In het hoofdstuk "Techniek" sub paragraaf dynamisch schaduwstation "kwam de lichtsluis al ter sprake.
Hierin werd ook gesproken over het gebruik van infrarood lichtsluizen.
Hier wordt de opbouw en werking van de infrarood lichtsluis besproken.
Ook hier is de uitleg weer ingedeeld in hoofdstukken om het zoeken eenvoudig te maken.
Aan het toepassen van een lichtsluis kunnen verschillende redenen ten grondslag liggen.
Het kan zijn dat er elektrisch geen contact kan of mag worden gemaakt met het te detecteren onderwerp.
Een andere reden kan zijn dat er een grote afstand moet worden overbrugd.
Weer een andere redenen kan zijn dat er geen invloed van buitenaf de detectie mag beïnvloeden of dat de lichtstraal niet zichtbaar mag zijn
Zo zijn er nog veel meer redenen te bedenken, die het gebruik van een lichtsluis rechtvaardigen.
Bij Zolderspoor was de reden dat dit de meest eenvoudige en betrouwbare detectiemethode is om een groot aantal parallelsporen te bewaken.
Een lichtsluis in principe niets anders dan een lichtbron, die het licht op een lichtgevoelige ontvanger laat schijnen.
Deze kan al dan niet met een lens worden uitgevoerd om een gericht lichtbundel te gebruiken.
Met een dergelijk lichtbundel is het afstellen wel een stukje moeilijker, maar is vaak ook heel nauwkeurig.
Dit geeft in de meeste gevallen een bevredigend resultaat.
Echter, bij Zolderspoor is er juist voor gekozen om geen lens te gebruiken.
De reden hiervoor kun je zien in onderstaande tekening:
Als er gebruik gemaakt zou zijn van een lens, is de lichtbundel veel meer gericht en kun je niet zo makkelijk gebruik maken van twee ontvangers op twee verschillende plaatsen die ver uit elkaar liggen.
Nu kan de lichtbron in een grote hoek zijn licht uitstralen en kunnen de sensoren hierdoor op een behoorlijk afstand van elkaar geplaatst worden.
Bij het gebruik van een (infrarode) lichtsluis is het hier belangrijk dat bij het passeren van de trein de ruimte die tussen de wagons zit, geen “valse” melding van vrijkomen wordt gegenereerd.
Daarom moet de infrarode lichtstraal schuin over het spoor worden gericht.
Hiermee wordt voorkomen dat de tussenruimte bij wagons de infrarode straal kunnen doorlaten.
Indien in de situatie hierboven de infrarode lichtstraal recht over de rails zou zijn geplaatst, zal de sensor telkens licht opvangen van de IR LED, als tussenruimte van wagons de sluis passeren.
Dat er meer wegen naar Rome leiden is bekend.
Hieronder een voorbeeld zoals het ook toegepast kan worden.
Hier is de IR LED aan het bovenste spoor geplaatst en zijn de sensoren aan de andere zijde van het spoor geplaatst, maar dan op enige afstand van elkaar.
Ook dit functioneert prima. (foto A.C. Burger).
Om te voorkomen dat je last hebt van "vals" licht, moet je iets doen om dit te voorkomen.
Eén van de methodes om deze verstoringen te onderdrukken is dat er gebruik gemaakt wordt van infrarood licht.
Dit is niet de enige reden om hiervoor te kiezen.
De andere reden is dat er infrarood ontvangers zijn die op een specifieke frequentie kunnen functioneren.
Hier is gekozen voor een ontvanger die werkt met een filter voor een frequentie van 33kHz (330000 trillingen per seconden).
Dit betekent eigenlijk, dat het infrarode licht moet pulseren met een frequentie van 33kHz om gedetecteerd te kunnen worden.
Nu zijn er dus al twee elementen die voorkomen dat “vals” licht de werking van de lichtsluis negatief kunnen beïnvloeden.
Nu komt het nog aan op de juiste stuur elektronica voor de infrarode lichtbron en het verwerken van de signalen.
Als lichtbron wordt er gebruik gemaakt van een infrarode LED van het type TSAL6200.
Dit is een infrarood, emitterende diode met een krachtige straling met een golflengte van 940 nm.
Dit is in lage gebied van infrarood (NIR) en bestaat in hoofdzaak uit licht en een heel klein deel in warmte.
Het warmte deel is zo laag, dat dit niet eens in staat is om iets noemenswaardig te kunnen verwarmen, dus is het volledig te verwaarlozen.
Verder is deze qua gebruik hetzelfde als een ander soort LED.
Het enige wat buiten het IR licht afwijkt is het stroomverbruik.
Deze is namelijk fors hoger dan bij een normale LED.
De mechanische opbouw is vergelijkbaar met die van een normale 5 mm LED.
Voor de techneuten onder ons: hier is de datasheet.
Je komt deze ook vaak tegen in bijvoorbeeld afstandbedieningen voor radio/televisie.
Het licht is voor het menselijk oog niet zichtbaar, maar kan wel worden waargenomen door bijvoorbeeld (warmtebeeld)camera's, of speciale infrarood detectors.
Om dit infrarood licht te kunnen detecteren is er natuurlijk ook een sensor nodig die dit kan waarnemen.
Hiervoor is de TSOP31233 toegepast.
Dit is een actieve sensor voor infrarood licht en heeft een ingebouwd filter voor 33kHz.
Deze heeft dan ook 3 aansluitingen, in tegenstelling tot de infrarood LED die er maar twee heeft.
Deze detector moet worden aangesloten op een voeding van 5V (2 aansluitingen) en heeft één signaal uitgang (1 aansluiting).
Voor de techneuten onder ons: hier is de datasheet.
Dit type sensor kom je ook tegen op de DR5000 centrale van Digikeys, wordt gebruikt in de Intelibox IR van de Uhlenbrock I als ontvanger en voor de externe ontvanger voor de afstandbediening van Uhlenbrock.
De besturingselektronica heeft als doel om de infrarood LED goed aan te sturen en het de ontvangen signalen van de twee infrarood sensors te verwerken.
De infrarood LED wordt met een pulserend signaal van 33kHz aangestuurd.
Dit pulserend licht wordt opgevangen door twee infrarood sensoren die alleen een signaal afgeven als er pulserend infrarood licht wordt ontvangen.
Als dit IR licht op één van de twee sensoren wegvalt is dit een teken dat de lichtstraal is onderbroken.
De hele sturing van de LED, verwerken van de signalen van de ontvangers en het afgeven van een bezetmelding wordt geregeld door een kleine processor.
Deze schakeling in ontworpen en bedacht door Chris Burger.
Hij levert ook de printen en de benodigde componenten indien je dit zelf wilt bouwen.
Hieronder een afbeelding van de opgebouwde print.
Op zich werkt de schakeling prima, alleen is de uitgang voor de terugmelder uitgevoerd voor het Märklin systeem (3 rail, gezamenlijke massa).
Deze uitgang is niets anders dan een contact van een relais dat naar massa schakelt.
Nu is dat voor een twee railsysteem, of voor welk railsysteem dan ook waar geen massa detectie plaatsvindt, niet bruikbaar.
Daarom heb ik een kleine wijziging aangebracht op de print.
De originele print.
De wijziging:
Door de verbinding van het relaiscontact naar de massa te onderbreken en dit relaiscontact via een weerstand van 1k (1000 ohm) te verbinden met een extra aansluit pen, is hij wel bruikbaar.
Op deze nieuwe aansluiting wordt het digitale signaal aangesloten.
De al bestaande aansluiting voor de terugmelder wordt gewoon met de terugmeld ingang verbonden.
Als het relaiscontact bekrachtigd wordt (relais contact gesloten), wordt het digitale signaal naar de meldingang gestuurd, waardoor de melder een bezet signaal afgeeft.
De aangebrachte extra weerstand zorgt ervoor dat de stoom laag blijft en er toch voldoende stoom vloeit om de melder te kunnen activeren.
De aangebracht wijzing aan de onderzijde van de print.
Hieronder een afbeelding hoe de print moet worden aangesloten.
Wat betref de voeding, dit mag een wisselspanning zijn (minimaal 10 Volt) of een gelijkspanning (minimaal 8 Volt).
Het signaal wat naar de terugmelder gaat is de draad die normaal gesproken van een gedetecteerd stuk baan afkomt.
Het digitale signaal dat aangesloten moet worden is de aansluiting die aan de rail die tegenover de detectierail zit, dus de andere digitale pool.
Het aansluiten is eigenlijk kinderspel en is niet echt ingewikkeld.
Wel ben ik tegen een probleempje aangelopen als de bedrading naar de sensor wat langer is en zodanig is gelegd, dat er ook andere signaal lijnen (zoals van wissels, voeding etc.) aan parallel lopen.
Het bleek namelijk dat deze vrij makkelijk stoorsignalen oppikken van naastgelegen stroom voerende draden.
Dit gebeurde met name als er magneetartikelen (wisselspoelen) werden geschakeld.
Het was niet zo dat de schakeling er dan mee ophield of niet meer werkte, maar in Koploper verscheen af en toe vals bezetmelding.
Dit waren zeer korte meldingen, maar de regeling in Koploper kon daardoor van slag raken.
Het is bij mij nog niet gebeurd, maar je kunt beter dit soort zaken vermijden en oplossen voordat het wel een keer fout gaat.
Je kunt dit natuurlijk voorkomen door de bedrading geheel gescheiden te houden of deze ver genoeg van dit soort draden af te leggen.
Dit probleem is echte eenvoudiger op te lossen door afgeschermde (audio) kabel te gebruiken, waarbij de afscherming aan de min draad is aangesloten en de binnenkern fungeert als signaaldraad (deze stuurt het sensor signaal naar de processor).
Na dit zo aangelegd te hebben waren de problemen verdwenen.
Eventueel zou bij de sensor zelf nog de voedingsaansluitingen (+ en -) kunnen filteren om de stoorsignalen in de voedingslijn te onderdrukken.
Hoe je dit kunt doen staat in onderstaande tekening.
Bij mij was het niet echt nodig, maar bij een nog groter afstand of meer parallel lopende stroom voerende draden kan dit nuttig zijn.
Aansluiten op de terugmelder.
Om alles werkend te krijgen rest alleen nog het aansluiten van het schakelcontact naar de terugmelder.
En zo zit het bij Zolderspoor:
Eén van de twee aansluitingen van het contact (welke maakt niet uit) is aangesloten op een ingang van de terugmelder.
De andere aansluiting is rechtstreeks aangesloten op de centrale.
Deze is rechtstreeks van de rail afgehaald, maar kan ook van de ringleiding worden afgenomen.
Hoe het schema technisch in elkaar steekt zie je hieronder afgebeeld.
Nadat de print is geplaatst, de sensoren en IR LED zijn aangesloten, de voeding op de print is aangesloten, moeten de sensoren nog (mechanisch) afgesteld worden.
Ik heb de sensoren op een stukje montageprint geplaatst en d.m.v. één klein schroefje vast gezet.
Hetzelfde heb ik gedaan met de IR LED.
De aansluitingen van de LED zijn niet ingekort, maar de LED in een hoek van ca 90 graden geplaatst.
De hoogte van de print tot aan de ombuiging is ongeveer 15mm.
Dit hangt natuurlijk van de schaal af waarmee je rijd.
Voor N zou 8mm een goede hoogte kunnen zijn.
De aansluitpootjes bij de sensoren zijn ook niet inkort, maar heb de aansluitingen iets naar achteren gebogen.
Zo kun je ook de hoogte naderhand nog enigszins aanpassen, door deze licht naar voren of achteren te buigen.
Als nu de zaak wordt ingeschakeld moet op de print de groene LED gaan branden.
De rode LED gaat branden indien er op beide sensoren licht van de IR LED wordt ontvangen.
Als alleen de groen brand is het een teken dat één van de twee (of allebei de sensoren) geen IR licht detecteren of niet is (zijn) aangesloten.
Zorg dat er geen obstakels tussen staan en stel nu eerst de sensoren zo af dat de rode LED op de print gaat branden.
Als dit functioneert, neem je de laagste wagon, bij voorbaat een platte wagen zonder lading, en plaats deze tussen een sensor en IR LED.
Als het goed is gaat de rode LED uit, zo niet dan moet je de sensor of IR LED wat bijstellen in richting of hoogte.
Is dit in orde, dan kun je op eenzelfde manier de andere sensor afstellen.
Als dit voor beide sensoren goed werkt, moet je gaan testen met meerdere wagons achter elkaar die de sluis passeren.
De rode LED moet dan uitblijven als de wagons de sluis passeren.
Is dit niet het geval, dan heeft dit te maken met het doorlaten van IR licht bij de tussenruimte van de wagons.
Om dit op te lossen, moet je de positie van de sensor of IR LED aanpassen totdat dit ook goed functioneert.
Gebruik je zelf een methode zoals in de onderstaande tekening (links) laat zien, dan moet je alleen de sensor verplaatsen waarbij het niet goed werkt.
Voor de andere sensor herhaal je bovenstaande nogmaals.
Gebruik je de situatie zoals op de foto (rechts), dan hoef je maar één sensor van positie te veranderen.
Je doet er verstandig aan om dit op alle parallelsporen te testen, voordat je de zaak in gebruik gaat nemen in de automatisering.
De IR LED gemonteerd.
De sensor gemonteerd.
Indien de zaak goed is afgesteld, functioneert het geheel voortreffelijk.
Je kunt de lichtsluis ook gebruiken om lengtemetingen te doen, maar hierover later meer.
In totaal worden er 12 van deze lichtsluizen bij Zolderspoor gebruikt.
Met dank aan Chris Burger, is er inmiddels ook een aanpassing gemaakt in het bestaande printontwerp, die het aanpassen van de huidige print overbodig maakt.
In het nieuwe ontwerp kun je kiezen tussen gebruik bij 2-rail (stroomdetectie) of 3 rail (massadetectie) systemen.
Nu zijn alle voorzieningen voor de verschillende methodes op het nieuwe ontwerp aanwezig.
Mocht je geïnteresseerd zijn in deze infrarood besturing, dan kun je contact opnemen met Chris Burger.
Stuur dan even een e-mail naar : ac.burger@hccnet.nl .
Met toestemming van Chris Burger staan hieronder de nieuwe print lay-out en het schema afgebeeld.
Inmiddels zijn er vele uren proefgedraaid met het schaduwstation op niveau 0 en tot op heden heeft alles naar tevredenheid gewerkt.
Nu wordt het tijd voor een niveau hoger......