|
|
Detectieschakelingen: verschil tussen versiesUit BeneluxSpoor.net - Encyclopedie
Versie van 15 dec 2013 om 18:09
Onder redactie van: BeneluxSpoor.net / Auteur: Fred Eikelboom
Sensoren voor detectie van naderende treinenVoor het detecteren van naderende treinen op onze modelspoorbaan kunnen we gebruikmaken van lichtgevoelige cellen (optosensoren), stroomdetectie, en sensoren die gevoelig zijn voor magnetisme (zoals reedcontacten en Hallsensoren). Hier krijgt u uitleg over het toepassen van een aantal van die sensoren.
OptosensorenAandachtspuntenBij het aansturen van de regel-elektronica voor een overweg dient u rekening te houden met voldoende afstand van de optosensoren tot de overweg. Ook de positie van de sensoren is belangrijk. U moet ook rekening houden met de snelheid van de treinen. Wanneer een optosensor te dicht bij een overweg wordt geplaatst, loopt u het risico, dat op het moment dat een trein passeert, de slagbomen nog niet volledig gesloten zijn. Het is dus zaak om ervoor te zorgen dat de optosensoren zich op dusdanige afstand van de overweg bevinden, dat ook met de trein op topsnelheid, de EBO geheel gesloten is, kort voordat de trein de overweg passeert. Ook wanneer de optosensoren 'de verkeerde kant op kijken' zullen de slagbomen te laat gesloten worden/zijn.
Theorie en praktijk
Wanneer er naast het getekende spoor nog een ander spoor ligt (niet zijnde een parallelspoor), zou het kunnen dat de treinen op dat andere spoor ook door de sensoren gezien worden. Dan moeten we de hoek en de positie van de sensoren zodanig kiezen, dat die andere trein niet 'stoort' op de werking van onze overweg. Willen we echter dat de sensoren beide sporen 'in de gaten houden', dan moeten we er voor zorgdragen dat beide sporen goed door de sensoren gezien worden. Dat vereist soms enig experimenteren met de opstelling. Een overweging zou hierbij kunnen zijn, om de reflectie-optosensoren in de treintafel te verzinken, en deze schuin- of recht naar boven te laten 'kijken'. Het hangt echter van de situatie op uw baan af, welke opstelling het beste is.
Typen optosensorenEr bestaan twee hoofdsoorten: optosensoren die werken d.m.v. reflectie en optosensoren welke 'aangestraald' worden door een LED of Infrarood-LED.
Detectie d.m.v lichtsluis met ICVoor signalering van naderende treinen bij overwegen, kunt u ook zelf een lichtsluis bouwen en de lichtsluis met een S88-bezetmeldprint verbinden. Hierboven werden lichtsluizen toegepast voor het bewaken van een overweg. Een ander voorbeeld van toepassing van een lichtsluis is, het bij meerdere sporen - zoals bijv. parallel lopende sporen in een schaduwstation - samen met het programma 'Koploper' en één lichtsluis, de treinenloop 'in de gaten houden'. Een ideaal IC voor het maken van een lichtsluis is de IS471F, deze is verkrijgbaar met rechte aansluitdraden (IS471FE) of met gebogen aansluitdraden (IS471FS). Het IC maakt gebruik van een gemoduleerd signaal en is daardoor vrijwel ongevoelig voor omgevingslicht. Tevens is het IC voorzien van een interne spanningsregelaar, waardoor een zeer betrouwbare werking gegarandeerd is.
Toepassing van een relaisOm nu veel meer vrijheid te hebben bij het kiezen van een relais, plaatsen we schakeltransistor T1 (zie afbeeldig 04). De basis van transistor T1 verbindt u via een weerstand van minimaal 82 kΩ met pin 2. De emitter van T1 verbindt u met pin 1 (de massa), en op de collector van T1 sluit u een relais aan. De andere zijde van het relais verbindt u met pin 1 (de plus). Zolang nu de stroom door het relais niet hoger wordt dan 95 milliampère, kunt u hier vrijwel elk type relais toepassen. U moet nu alleen nog rekening houden met de spoelspanning van het relais en de hoogte van de voedingsspanning. Wanneer u bijvoorbeeld een 5 volts relais hebt en dit wilt gebruiken bij een 12 volts voedingsspanning, dan moet er in serie met het relais een voorschakelweerstand opgenomen worden. De waarde van de voorschakelweerstand berekent u als volgt: Stel, de relaisspoelspanning is 12 volt, de stroom door het relais is 60 milliampère (0,06 ampère) en de voedingsspanning is 16 volt. Over T1 valt 0,7 volt. We moeten hier een spanningsverschil van (16 - 12) - 0,7 = 3,3 volt wegwerken. Volgens meneer Ohm berekenen we dan de waarde met de formule R = U / I.
De reikwijdteMet de SFH409 is een afstand van ongeveer 30 cm te overbruggen. Met de IR-LED LD274-01 is deze afstand aanmerkelijk groter, daar de LD274-01 een veel smallere lichtbundel afgeeft. Volgens diverse berichten op internet is de maximale afstand tussen de IR-LED LD274-01 en de IS471F een metertje of 11. Of dat ook zo is, heeft de auteur niet uitgegeprobeerd (in de testopstelling werd een afstand van 80 cm moeiteloos overbrugd). Voor het geval dat u met de IR-LED LD274-01 niet voldoende afstand kunt overbruggen, kunt u de IR-LED LD274-03 toepassen. Deze geeft een nog sterkere lichtbundel af. Maar voor de meeste toepassingen in 'modelspoor-land' zal de reikwijdte vast wel voldoen. Mocht dat toch niet zo zijn, dan zijn er speciale voorzetlenzen, zogenaamde collimatorlenzen (zie foto 05), te koop, waarmee de lichtstraal van de IR-LED beter gebundeld kan worden (zie ook hieronder bij 'Meer informatie').
De werking van de schakelingWanneer de lichtstraal tussen de IR-LED (SFH409) en het IC onderbroken wordt, zal het relais aantrekken. Hiermee kunt u een spanning doorgeven (via een relaiscontact) naar bijv. een S88-bezetmeldprint, een motor, of wat u maar wilt. U zou zelfs het relais weg kunnen laten en de collector van de transistor rechtstreeks op een andere schakeling aan kunnen sluiten, maar of dat goed gaat is niet altijd zeker. Daarom past de auteur altijd een relais toe, dan worden de diverse spanningen mooi gescheiden.
Het ICOp één van de brede zijden van het IC bevindt zich een klein 'bobbeltje'. Vlak onder dit 'bobbeltje' bevindt zich het lichtgevoelige gedeelte van het IC. De IS471F stuurt de SFH409 aan met een gemoduleerd signaal. Hierdoor is de schakeling niet- of nauwelijks gevoelig voor sterk omgevingslicht. Dit waarborgt een storingvrije en betrouwbare werking. Het IC werkt binnen een ruim voedingsspanningsbereik; namelijk van 4,5 tot 16 volt. U kunt het IC dus vrij vaak op een bestaande (lees: 'reeds aanwezige') voedingsspanning aansluiten. Mocht u zich afvragen waarom er bij de infrarood-LED geen voorschakelweerstand is toegepast. Die zit al in het IC.
OntstoringC1 en C2 dienen om eventuele stoorpulsen te onderdrukken. Deze stoorpulsen kunnen er voor zorgen dat het IC begint te 'klapperen', of onbetrouwbaar werkt. Deze ontstoorcondensatoren dienen dan ook altijd aanwezig te zijn in de schakeling. Voor C1 kunt u eventueel een 0,47 microfarad / 35 volt tantaal-elco gebruiken. Deze neemt veel minder ruimte in beslag, én ontstoort stukken beter dan een gewone elektrolytische condensator (elco).
OpstellingDe lichtsluis kan op twee manieren opgesteld worden. U kunt de infrarood-LED en het IC gescheiden opstellen, bijv. aan weerszijden van het spoor, voor grotere afstanden (zie afbeelding 06), of voor kleine afstanden de infrarood-LED naast het IC plaatsen en het licht van de infrarood-LED met behulp van een spiegel reflecteren (zie afbeelding 07). In het laatste geval dient het IC aan de zijde waar de infrarood-LED zich bevindt, afgeschermd worden, zodat het IC geen direct licht opvangt van de LED. Het beste kunt u dan een kapje maken van niet-lichtdoorlatend materiaal, dat alleen aan de voorzijde open is, met daarin een tussenschotje.
Detectie m.b.v. bezetmelders
Inplaats van lichtsluizen, kunnen we ook gebruikmaken van detectie m.b.v. meldsecties. We isoleren een stuk rails en sluiten daar een detectieschakeling op aan. We passen nu bezetmelders toe die werken op het principe van stroomdetectie, zoals de zelfbouwdetector (zie tekening 09 en de foto's 10 en 11).
Die detectieschakeling kan dan weer via een relais onze overwegbeveiliging aansturen. Let op! De lengte van het spoor tussen de punten A en B dient altijd groter te zijn dan onze langste trein. Ook dient er in de laatste wagen c.q. het laatste rijtuig een stroomgebruiker aanwezig te zijn. Die stroomgebruiker kan bestaan uit een LED of simpel een weerstandje van 10 kΩ. Ook kan, inplaats van een weerstandje, gebruik worden gemaakt van weerstandslak. Simpel een beetje weerstandslak op de plaats aanbrengen waar de isolatiering in het wiel zit. Door de weerstandlak contact te laten maken met het wiel en de as heeft dit hetzelfde effect als een weerstandje. Wel is het zaak om met een multimeter te controleren of de weerstandswaarde tussen de as en het wiel ongeveer de juiste waarde heeft. Is de waarde te laag, dan stroomt er 'kostbare' stroom nodeloos weg. Het verdient overigens aanbeveling om altijd twee wagens (of rijtuigen) achter aan de trein te laten meerijden die voorzien zijn van een stroomgebruiker. Dit omdat een loc vrij zwaar is en daarom goed contact maakt met de spoorstaven, maar het getrokken materieel een stuk lichter is. Daardoor bestaat de kans dat er, indien u maar één voertuig gebruikt, een korte onderbreking in het stroomverbruik is. Dit zou dan weer ongewenste effecten kunnen hebben, zoals bijv. het voortijdige openen van onze modeloverwegbomen. De beide condensatoren van 10 nanofarad / 50 volt in afbeelding 09, dienen voor het onderdrukken van stoorpulsen. Die stoorpulsen kunnen afkomstig zijn uit het lichtnet, en/of veroorzaakt worden door bijv. het (uit)schakelen van wisselspoelen e.d. Diode D1 in afbeelding 08 is een zogenaamde 'blusdiode'. Het doel van deze diode is om de tegen-EMK-impuls te onderdrukken, die ontstaat bij het uitschakelen van de stroom door de relaisspoel. Door deze tegen-EMK-impuls onstaat een zeer hoge spanning, en die kan de transistor laten doorslaan, waardoor deze defect raakt. Daarom moet u in gelijkspanningsschakelingen altijd een blusdiode toepassen bij relais die verbonden zijn met een transistor, of een andere elektronische halfgeleidercomponent. Let op! De kathode van de blusdiode moet altijd aan de +zijde van de relaisspoel komen. De transistor in afbeelding 08 is een BC547C. De weerstand heeft hier een waarde van 22 Ω. Dat is een richtwaarde. De waarde hangt namelijk mede af van de gevoeligheid van de detectorschakeling en de gevoeligheid van het toegepaste relais. Er is namelijk een verschil aanwezig tussen de diverse typen relais. Het ene 12 V-relais trekt bijv. bij 9,2 volt aan en een ander type trekt bijv. bij 8,9 volt aan. Om uzelf veel soldeer- en testwerk te besparen, kunt u inplaats van de 22 Ω weerstand, een serieschakeling toepassen van een 2200 ohm weerstand en een 25 Ω instelpotentiometer. Dan kunt u de schakeling heel snel op de juiste gevoeligheid instellen.
Zelfbouw diode-setNormaliter steekt u de draden van de diodes en de weerstand door de gaatjes in de print en moet u op 10 plaatsen aan de (stroken)print solderen. Daar het de voorkeur verdient om zo weinig mogelijk aan gaatjesprint/strokenprint te solderen, (omdat de kans aanwezig is dat u tijdens het solderen per ongeluk een paar printsporen met elkaar verbindt), is de bijgaande oplossing bedacht. Doordat er door deze constructiemethode nog maar twee draden zijn, is er aan de onderzijde van de strokenprint een stuk minder te solderen.
Let op! Bij het ene diodepaar moeten de ringen op de diodes beiden 'naar links' wijzen, en bij het andere diodepaar moeten de ringen op de diodes beiden 'naar rechts' wijzen (zie 'D' in afbeelding 12). U gaat als volgt te werk:
De werking van het geheelDe functie van de diodes in de diodesetBij een diode hebben we te maken met de zogenaamde 'drempelspanning'. Dit is het spanningsverschil dat over de diode staat, wanneer deze in geleiding is. De drempelspanning is echter afhankelijk van het type diode én de hoogte van de stroom die er doorheen vloeit (de stroomsterkte). De drempelspanning variëert dan ook tussen ongeveer 0,2 en 0,75 volt, afhankelijk van het type diode én de stroomsterkte. In de diodeset staan, per tak, twee diodes in serie, waardoor er een voldoende hoge spanning over de diodes ontstaat, om een achterliggende schakeling (zoals bijv. een S88-print) aan te sturen. Daar hier gebruik gemaakt wordt van twee antiparallel geschakelde takken, zal die drempelspanning in beide richtingen van de (wissel)stroom over de diodeset aanwezig zijn.
De functie van de weerstand in de diodesetDe weerstand tussen de diodes in de afbeeldingen 11 en 12 heeft een dubbele functie.
De weerstand zal, omdat hij niet 'richtinggevoelig' is, in beide richtingen van de (wissel)stroom zijn werk doen en geeft dan ook in beide richtingen van de wisselstroom het digitale signaal door, en dat 50 keer per seconde (de frequentie van de netspanning is 50 Herz).
Detectie met schakelrails
Voor het detecteren van naderend materieel kunt u ook gebruik maken van schakelrails. Dit zijn korte stukken rails, waarin een schakelaar gebouwd is, meestal een Reed-contact. U plaatst vòòr- en na de overweg een schakelrails in het spoor. Wanneer materieel over de schakelaar rijdt, zal de schakelaar in de schakelrails gesloten worden, en zo een signaal geven aan onze overwegbeveiliging.
Detectie met Reedcontacten
Een Reed-contact is een zogenaamde pulscontact. Dit schakelaartje wordt geactiveerd door een magnetisch veld. Door een Reed-contact tussen de spoorstaven te plaatsen zal, wanneer een loc, trein of treinstel, welke voorzien is van een kleine magneet, over het Reedcontact rijdt, het Reed-contact kortstondig een spanningpulsje afgeven. Het Reed-contact is een klein schakelaartje, in een, met gas gevuld, glazen buisje (zie foto 17 hierboven).
Meer informatie
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
.jpg){kind=link}