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Steuerungkonfiguration

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mc-b edited this page Nov 14, 2014 · 25 revisions

Um den Einsatz der Steuerung einfach zu halten, wird die Konfigurationen direkt im Code erledigt. CV's etc. existieren nicht.

Die Konfiguration im Code bietet sich auch durch die Arbeitsweise der Arduino IDE an:

  • Code schreiben
  • Code compilieren
  • Code Uploaden in Arduino

Table of Contents

Arduino Board (Zentrale) Konfigurieren

Die Konfiguration der Zentrale findet im jeweiligen Sketch statt.

Protokoll

Es werden zwei Protokolle für die Verbindung Host - Arduino und ein Protokoll zur Arduino - Arduino Kommunkation zur Verfügung gestellt.

  • SRCP_SERIAL: Host und Arduino sind durch eine Serielle Schnittstelle (USB Kabel!) verbunden. Das ist die bevorzugte Methode welche keine weitere Konfiguration braucht.
  • SRCP_ETHERNET: Der Arduino hat einen Ethernet Shield ist direkt in das Netzwerk integriert. Die Kommunikation erfolgt mittels dem TCP/IP Protokoll.
  • SRCP_I2C: Der Arduino ist ein I2C Slave, d.h. es muss mindestens noch ein Arduino existieren, welche die Verbindung Host - Arduino übernimmt. Die zwei oder mehrere Arduino (max. 10) sind mittels den Pins SDA/SDL/GND verbunden.
Je nach Protokoll ist der #define SRCP_PROTOCOL ... zu ändern. 
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Konfiguration Protokoll
#define SRCP_ETHERNET	100
#define SRCP_SERIAL		101
#define SRCP_I2C		102
#define SRCP_PROTOCOL	SRCP_SERIAL

#define SENSOR_POLLING	500	// Intervall in welcher Sensor Aenderungen an die Zentrale gemeldet werden

#if	( SRCP_PROTOCOL == SRCP_SERIAL )
// SRCP I/O Server
srcp::SRCPServerSerial server;
#elif ( SRCP_PROTOCOL == SRCP_ETHERNET )
srcp::SRCPEthernetServer server;
// Enter a MAC address and IP address for your controller below.
// The IP address will be dependent on your local network:
byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED };
IPAddress ip( 192, 168, 178, 241 );
#elif  ( SRCP_PROTOCOL == SRCP_I2C )
// SRCP I2C - Slave
i2c::I2CServer server = WireServer;
#else
#error "kein Prokotoll definiert"
#endif

Wird SRCP_ETHERNET aktiviert, müssen zusätzlich die Variablen mac und ip entsprechend dem eigenen Netzwerk geändert werden. Meistens genügt es nur ip zu ändern. mac muss nur geändert werden, wenn sich mehrere Arduino's im gleichen Netzwerk befinden.

SENSOR_POLLING bestimmt die Zeit in Millisekunden in welcher Änderungen der Sensoren an den Host (RocRail) gemeldet werden. Ein Wert zwischen 250 - 500 reicht in der Regel problemlos. Werden kürzere Zeiten und viele I2C Slaves verwendet kann sich die Antwortzeit sogar verschlechtern. Dieser Wert ist nicht zu verwechseln mit dem Refresh der Sensoren. Änderungen an den Sensoren werden praktisch Realtime erkannt, aber eben erst nach SENSOR_POLLING an den Host gesendet.

I2C Bus / Adressierung Geräte

Neben der bevorzugten Verbindung Host - Arduino, wo für jeden Arduino eine Zentrale in RocRail eingerichtet wird. Gibt es noch die Variante Host - Arduino - I2C Protokoll - Arduino. Dabei können bis zu 10 Arduino's an einen Master Arduino angeschlossen werden.

ACHTUNG: beim Einschalten sucht der Master Arduino den I2C Bus nach weiteren Board ab. Ist dabei ein Board verbunden, welches keinen Strom hat, blockiert der Master! Um dies zu vermeiden sollten neben den I2C Pin's auch die Pin's GND und 5V verbunden sein.

Für den Arduino Master sind die Einstellungen wie folgt zu setzen (siehe Sketch microSRCPServer): 

// Konfiguration I2C
#define I2C_ADDR		0	// Eigene I2C Adresse - muss pro I2C Board angepasst werden! - Master = 0
#define I2C_OFFSET		16	// Offset, d.h. wieviele Adressen pro Board reserviert werden
#define I2C_ENABLED		1
#define I2C_MAX_SLAVES	        10	// Maximale Anzahl I2C Slave Boards am Master
#define ADDR(x)			((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + x)	// Berechnung effektive Adresse
  • I2C_ADDR: I2C Adresse ist beim Master (= Arduino wo direkt mit dem Host/RocRail verbunden ist) = 0
    • Arduino's welche an den Master angeschlossen sind benötigten jeweils einen eigene Adresse von 1 - 10.
  • I2C_OFFSET: Adresse welche pro Gerätegruppe (FB, GA, GL) reserviert werden sollen. Anhand der I2C Adresse und dem Offset werden automatisch die Adressen der Geräte berechnet. Bsp. ein Led mit der Adresse 1 bekommt am ersten I2C Slave automatisch die Adresse 17.
  • I2C_ENABLED: Nur beim Master relevant, wird dieser Wert auf 0 gesetzt, ist die I2C Anbindung deaktiviert und die I2C Pins (SDA/SDL) stehen zur Verfügung.
  • I2C_MAX_SLAVES: Maximale Anzahl von I2C Slave Board's. Werden mehr als 10 Board's angegeben, welche Sensoren haben, ist mit längeren Reaktionszeiten zu rechnen.
Für einen Arduino Slave sind die Einstellungen wie folgt (siehe Sketch microSRCPI2CSlave): 
// Konfiguration Protokoll
#define SRCP_ETHERNET	100
#define SRCP_SERIAL		101
#define SRCP_I2C		102
#define SRCP_PROTOCOL	SRCP_I2C

// Konfiguration I2C
#define I2C_ADDR		1	// Eigene I2C Adresse - muss pro I2C Board angepasst werden!
#define I2C_OFFSET		16	// Offset, d.h. wieviele Adressen pro Board reserviert werden
#define I2C_ENABLED		1
#define ADDR(x)			((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + x)	// Berechnung effektive Adresse

Wobei zu beachten ist, dass jeder Slave eine eigene Adresse (I2C_ADDR) haben muss.

Geräte definieren

Die Geräte werden direkt in der setup() Methode des Sketches initialisiert bzw. registriert.

Geräte sind:

  • Lichtsignale
  • Servos
  • Rückmelder
  • Shields wie z.B. MotorShield
Zur Registrierung dient die zentrale Klasse DeviceManager. Geräte welche dem DeviceManager nicht bekannt gemacht werden, werden nicht gefunden und können auch nicht angesteuert werden.

Mehrere Geräte Konfigurationen sind vordefiniert und brauchen nur die entsprechende #define BOARD = ...Konfiguration... Anweisung aktiviert werden.

Die Konfigurationen sind abgestimmt auf den Arduino mit ATmega328P (z.B. UNO). Für den Arduino Mega sind sie entsprechend zu erweitert. Der Arduino DUE wird nicht unterstützt. 

//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Konfiguration Board
#define BOARD_STANDARD		200
#define BOARD_I2C_MASTER 	201
#define BOARD_MINIMAL  		202		// Minialer Board Aufbau, nur Resonator, 10K, Atmega328P
#define BOARD_FB		203	        // Beispiel ATmega328P: nur Sensoren (Feedback)
#define BOARD_GA		204	        // Beispiel ATmega328P: nur Generic Accessoires - Geraete
#define BOARD_GL		205		// Beispiel ATmega328P: nur Motorenansteuerung

#define BOARD 	BOARD_STANDARD

Standard (BOARD_STANDARD)

Dieser dient vor allem zu Testzwecken. Darauf sind die wichtigsten Geräte definiert.

Die Konfigurationen benötigt folgendes:

  • 1 x Arduino mit ATmega328P (z.B. UNO)
  • 1 x MotoMama Motor Shield
  • 1 x I/O Extension Shield 
void setup()
{
        .....
	// Geraete initialisieren, je nach Board und Verwendung
	DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(1), 4, 5 ) ); 			// 2 Signale mit 2 LED an Ports 4 - 7.
	DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(2), 6, 7 ) );
	DeviceManager.addAccessoire( new dev::GAServo( ADDR(3), 2, 60, 90 ) ); 		// Servo mit Addr 3 an Pin 2, min. Stellung 60, max. Stellung 90 von 180.
	DeviceManager.addAccessoire( new dev::GAServo( ADDR(4), 3, 60, 90 ) );
	DeviceManager.addFeedback( new dev::FBSwitchSensor( ADDR(1), A0, A3 ) ); 	// Sensoren, jeweils in Gruppen von 8 (auch wenn nicht 8 Pins belegt). A4+A5 = I2C Bus
	DeviceManager.addLoco( new dev::GLMotoMamaAnalog( ADDR(2), 11, 12, 13 ) );   // nur Motor 2 weil Pin 9 durch Servo Library belegt
}

In RocRail sind folgende Geräte einzutragen:

  • zwei Signale mit Adressen 1 und 2. Pro Signal ist Port 1 für Rot und Port 0 für Grün einzutragen
  • zwei Weichen (Servo's) mit der Adresse 3 und 4
  • eine Lokomotive mit der Adresse 2
  • vier Sensoren (Rückmelder) mit den Adressen 1 - 4
Anmerkungen: Bei der Lokomotive handelt es sich eigentlich nicht um eine Lokomotive sondern um einen Stromkreis, da wir mittels dem Motor Shield ein Analoges Signal erzeugen. Anders ausgedrückt, Änderungen der Geschwindigkeit oder Fahrrichtung ist vergleichbar mit dem Drehen eines Reglerknopfes eines Eisenbahntrafos.

Sensoren (BOARD_FB)

Diese Konfigurationen besteht aus 2 Blöcken à 8 Sensoren. Der Pin 13 (Sensor 12) ist ohne Funktion, weil dort sich beim Arduino eine LED befindet. Trotzdem bleiben 15 Sensoren übrig. 

DeviceManager.addFeedback( new dev::FBSwitchSensor( ADDR(1),  2,  9 ) );	// 1 x Sensorblock mit 8 x Sensor an Pin D2 - D9
DeviceManager.addFeedback( new dev::FBSwitchSensor( ADDR(9), 10, 17 ) );	// 1 x Sensorblock mit 7 x Sensor an Pin D10 - A4 (A0 = 14), Pin 13 ohne Funktion wegen LED

Benötigt werden ein Arduino mit ATMega328P (z.B. UNO) und keine Shield's. Die Sensoren sind vom jeweiligen Pin nach GND verdrahtet.

In RocRail sind folgende Geräte einzutragen:

  • fünfzehn Sensoren (Rückmelder) mit den Adressen 1 - 11 und 13 - 17

Zubehör (BOARD_GA)

Diese Konfigurationen besteht nur aus Zubehör Geräten (Signale, Servo's). Die Zuordnungen der Pin's zu den Geräten ist abgestimmt auf den I/O Expansion Shield, können jedoch frei gewählt werden.

Benötigt wird ein Arduino mit ATMega328P (z.B. UNO) und keine Shield's. Die maximale Anzahl von Servo's, bei diesem Board, sind acht (siehe Arduino Dokumentation). 

DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(1),  2, 60, 90 ) );	// 8 x Servo (max. fuer ATmega328P)
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(2),  3, 60, 90 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(3),  8, 60, 90 ) ); // abgestimmt auf DF Robot I/ Expansion Shield, darum die Luecke
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(4),  9, 60, 90 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(5), 10, 60, 90 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(6), 11, 60, 90 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(7), 12, 60, 90 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(8), 13, 60, 90 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(9), 4, 5 ) ); 		// 4 x Lichtsignal
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(10), 6, 7 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(11), A0, A1 ) );
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(12), A2, A3 ) );

Zur Beachtung: die Servo's müssen bei dieser Konfigurationen mit einer eigenen Stromquelle gespiesen werden, ansonsten kann es zur einer Überlastung des Arduino's kommen.

In RocRail sind folgende Geräte einzutragen:

  • acht Weichen (Servo's) mit den Adressen 1 - 8
  • vier Signale mit Adressen 9 - 12. Pro Signal ist Port 1 für Rot und Port 0 für Grün einzutragen

Motoren (BOARD_GL)

Diese Konfigurationen dient zum Steuern von analogen Lokomotiven. Damit können auch nicht auf Digital (DCC) umgebaute Lokomotiven auf eigenen Stromkreisen betrieben werden.

Benötigt wird ein ATMega328P (z.B. UNO) und der MotoMama Shield. Für Andere Shield's ist die Konfigurationen entsprechend anzupassen, siehe Ansteuerung von Motoren. 

DeviceManager.addLoco( new dev::GLMotoMamaAnalog( ADDR(1), 10,  8,  9 ) ); 	// Moto Mama Shield, Pin 10 Geschwindigkeit, 8 Vor-, 9 Rueckwaerts
DeviceManager.addLoco( new dev::GLMotoMamaAnalog( ADDR(2), 11, 12, 13 ) );

Zur Beachtung: es wird einen externe Stromquelle (12 - 16V) benötigt. Diese ist direkt am Shield anzuschliessen. Wenn der I/O Expansion Shield aufgesteckt ist, funktioniert das Umschalten der Spannung am 1. Treiber nicht.

In RocRail sind folgende Geräte einzutragen:

  • zwei Lokomotiven mit der Adresse 1 und 2

Details zu den Geräten

Die Logik der einzelnen Geräte ist in C++ Klassen implementiert. Die Details dazu findet man im Verzeichnis libraries/dev.

Werden Änderungen der Standard Konfiguration vorgenommen, müssen evtl. Überschneidungen von Pins oder Registern berücksichtigt werden. So braucht die Servo Library z.B. beim AtMega328 das Register B womit die Pin 8 - 10 nicht zur Verfügung stehen. Shield sind in der Regel fest Pins zugeordnet, z.B. verwendet der Ethernet Shield beim AtMega328 fix die Pin 10 - 13, wodurch ein gleichzeitiges Verwenden von MotoMama und Ethernet Shield nicht möglich ist.

Zu jedem Gerät hat es eine Beschreibung wie RocRail im Tab Schnittstelle zu Konfigurieren ist. Fehlende Angaben, z.B. Bus oder Protokoll werden nicht ausgewertet. Die Adressen beziehen sich immer auf das vorherige Codebeispiel und müssen bei Änderungen angepasst werden.

GASignal

Einfache Led Ansteuerung. Mittels Start- und End-Pin werden die Anzahl Led bestimmt. Ein GASignal hat eine Adresse und die einzelnen Led werden mittels der Port Adresse angesteuert. 

DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASignal( ADDR(1), 4, 5 ) );  // 1 Signal an Pin 4 + 5

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Signal
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1)
  • Port: 0 = 1. Pin (4), 1 = 2. Pin (5), etc. bei noch mehr Pin's
  • Steuerung: Standard
  • Zubehör - aktiviert

GALed

Einfaches Led, z.B. für eine Hausbeleuchtung, Braucht ein Pin und eine Adresse. 

DeviceManager.addAccessoire( new dev::GALed( ADDR(1), 4, LOW ) ); // Led mit Adresse 1 an Pin 4. Anfangszustand ist Aus.

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Signal
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1)
  • Steuerung: Standard
  • Zubehör - aktiviert

GABlinkLed

Blinkende Led welche ein uns ausgeschaltet werden kann. 

DeviceManager.addAccessoire( new dev::GABlinkLed( ADDR(1), 4, 1000 ) ); // Led mit Adresse 1 an Pin 4, nach einem On Signal blinkt sie in 1000 Millisekunden Abständen.

Wird in RocRail als Signal eintragen und bei Schnittstelle ist Weiche zu aktivieren. Das Geraet muss mit Adresse und Port = 0 angesprochen werden, weil nicht value sondern port zum Umschalten von RocRail geschickt wird.

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Signal
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1)
  • Port: 0 (siehe oben)
  • Steuerung: Standard
  • Zubehör - aktiviert
  • Weiche - aktiviert

GABlinkLed2

Wechselblinklicht mit 2 Led's welche ein uns ausgeschaltet werden kann. 

DeviceManager.addAccessoire( new dev::GABlinkLed2( ADDR(1), 4, 5, 1000 ) ); // 2 Led's mit Adresse 1 an Pin 4 und 5, nach einem On Signal blinken sie in 1000 Millisekunden Abständen.

Wird in RocRail als Signal eintragen und bei Schnittstelle ist Weiche zu aktivieren. Das Geraet muss mit Adresse und Port = 0 angesprochen werden, weil nicht value sondern port zum Umschalten von RocRail geschickt wird.

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Signal
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1)
  • Port: 0 (siehe oben)
  • Steuerung: Standard
  • Zubehör - aktiviert
  • Weiche - aktiviert

GAServo

Einfache Servo Ansteuerung, verwendet die Arduino Servo Library. 

DeviceManager.addAccessoire( new dev::GAServo( ADDR(3), 2, 60, 90 ) ); // Servo mit Addr 3 an Pin 2, min. Stellung 60, max. Stellung 90 von 180.

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Weichen
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 3 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 3)
  • Ein-/Ausgang - aktiviert
  • Zubehör - aktiviert

GASlowServo

Servo Ansteuerung, verwendet die Arduino Servo Library, bei der die Schrittgeschwindigkeit eingestellt werden kann. Dazu werden die letzten zwei Argumente verwendet. 

// Servo mit Addr 3 an Pin 2, min. Stellung 60, max. Stellung 90 von 180 
// und Weiterschalten um 1ne Position alle 50 Millisekunden 
DeviceManager.addAccessoire( new dev::GASlowServo( ADDR(3), 2, 60, 90, 1, 50 ) );

Wird Weiterschalten (step) und Millisekunden (delay) nicht angegeben werden die Standardwerte 1 und 100 genommen.

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Weichen
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 3 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 3)
  • Ein-/Ausgang - aktiviert
  • Zubehör - aktiviert
WICHTIG: die Schaltzeit des Servos unbedingt mit der Schaltzeit von Fahrstrassen in Rocrail abgleichen. (-> Eigenschaften -> Automatik -> Schaltzeit für Fahrstrasse). Ansonsten fährt die Lok los bevor der Servo/Weiche die richtige Position erreicht hat.

FBSwitchSensor

8 Sensoren welche jeweils einen Digitalen Eingang belegen. Der interne Pullup Wiederstand ist aktiviert, dadurch muss der Sensor gegen GND geschaltet werden um aktiv zu sein.

Ideal für die Auswertung von Reedschaltern 

DeviceManager.addFeedback( new dev::FBSwitchSensor( ADDR(1), A0, A3 ) ); // Sensoren, jeweils in Gruppen von 8 (auch wenn nicht 8 Pins belegt). A4+A5 = I2C Bus

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Rückmelder
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 - 8 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1)
  • Typ: Sensor
  • Optionen: Zurücksetzen

GLArduinoMotor

Ansteuerung des Arduino Motor Shield, siehe auch Ansteuerung von Motoren. Mittels eines PWM Signals und der Verstärkerstufe auf dem Shield wird eine regelbare Spannung erzeugt. Diese dient zum Steuern von Analogen Lokomotiven. 

DeviceManager.addLoco( new dev::GLArduinoMotor ( ADDR(2), 3, 12 ) ); // Motor Shield, Pin 3, Geschwindigkeit, 12 Vor- und Rueckwaerts

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Lokomotiven (egal ob Analog oder DCC)
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1) bei Analog, bei DCC die DCC Adresse.
  • Fahrstufen: nur Analog, dient zum Umrechnen der maximalen Geschwindigkeit, wenn nicht sicher 128 eingeben.

GLMotoMamaAnalog

Ansteuerung des Motor Shield, hier MotoMama. Mittels eines PWM Signals und der Verstärkerstufe auf dem Shield wird eine regelbare Spannung erzeugt. Diese dient zum Steuern von Analogen Lokomotiven. 

DeviceManager.addLoco( new dev::GLMotoMamaAnalog( ADDR(2), 11, 12, 13 ) ); // Moto Mama Shield, Pin 11, Geschwindigkeit, 12 Vor-, 13 Rueckwaerts

Konfiguration in RocRail:

  • Tabelle: Lokomotiven (egal ob Analog oder DCC)
  • Schnittstellenkennung: wie Zentrale
  • Adresse: 1 bzw. bei einem I2C Board ((I2C_ADDR * I2C_OFFSET) + 1) bei Analog, bei DCC die DCC Adresse.
  • Fahrstufen: nur Analog, dient zum Umrechnen der maximalen Geschwindigkeit, wenn nicht sicher 128 eingeben.

GAOpenDCC + GLOpenDCC

Leitet die Zubehör und Lok Befehle weiter an den DCC Booster bzw. den Motor Shield welcher ein DCC Signal erzeugt. Dabei kommt die OpenDCC Library zum Einsatz. 

DeviceManager.addAccessoire( new dcc::GAOpenDCC( 1, 2048 ) ); // Weichen, Signale Adressen 1 - 2048 abhandeln
DeviceManager.addLoco( new dcc::GLOpenDCC( 1, 4096 ) ); // Loks mit Adressen 1 - 4096 abhandeln

Konfiguration in RocRail: - Standard

GADCCBooster + GLDCCBooster

Leitet die Zubehör und Lok Befehle weiter an den DCC Booster bzw. den Motor Shield welcher ein DCC Signal erzeugt. Dabei kommt die neu Erstellte DCC Library zum Einsatz. 

DeviceManager.addAccessoire( new dcc::GADCCBooster ( 1, 2048 ) ); // Weichen, Signale Adressen 1 - 2048 abhandeln
DeviceManager.addLoco( new dcc::GLDCCBooster ( 1, 4096 ) ); // Loks mit Adressen 1 - 4096 abhandeln

Konfiguration in RocRail: - Standard

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