soms volledig weg viel. De software was ik enkele maanden geleden beginnen schrijven, maar onderbroken, en zo merkte ik dat een goed gedocumenteerde broncode toch enorm belangrijk is. Hoe had ik alles ook weer geschreven en bedoeld ... ? Zelfs eind januari had ik nog steeds geen oplossing voor het gstoorde PWM-signaal. Ik had al vele denkpistes uitgeprobeerd, maar geen enkele gaf een goede oplossing.
Dat onderbroken schrijven had alles te maken met de "toplaag" van het systeem, de "centrale" als het ware. Die is in de laatste fase van opbouw: Nu kunnen de "denkers" toegevoegd worden. De eerste "denker" zal het bloksysteem voor zijn rekening nemen, een volgende de wisselstraten. De software voor deze denkers moet begin januari nog quasi volledig geschreven worden, ze bestaat nog enkel uit een gemeenschappelijke basisfunctionaliteit. Dat uitschrijven zal vooral - naar goede gewoonte - op de trein gebeuren. Een eerste grote hindernis voor die "denkers" is het werken met gegevenstabellen voor de aansluiting van de verschillende baanvakken, wissels, detecties, ... Een herschikking van de bestaande bedrading en nummering zal in elk geval nodig zijn.
Een tweede probleem dat ik deze maand moest verhelpen is de circulatie in mijn nieuwe etstoestel: De as van de pomp in de warme etstank heeft het al (teveel) keren begeven: Torsie op styreen bij 50° is geen goede combinatie, en daarom wil ik een nieuw soort pomp maken. De eerste schets is vorige maand gemaakt, na wat experimenten voor de haalbaarheid kwam ik uiteindelijk op een derde versie. Die is half januari klaar, zodat ik eind januari uit resin gegoten pompsystemen kan maken.

februari '14: De nieuwe etspomp is intussen in gebruik genomen, en doet het voorlopig voortreffelijk. Geen enkel gespat meer (de vorige aandrijving - met een as van bovenuit - veroorzaakte op het vloeistofoppervlak ook nog wat spetters). Verder is de pomp vrijwel geruisloos en behoorlijk efficiënt. Om de pomp goed mee te laten nemen door de externe magneet heb ik met wat weerstanden, een dikke elco van 10.000µF en een meerstandenschakelaar een op- en uitlopende en regelbare voeding gemaakt. Begin februari heeft de pomp in elk geval al enkele uurtjes probleemloos gedraaid, dus alles lijkt wel goed te zijn.
Dat etsen was nodig voor een aantal elektronische printplaatjes. Enkele nieuwe ontwerpjes voor varianten op mijn bestaande systeem, zoals bezetmelders die galvansich gescheiden stroom kunnen detecteren, veredelde schuifregisters om een serieel signaal om te zetten naar redelijk wat input en outputsignalen, ...
Dit hoort allemaal bij wat elektronica die ik voor een bevriend modelbouwer maak, maar later ook voor mezelf zal nodig hebben. Snelheidsregelaars die ook "achteruit" kunnen genereren horen daar bij. Zodra ik eindelijk de storing in mijn eigen "gewone" PWM-snelheidsregelaars heb verholpen zal ik deze nieuwe ook kunnen gebruiken voor mijn nog te bouwen tram-pendelbaantje, de rangeerheuvel, vitrinekast-aansluiting, misschien zelfs wat automatisering in het depot, ...
Eind februari heb ik zo 11 printplaatjes gebouwd en getest, 12 nog te testen, en de ontwerpen zijn klaar voor de volgende 7+14+1+2+6=30 printjes

maart '14: Het aantal gebouwde en geteste printjes blijft toenemen. Zo heb ik nu werkende eindtrappen voor de snelheidsregelaars: krachtige H-bruggen om via een PWM-signaal zowel vooruit als achteruit te rijden. De eerste bleken niet voldoende kortsluitbeveiligd, een nieuwe versie met een L298 en wat extra elektronica kan het wel. Bovendien kan dit printje een kortsluiting signaleren aan de centrale. Eind maart heb ik zo 38 eindtrappen gemaakt, allemaal voor het project van een vriend, maar het ontwerp is zoals gezegd ook prima bruikbaar voor mijn project.
De snelheidsregelaar zelf is helaas nog niet probleemloos: hij blijft gestoorde PWM-signalen maken. Ik heb intussen al vele mogelijke oorzaken getest en uitgesloten, maar toch blijft hij halststarrig en vaak pulsen vergroten - of zelfs helemaal wegvallen. Het houdt me tegen om verder te gaan met de implementatie van het systeem in mijn eigen treinbaan. Het is nu al héél lang geleden dat er nog treinen hebben gereden op MeB. De kleinkinderen en hun grootouders (mijn vrouw en ik dus) worden ongeduldig.
Op 9 maart hebben Michiel en Margaux er nog een zusje bijgekregen. Anouk is een wolk van een baby en maakt het gezinnetje van mijn dochter compleet, en mij als grootvader erg fier.

april '14: Eigenlijk was ik er vorige maand al mee begonnen, maar nu volop mee bezig: een nieuw "universeel" besturingskastje. Mijn vorige versie van het kastje-met-LCD was weliswaar niet zo slecht, maar niet robuust genoeg. Daarbij kwam dat een nieuw bakje voor het project van mijn modelspoor-vriend nog wat andere zaken moet kunnen (zoals: zijn baantje er mee besturen).
Het leek me daarom interessant om ook voor mij een nieuw ontwerp te maken, waarmee ik ook méér kan doen dan alleen printplaatjes ter plaatse afregelen, en wat meer gebruiksgemak heb. Het eerdere grote LCD-scherm (4x20 tekens) blijft, net als vier knopjes waarvan de functie op het scherm bepaald wordt. Daaronder komen echter 4 knopjes met verklikkerleds, die de "modus" van het toestel bepalen. Rechtsonder een noodknop, maar vooral twee "rotary encoders" moeten helpen om sneller iets af te regelen of een andere functie te selecteren. Dit in combinatie met een krachtigere microcontroller moet er voor zorgen dat het kastje nu en in de toekomst voor vele doelen te gebruiken valt.

mei '14: Na een vakantie in Italië - nauwelijks spoorse foto's deze keer - ben ik terug aan de slag gegaan met de elektronica. Een ontwerpje van eind april wordt nu in praktijk gezet: Een "nogal universele" led-regelaar, bedoelt voor verlichting in en rond gebouwen. Je kan er tot 64 leds mee sturen: individuele lichtsterkte, de manier waarop ze aan- en uitgaan (zoals een TL, of een kaars, of "gewoon", ... ) en je kan er patronen mee maken: Iemand die doorheen een gebouw wandelt en telkens het licht aan- en uit doet, een huis waar de mensen gaan slapen of opstaan, ... en die maximaal 31 "scenario's" zijn extern aan te sturen met een 5-bits ingang. Het kastje kan ook (fout-)meldingen geven aan andere elektronica. Heel wat functies zijn "ter plaatse" af te regelen, uiteraard met het eerder gemaakte LCD-kastje.
Na behoorlijk wat vallen en opstaan werkt de elektronica. Het prototype had maar liefst 5 ontwerpfouten, waardoor alles eerst in kortsluitng zat, daarna "gewoon" niet werkte, ... Een printje met 64 leds helpt me om de verdere programmering te testen. Begin mei moet ik deze sturing nog leren babbelen met het LCD-kastje, dus ook daarbij zou ik nog hardware-problemen kunnen ontdekken...
Eind mei is de ledsturing zo goed als klaar. Het LCD-kastje was intussen in panne gevallen en had een grondige herstelling nodig. Eind mei ben ik opnieuw begonnen met een 4-voudige servosturing, geënt op een eerder ontwerp. Nu met sense-ingangen, en uiteraard moet het kunnen communiceren met het nieuwe LCD-kastje ...

juni '14: De servosturingen krijgen voorrang, snelheidsregelaars komen daarna. Dat wordt een oud zeer om die goed aan de praat te krijgen. Bij het vorige printje en programma zaten er bugs in, waardoor de stroom naar de locs bokkensprongen maakte. De snelheidsregelaars die ik nu ga maken zouden dat niet mogen doen, en moeten uiteraard kunnen babbelen met het nieuwe LCD-kastje. Hun laatste vereiste: ppm sturen in twee rijrichtingen ...
Begin juni worden de ledsturingen afgewerkt en in kleine serie gemaakt. Daar horen ook printplaatjes bij die de stroom verdelen en tot in de gebouwen brengen. De groepsfoto rechtsboven toont het assortiment. Er zijn printplaatjes die direct in de led-matrix-regelaars pluggen (en kunnen doorlussen), en printjes die aan de andere kant van een stukje lintkabel de stroom verdelen naar individuele leds. Een 64-leds-matrix is dan weer handig om het programma in de centrale chip te testen...
Half juni een forse tegenslag: een moment van onoplettendheid, en op de trein naar huis heeft iemand mijn laptopje gestolen. Ik had vrij snel een "nieuw" dergelijk toestel, maar dan volgde nog het moeizame proces van herinstalleren van OS en alle software. Gegevens ben ik gelukkig nauwelijks kwijt - maar wel veel tijd verloren. In combinatie met véél werkdagen in de tweede helft van de maand wil dat zeggen dat er weinig vooruitgang is in juni.

juli '14: Ook begin juli was mijn nieuwe laptopje nog niet volledig operationeel. Dat komt deels omdat ik er op aanraden van een kenner een snellere harde schijf in gezet heb, en dus alles moest her-installeren. Dat laatste is deels tijdens een korte vakantie in Frankrijk gebeurd, waar ik trouwens een erg sympathiek museumlijntje tegenkwam. Meer foto's zie je hier.
Qua elektronica ben ik met teveel dingen tegelijk bezig: In de led-matrix-software zitten nog steeds bugs, een testprint voor servo's met sense-ingang zit nog te wachten op af te werken software, een sturing voor RGB-lichtstrips (met wat extra's) ligt intussen ook klaar met software die nog moet geschreven worden, ...
... en op de werktafels op de (hete) zolder stapelde de hoeveelheid rest-onderdelen, documentatie, gereedschap, hulpmiddeltjes, printplaatjes, ... zich op. Elders op zolder een hoop karton van geleverde bestellingen, mijn oude PC en printer die wachtten op het redden van nuttige onderdelen, ... Wat opruimen was méér dan nodig, en dat heb ik in een lang weekend voor elkaar gekregen. Nu kan ik terug een beetje bewegen zonder dat ik Pisa-torens van "gerief" omver stoot of mezelf kwets. Op zoek naar een CD met software die nog niet geïnstalleerd was op mijn nieuwe laptopje heb ik zo ook enkele papierbergen drastisch verkleind.
Eind juli is de software voor de RGBWX zo goed als klaar: Voor 5 kanalen (rood,groen, blauw, wit, en nog een vrij kanaal) kunnen er 25 beelden (lichtcombinaties) gekozen worden. Die combinaties kunnen in 15 scenario's met elk tot 12 stappen geprogrammeerd worden, waarbij de overgangstijd tussen de beelden kan variëren van 0.1 seconde tot 40 minuten. Een centrale stuurprint kan een bijna eindeloos aantal 5-kanaals eindtrap-printjes aansturen, elk goed voor 3 ampère per kanaal.

augustus '14: De ledstrip-regelaar is intussen klaar en regelt netjes tussen verschillende vooraf in te stellen "tinten". Om de mogelijkheid voor bijvoorbeeld een nachtelijk onweer (bliksem) toe te voegen is de in te stellen basissnelheid wat verminderd naar 0.03 seconden. Zie dit kleine test-filmpje. De maximale tijdsduur van een volledige dag/nacht overgang blijft hierbij nog behoorlijk lang.
Wat de rest van de elektronica betreft: Ik heb een SD-kaartlezertje gekocht, die met een microcontroller kan "babbelen". Die is bedoeld om grotere hoeveelheden data (conversietabellen en zo) gemakkelijk van de PC naar de chip over te dragen. Nog te bestuderen, en mogelijk nog niet voor de onmiddellijke praktijjk maar voor "na oktober".
... Maar ik ben vooral begonnen met het (zoveelste) prototype voor een servo-regelaar. Ditmaal is hij behoorlijk full-option: Zowat alles is "ter plaatse" af te regelen, en intern doet hij metingen of de servostand nog klopt. Verder kan hij uitgebreid communiceren met "hoger" geplaatste microcontrollers, heeft hij een interne foutdetectie, ...
Tenslotte is er nog wat etswerk in schaal N dat ik doe om een goede vriend te helpen. Op de foto zie je zo lantaarnkapjes in 0.1mm nieuwzilver. In datzelfde materiaal wou ik voor hem ook enkele rolbarelen maken, en eind augustus waren die klaar om te verven. Functioneel, getuige dit filmpje ...

september '14: Begin september, na wat kleine tegenslagen, waren de kleine rolbareel-setjes klaar om op een N-baantje geplaatst te worden. Nu kan ik me volop concentreren op het zo goed mogelijk afwerken van enkele elektronische projecten, de full-option servosturing voorop. Daar had ik in het begin vooral problemen om het printje te laten communiceren met een controlekastje, wat uiteraard het testen van de software serieus bemoeilijkte. Het is de bedoeling dat die sturing - en een variant erop, waarbij eke servo een relais aanstuurt - deze maand in elk geval klaar geraakt, want er zijn nog enkele dingen waarvoor een deadline nadert ...
Die deadline gaat over half oktober, en de Grote Modelspoorexpo - die deze keer niet in Mechelen, maar in Leuven doorgaat. Wat er - voor het project van een goede vriend - oorspronkelijk aan elektronica geplant was zal niet lukken, dus zijn er wat last-minute "dit kan nog nét" projectjes. De voornaamste is een scenario-printje, dat met een eenvooudige microcontroller tot 16 uitgangen kan aansturen volgens een programma. De gegevens zijn in een Excel-bestand in te vullen, de data wordt gekopieerd naar de programmeeromgeving van de microcontroller (Bascom AVR) en zo in de chip vastgelegd. Een ander - eenvoudiger - printje stuurt 4 relais aan via logisch niveau's. Dit zal gebruikt worden om blokken om te schakelen (rijrichting en -regelaars)

oktober '14: Het begin van de maand is vooral een eindspurt naar de expo in Leuven. Helaas zijn er ook op het werk wat prioriteiten, dus het is echt heksen om zoveel mogelijk te doen. Extra printjes, nog gauw een programmaatje herschrijven en testen, ...
Eén van die extraatjes is een klein printje, dat vanuit logische inputs pulsen geeft voor een klassieke wisselaandrijving met magneetspoelen. 5 ingangen worden omgezet naar 5 paar (dus 10) uitgangen, waar er een puls verschijnt zodra de overeenkomstige logische ingang van niveau verandert. Die kan dan via een weerstand en een darlington-transistor de juiste spoel bekrachtigen, en het wissel omzetten. Die darlingtons bleken in de praktijk toch niet goed genoeg (nogal kloeke spoelen die moesten omgezet woden) en daarom wat extra-extra printjes met mosfets gemaakt. Die deden (uiteindelijk) wél wat ze moesten doen: krachtig schakelen - én zelf heel blijven.
Een tweede printje dat nu echt in de praktijk zal werken, is de RGBWX: een 5-kanaals Ledstrip-lichtsturing voor de omgevingsverlichting van een modelbaan. RGB is duidelijk, W dan ook, en X is voor een extra kanaal (bijvoorbeeld Led-spots, of een extra koelwitte lichtstrip, of ...). In de basisprint kan je 25 lichtbeelden (combinaties van intensiteiten) opslaan, en die via 16 scenario's van elk tot 12 stappen met overvloeiing/vertraging tonen. Die scenario's zijn met logica te triggeren, maar kunnen ook mekaar oproepen. Eén groot scenario met 12x16=192 stappen is dus ook mogelijk. Vanuit de basisprint kunnen nog vrijwel eindeloos boosters aangesloten worden, zodat een zeer groot vermogen aan 12V-verlichting kan geregeld worden. Voor dat grote vermogen - en om alles goed te kunnen testen - heb ik eind vorige maand een afgedankte 400W-computervoeding een beetje aangepast: Ik beschik nu over een gestabiliseerde voeding die zowel voor 3.3, 5 als 12 Volt telkens minstens 20 ampère kan leveren.
Rond de maandwissel had ik echter een probleempje met mijn laptopje, dat ik vooral onderweg van en naar het werk gebruik. Alle software opnieuw installeren was helaas de enige oplossing, en daardoor heb ik uiteraard best wat tijd verloren. Computers: prima gerief, zolang alles vlekkeloos werkt ...
De dagen vlak voor het weekend van de modelspoorexpo waren nog bijzonder (in-)spannend om alles rond te krijgen, maar het loonde zeker de moeite. Zelf rekende ik (na de andere baantjes te hebben gezien) op een podiumplaats, en hoopte stilletjes ... maar het was toch een heel aangename verrassing toen we hoorden dat het minibaantje niet alleen de publieksprijs kreeg, maar ook door de vakjury als beste miibaantje was verkozen. Een dikke proficiat voor Jean, en ik ben blij dat ik hem heb kunnen helpen.
De laatste 10 dagen van de maand worden vooral gevuld met het opstellen van een nieuw todo-lijstje. Het opruimen van de zolder prijkt bovenaan, want die oogt als een slagveld. In de loop van de laatste maanden is de puinhoop van verdwaalde en halve projecten alleen maar groter geworden. Ook voor de kleinkinderen wordt het hoog tijd dat er eindelijk terug wat treintjes rijden in Marche-en-Bières. Benieuwd of ik dat dit jaar nog voor elkaar krijg ...

november '14: Eind vorige maand, na intensief opruim- en wat schoonmaakwerk, reden er al terug treintjes op de baan. Weliswaar slechts twee (poets)treinen op de eenvoudigste dubbelsporige hoofdlijn, zonder wisselaansturingen, maar toch ...
Een tweede belangrijk item op de to-do lijst was de elektronica voor MeB, de noodstopschakeling voorop. Hiervoor heb ik een vernieuwd concept ontwikkeld, dat samenwerkt met een PC-voeding. Zoals ik er vorige maand eentje in gebruik had genomen voor de testomgeving, heb ik er nu een tweede voorbereid om te gebruiken als vervanging van een deel van de elektriciteitscentrale van MeB. Met 250W heeft die wat minder vermogen, maar toch genoeg. Hij "communiceert" met de half november gebouwde noodstopschakeling: Maakt gebruik van de stand-by-spanning, schakelt de power in, en checkt het "power good" signaal van de voeding om bij stroomuitval aan de elektronica van de baan een signaal te geven om nog-even-snel de settings te onthouden.
Verder stuurt de noodstopschakeling andere stromen in of uit, genereert hij een instelbaar gemeenschappelijk kloksignaal voor de snelheidsregelaars, en is hij op afstand via knopjes en verklikkerleds te besturen. Hij doorloopt zo, in samenwerking met de nog te bouwen centrale, twee belangrijke procedures: De baan uitschakelen (treinen een noodremming laten doen, en eventueel na een tijdje de stroom volledig uitschakelen) - en de baan inschakelen (selectief stromen inschakelen, treinen indien nodig naar een veilige plek rijden, wissels activeren en juist zetten, de baan "normaal" in bedrijf zetten)
In de tweede helft van de maand komen vooral de snelheidsregelaars in het vizier. Die dienen te luisteren naar het gemeenschappelijk kloksignaal en naar het noodremming-signaal van het pas gebouwde printje. Verder genereren ze een PWM-signaal dat elders versterkt wordt tot een rijspanning voor de treinen, en geeft hij aan de centrale door dat alle treinen die het printje aanstuurt stil staan (hoort bij de noodprocedures).
Het worden twee soorten regelaars: eerst voor éénrichting-verkeer (voor het op de hoofdbaan rondlopend spoor/bloksysteem) en daarna een versie voor tweerichtigsverkeer (voor de stationsporen, rangeergedeelte, ...) Ik was met de eerste een jaartje geleden al bezig, maar zat met stevige bugs in het programma, en eigenlijk ook wat nadelen in de opbouw van de print zelf. Dat wordt dus een nieuw concept, met misschien nog extra mogelijkheden...
Een ander elektronicaproject gaat opnieuw over de servo's. De laatste versie - waarbij de servostand gemeten wordt via een extra draadje - is welsiwaar niet slecht, maar ik denk dat ik voor mijn eenvoudige servootjes nog een betere regelaar kan maken: alle elektronica uit de servo, en de microcontroller neemt het over: PWM-sturing van de motor, de stand nauwkeuriger meten, ... lijkt immers mogelijk. Nadat ik voor net geen Euro een erg interessant IC'tje bij Farnell vond (H-brug-PWM-regelaar via I2C), heb ik half november een ontwerp voor een prototype gemaakt

december '14: Het ontwerp van de "ultieme servosturing" bleek zowel in november als begin december een processie van Echternach. Het IC'tje dat ik vorige maand noemde bleek niet geschikt om bij lage spanningen (5V) genoeg power te geven. Een volgend IC (mosfet-paar MCP1416) leek veelbelovend, maar was het ook niet om dezelfde reden. Bovendien was het op het werk bijzonder druk (deadlines omwille van een nieuwe softwarepakket) én had mijn laptopje-voor-onderweg definitief de geest gegeven.
Half december had ik eindelijk de goede krachtbron om de motortjes in de servo via PWM mooi traag en voldoende krachtig te doen bewegen: zelf met twee paar mosfets (IRLML2244 en IRLML6244) een H-brug gemaakt. Met een eenvoudig prototype kon ik de arm van een (goedkoop) servootje tussen de uiterste standen laten "kruipen": een volle minuut voor 180° ! Prima dus, maar bij het eerste "echte" printplaatje bleek dat het niet simpel was om 4 mosfetjes op weinig ruimte te solderen (getuige de foto) - waarschijnlijk een valse verbinding, met als resultaat een lichtgevende mosfet en verschroeide koperbaantjes.
Verder werkend met de andere 3 H-bruggen, en dank zij een nieuw laptiopje én wat vrije dagen eind december, kon ik toch de software verder schrijven om zo tot een volledig werkend model te komen. De servo-arm zeer precies positioneren (afwijking van 1 op 1000) bleek al snel mogelijk. Na-veren was ook een optie die in eerdere versies mogelijk was, en het kon ook: zie dit filmpje. Enkele dagen later was de software volledig klaar, en werkte alles precies zoals ik het wou.
De laatste 10 dagen van het jaar werden gevuld 6 werkdagen, wat opruim- en poetswerk op zolder, en met het herbekijken van het eerdere servo-ontwerp - die simpele versie is immers best bruikbaar voor niet-kritische servosturingen.

Zie ook: dagboek 2013 - foto's 2014 - dagboek 2015