Blog
- Details
- Geschreven door Beheerder Beheerder
- Gepubliceerd: 19 oktober 2019 19 oktober 2019
Conrad 210177 lichtsein bouwpakket opgebouwd voor Viessmann multiplex-sturing
Onlangs heb ik een Conrad zelfbouwsetje van een Viessmann sein aangeschaft. In dit geval artikel 210177, het "DB Ausfahrsignal mit Vorsignal". Standaard worden alle leds – 9 stuks – apart aangesloten.
Menig modelspoorder zal zich afgevraagd hebben of het niet met minder draadjes kan. Wie het programma van Viessmann bekijkt, zal ongetwijfeld de seinen (en bijbehorende stuurmodules) voor de zogenaamde "multiplex"-sturing gezien hebben. Deze variant vergt slechts 4 draadjes.
Laten we dus eens kijken of we voor ons bouwpakketje ook een dergelijk multiplex sturing kunnen maken.
"The challange is set ...".
Deel 2 - De praktijk
Multiplex en Charlieplexing
Over multiplex hebben we in het vorige deel gehad. In essentie is het snel achtereen aan en uit schakelen van LEDs, zodat het net lijkt of deze tegelijk oplichten. Dat wil zeggen, in onze context met betrekking tot de lichtseinen.
Een andere benadering is die, waarbij met een beperkt aantal stuurlijnen een selectie gemaakt wordt uit een matrix van mogelijkheden, waarvoor anders een veelvoud van stuurlijnen nodig zou zijn. Dit wordt veelal bij het schakelen van b.v. wissels of mechanische seinen gedaan, waarbij kortstondig een spoel wordt bekrachtigd.
(We zullen hier verder niet op ingaan omdat dit voor de seinen niet van belang is. Wellicht dat we daar in een ander artikel nog eens op terug komen).
Hierna zullen wij het, met betrekking tot lichtseinen, hebben over Charlieplexing. Voor wie graag wil weten waar deze benaming vandaan komt: deze schakeling is begin 1995 voorgesteld door Charlie Allen, toen werkzaam bij Maxim Integrated.
Een stuurlijn erbij
Herinneren we ons uit het vorige deel nog de anti-parallel geschakelde LEDs? Dan moet het niet moeilijk zijn, om met nog een stuurlijn extra, een tweede sectie anti-parallel geschakelde LEDS aan te sturen.
Wanneer we nu LED L1 willen laten oplichten, zetten we een positieve spanning op R2 en een negatieve spanning op R1. Hierdoor loopt er stroom door L1, terwijl L2 in sperrichting staat en dus niet oplicht. Op R3 sluiten we niets aan, dus door L3 of L4 kan geen stroom lopen en lichten ook niet op.
Door nu telkens de juiste keuze te maken op welke weerstanden we spanning zetten en met welke polariteit, kunnen we alle vier LEDs alten oplichten. In de onderstaande tabel zijn de mogelijkheden nog eens aangegeven.
| LED sturing tabel | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Keuze | U R3 | U R2 | U R1 | L4 | L3 | L2 | L1 |
| 1 | geen | pos | neg | uit | uit | uit | aan |
| 2 | geen | neg | pos | uit | uit | aan | uit |
| 3 | pos | neg | geen | uit | aan | uit | uit |
| 4 | neg | pos | geen | aan | uit | uit | uit |
| 5 | pos | geen | neg | uit | aan | uit | aan |
| 6 | neg | geen | pos | aan | uit | aan | uit |
Hierbij valt op, dat met de aansturing in de 5e en 6e regel, de beide groene LEDs L2 en L4 resp. de rode LEDs L1 en L3 oplichten. Of dit een zinvolle keuze is, is afhankelijk van de situatie. Ook bestaat de mogelijkheid, dat de lichtopbrengst iets lager is dan wanneer elke LED afzonderlijk wordt aangestuurd.
Over een LED valt bij geleiding een zekere spanning (afhankelijk van het type en/of kleur). Deze spanning is vanaf een bepaalde stroom nagenoeg constant. De rest valt over de weerstanden. Deze drempelspanning zou dus eigenlijk afgetrokken moeten worden van de voedingsspanning om de juiste stroom te kunnen berekenen.
Beneden de drempelspanning licht de LED niet of nauwelijks op. Vandaar dat het dan ook de drempelspanning heet. Logisch, niet?
Wanneer er twee LEDs in serie staan, zoals hierboven bij de 5e en 6e keuze, zal dus twee maal deze drempelspanning van de voedingsspanning moeten worden afgetrokken, om te bepalen wat er nog rest aan spanning die over de weerstanden staat. De hieruit resulterende stroom kan dan net te weinig zijn om de LEDs normaal te laten oplichten.
Dat is een reden waarom LEDs liever niet in serie gezet worden, uitzonderingen daar gelaten.
Even een resumé over de LED:
- Een halfgeleider – diode – die licht emitteert
- Wordt door STROOM aangestuurd
- Laat alleen stroom door van ANODE naar KATHODE
- Heeft een drempelspanning waaronder deze niet functioneert
Charlie komt er bij kijken
Wat als we nog meer LEDs willen gebruiken? Je zou nog een tak met weerstand en LEDs kunnen bijbouwen na R3. Maar dat vergt weer een extra stuurlijn.
Charlie Allen heeft daar iets op bedacht, zodat die extra stuurlijn niet nodig is. Het naar hem vernoemde Charlieplexing. In het schema hiernaast is die derde tak toegevoegd, tussen de knooppunten van R1 en R3.
Ik ga nu eerst even de tabel van voorgaande schakeling gebruiken en uitbreiden, om te laten zien wat er dan gebeurt. Daarna zal ik uitleggen waarom het gebeurt.
| LED sturing tabel | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Keuze | U R3 | U R2 | U R1 | L6 | L5 | L4 | L3 | L2 | L1 |
| 1 | geen | pos | neg | uit | uit | uit | uit | uit | aan |
| 2 | geen | neg | pos | uit | uit | uit | uit | aan | uit |
| 3 | pos | neg | geen | uit | uit | uit | aan | uit | uit |
| 4 | neg | pos | geen | uit | uit | aan | uit | uit | uit |
| 5 | pos | geen | neg | uit | aan | uit | uit | uit | uit |
| 6 | neg | geen | pos | aan | uit | uit | uit | uit | uit |
In tegenstelling tot het voorgaande schema, lichten de LEDs L1 en L3 resp. L2 en L4 niet meer gezamenlijk op, wanneer de 5e en 6e keuze wordt genaakt. In plaats daarvan lichten nu L5 resp. L6 op. Wat is hier aan de hand?
Uit het resumé weten we, dat een LED (of diode gelijk) een drempelspanning heeft waaronder deze niet werkt. Verder zal stroom altijd de weg van de minste weerstand kiezen.
In het geval van de 5e en 6e keuze zal de stroom dus via de LEDs L5 of L6 willen lopen. Over deze LEDs zal dan de drempelspanning komen te staan. Maar deze spanning is de helft van wat nodig is om de LEDs die in serie staan – L1 + L3 resp. L2 + L4 – te laten oplichten. Want daarvoor zou twee maal deze drempelspanning nodig zijn.
Op deze wijze kunnen we dus zonder extra stuurlijn toch twee LEDs extra aansturen. Zouden we deze Charlieplexing schakeling willen uitbreiden en daarvoor een extra stuurlijn gebruiken, dan is het mogelijk om nog veel meer LEDs aan te sturen.
Hoeveel, dat is te berekenen met de volgende formule: {aantal stuurlijnen] in het kwadraat - [aantal stuurlijnen]. Met de bovengenoemde aantal van 3 + 1 extra stuurlijnen wordt dat dan 4 kwadraat (=16) - 4 = 12. Met 5 wordt het dan 20 LEDs, enz.
Meerdere keuzes
We hebben nu gezien dat we uit de matrix telkens een enkele LED kunnen aansturen. Maar een seinbeeld kan ook bestaan uit meerdere lampen die oplichten. Veel voorkomend is een groene lamp in combinatie met een gele lamp om langzaam rijden aan te geven.
Laten we even aan nemen dat LED L6 een gele led is, en dat we deze tegelijk willen laten oplichten met LED L4. U R3 moet volgens de tabel hierboven voor beide negatief zijn. Voor L4 moet U R2 positief zijn en voor L6 U R1 eveneens. Gaat dit goed?
Voor L3 en L5 sowieso, want deze LEDs taan in de sperrichting. En voor L2 staat aan beide kanten de dezelfde positieve spanning, dus deze zal ook niet oplichten. Dus dit werkt. Maar nu willen we L2 ook op laten lichten. Hoe pakken we dit aan?
Het zal blijken dat L2 en L4 nooit tegelijkertijd kunnen oplichten, Dus dan zit er niets anders op dan te gaan multiplexen. De ene helft van de periode staan L4 en L6 aan, de andere periode alleen L2 aan, Er wordt dus gewisseld – in een hoog tempo zodat het voor ons oog niet opvalt – tussen de combinatie van keuze 4+6 en 2.
In een volgend artikel gaan we kijken, aan de hand van een seriematig Viessmann multiplex signaal, hoe een multiplex signaal in elkaar zit.
- Wordt vervolgd -
Gepubliceerd 19-10-2019
Gecorrigeerd 09-11-2019
