Es werde Licht ... Inspiriert durch Miluwa

[wzimmermann]

Hallo Ingolf,
Du faehrst ja schwere Geschütze auf! Damit lassen sich alle denkbaren Effekte realisieren. Ich habe auch mittlerweile hunderte LEDs verbaut, aber bei den Effekten setze ich mehr auf einzelne Lösungen mit Arduinos. In Grenzen lassen sich auch damit ganze Abläufe erstellen wenn man die Zeiten aus der Steuerungssoftware z. B. Traincontroller triggert.
Mehr kann ich momentan aus Zeitgründen sowieso nicht realisieren.
Gruss
Wolfgang Z.

[Tren_en_TT]

Nun, die meisten Effekte sind ja lokal in den Modulen programmiert. So belegt man nicht den Datenbus und auch keinen Rechner
Nur Effekte, die man nicht in den Modulen realisiert hat, macht man halt mit dem PC.


Hier mal ein kurzes Viedo, wie die Installation bei mir aussieht:

https://youtu.be/2TQ6SYsDLD8

[Tren_en_TT]

Ich wollte mal an einem Beispiel zeigen, wie ich das nun im Detail gemacht habe:

Ich habe für die Leds Verteiler gebaut. Hier mal ein kurzer Überblick:



1=RS485-Busleitung der Anlage (Eingang)
2=RS485-Busleitung der Anlage (Ausgang zum nächsten Verteiler)
3=Stichverteiler für die Module (um bequem einzelne Module auch im Betrieb an/abstecken zu können)
4=Modul (in dem Fall WS2812-Lichtmodul)
5=WS2812-Lichtverteiler. Ein Verteiler wird pro Kanal des Moduls angeschlossen (3-Kanäle).
An einen Verteiler können 5 Häuser angesteckt werden. Die Anzahl der Leds pro Kanal ist auf 64 begrenzt.
6=Haus mit WS2812-Leds (in dem Fall 10 Stück)

Also mit einem Lichtmodul könnte man 192 Leds ansteuern, also z.B. 15 Häuser mit je 12 Leds.
Die Leds werden mit 150Hz aktualisiert, aber nur, wenn auch Änderungen vorliegen. Die meisten Effekte macht das Modul selbst.
Nur ausgefallene Sachen macht der Server. Aber man kann auch die Software der Module anpassen, eine Upload-Funktion der Firmware ist eingebaut. Geht auch während des Betriebs der Anlage.

Warum RS485?
CAN-Bus mag ich nicht Mir zu wirres Bitgeschubse... Ethercat wäre gut, aber noch zu teuer. Es muss störsicher und differenziel sein. Deswegen bin ich bei RS485 geblieben. Industriell sicher, einzelne Module wärend des Betriebs tauschbar, billige Elektronik.

Die Software ist unbegrenzt, was die Leds betrifft. Nur pro RS485-Bus ist es begrenzt auf 128 Module, also 24576 Leds. Wenn man mehr braucht, muss man halt noch einen 2. Leitungstreiber spendieren

Ich hoffe das das ein Anfang für interessanten einen Erfahrungsaustausch liefert.
Ich freue mich auf angeregte Diskussionen…

LG,
Ingolf

[Harry]

...
Ich hoffe das das ein Anfang für interessanten einen Erfahrungsaustausch liefert.
Ich freue mich auf angeregte Diskussionen…

Ähmmm, ich finde das beeindruckend, klasse, faszinierend, was Du da machst. Aber ich meine, Du bist damit so weit jenseits des Modellbahneralltags, dass Du hier kaum Diskussionspartner finden wirst...

Mal schauen, ob sich Leute finden, die meiner Meinung widersprechen

Viele Grüße
Harry

[Datterich]

Ich denke auch, dass ein einzelner Anlagenbesitzer und Privatmodellbahnbauer damit wohl überversorgt wäre. Für Modelleisenbahnvereine und -Clubs kann das schon eher sehr interessant und günstig umsetzbar sein.

Auf jeden Fall ist es offenbar auch für nicht ganz so elektronisch versierte Interessierte relativ einfach zu nutzen, und das klingt schon mal richtig gut!

Freundliche Grüße aus Darmstadt
Datterich

[wzimmermann]

Hallo Kollegen,
damit diese interessante Diskussion nicht versandet hier noch mein Senf:
Ingolf, was ist das für eine Software? Läuft die auch auf Linux oder einem RasberryPi?
Die einzelnen Module gibt es wo? Vielleicht kannst Du noch eine kleine Übersichtszeichnung machen.
Wie ich bereits geschrieben habe, setze ich momentan mehr auf Arduino minis. Die gibt es beim Chinesen für 3 Euronen und können auch 12 Ausgänge ansteuern. Dann kann man Programme schreiben, die z.B. eine Startsequenz für Strassenlampen und eine defekte LS-Röhre ablaufen lassen. Man kann noch einen Enable-Eingang machen, der alles ausschaltet.
Für Gebäude muss man mit einem Zufallscode arbeiten, der die Zimmer verschieden ansteuert. Auch verschiedene Weißtöne und blau sind jetzt möglich.
Aber übertreiben darf man es auch nicht. Es soll ja nicht ausschauen wie auf einer Kirmes.
Die Bahnsteigleuchten sind sowieso alle an bei mir. Da gibt es nicht viel zu spielen.
Lediglich die Anlagenbeleuchtung kann man mit deinem Systemen besser gestalten. Wo der Bernd Schmid nur eine blaue Lampe für das Mondlicht hatte, kann man heute einen ganzen Tag simulieren. Da ist so ein System mit DMX ideal.
Aber ich scheue auch mittlerweile mich unter die Anlage zu begeben, da ich auch nicht jünger werde und nach 2 Stunden Arbeiten im Sitzen unter der Anlage kaum mehr hoch komme und mir danach die Knochen weh tun. Außerdem habe ich ein echtes Zeitproblem. Wenn ich noch die ganzen Beleuchtungsumbauten an den Fahrzeugen nehme, dann bleibt da auch nur ein kleines Zeitkontigent.
Ist leider so!
Gruß
Wolfgang Z.

[Tren_en_TT]

Hallo Wolfgang,

Ingolf, was ist das für eine Software? Läuft die auch auf Linux oder einem RasberryPi?
Die einzelnen Module gibt es wo? Vielleicht kannst Du noch eine kleine Übersichtszeichnung machen.

Die Software läuft auf Raspberry/BananaPi genauso wie auf Debian oder WinXP-Win10.
Die Software ist selbst geschrieben (C++, wxWidgets).
Die Module sind Eigenbau. (Mein Job ist Entwicklung von Elektronik für Kunden incl. Prototypenbau bis hin zur Betreuung dr Serienproduktion)

Die Software kann ich gern OpenSource machen. Kein Problem.
Die Module sind einfach aufgebaut, mit einem Atmel als Prozessor, programmiert in Assembler. Kann ich auch OpenSource machen.

Aber übertreiben darf man es auch nicht. Es soll ja nicht ausschauen wie auf einer Kirmes.

Aber ich habe auf der Anlage eine Kirmes-Sektion. Mit Riesenrad, Schaukeln, Karussel...

Außerdem habe ich ein echtes Zeitproblem. Wenn ich noch die ganzen Beleuchtungsumbauten an den Fahrzeugen nehme, dann bleibt da auch nur ein kleines Zeitkontigent.

Ja - kenn ich. Deswegen wollte ich das alles so einfach wie möglich halten.

Auf jeden Fall ist es offenbar auch für nicht ganz so elektronisch versierte Interessierte relativ einfach zu nutzen, und das klingt schon mal richtig gut!

So soll es ja auch sein. Wie Lego

Hier noch mal ein Video, wie man ein Haus konfiguriert.

https://youtu.be/Fb5JJmdlGqE


LG,
Ingolf

[Harry]

...Die Module sind einfach aufgebaut, mit einem Atmel als Prozessor, programmiert in Assembler...

Jetzt machst Du mich neugierig, warum Assembler?
Viele Grüße
Harry

[Tren_en_TT]

Weil mit C oder C++ unsinnige Bibliotheken eingebunden werden, deren Funktionen man gar nicht braucht.
Und wenn man etwas in Echtzeit machen muss, z.b. die WS2812 LEDs ansteuern, nützt einem C auch nix, weil es da auf jeden Takt ankommt.
Und die Abhandlung meines RS485 Protokolls muss auch sehr schnell gehen, also auch Assembler.

Naja, und alles läuft eh über Interrupts ab, und C pusht immer alle Register. Dauert länger, als das was man machen will.

[Harry]

Weil mit C oder C++ unsinnige Bibliotheken eingebunden werden, deren Funktionen man gar nicht braucht. Und wenn man etwas in Echtzeit machen muss, z.b. die WS2812 LEDs ansteuern, nützt einem C auch nix, weil es da auf jeden Takt ankommt...

Okehh, Du weißt ganz sicher, was Du tust, überzeugt hast Du mich allerdings nicht. Aber das ist an dieser Stelle auch gleichgültig. Es beeindruckt mich, was Du da auf die Beine gestellt hast, das genügt mir
Viele Grüße
Harry

[Tren_en_TT]

Glaub mir, Assembler ist Taktsynchron. Bei 20MHz halt auf +-50ns genau.
Mit C kann man das nicht kontrollieren.
Wenn dich das interessiert kann ich dir das gern im Detail per PN oder Mail erklären.

[Datterich]

Glaub mir, Assembler ist Taktsynchron. Bei 20MHz halt auf +-50ns genau. Mit C kann man das nicht kontrollieren.

Kommt es bei der hiesigen Anwendung denn wirklich auf derartige Genauigkeit(en) an? Ich stelle mir gerade vor, dass das Licht im Gästeklo von Haus 4 nun ein paar Millisekunden länger oder kürzer brennt ... da hat sich halt noch jemand nach dem Stuhlgang die Hände gewaschen - oder eben nicht.

Freundliche Grüße an alle Händewascher
Datterich
_________________
Hier trifft man manchmal Leute, die gar keinen Zug vertragen ...

[Tren_en_TT]

Die WS2812 werden mit 800kHz getaktet. Und das Timing muss zu 99,5% stimmen.
Das Protokoll für RS485 läuft mit 250kHz und muss auf 0,2% stimmen.

Was das Licht im Haus macht, ist egal

Aber auf Protokollen darf kein Jitter entstehen.

[Harry]

Du überrascht mich wieder einmal, weil Du eine Schnittstelle per Software realisierst. Warum hast Du keinen Controller verwendet, der das per Hardware unterstützt?
Viele Grüße
Harry

[Tren_en_TT]

1. Jeder IC extra kostet Geld.
Die Hardware soll so billig sein, wie nur möglich. Im Eigenbau kostet ein WS2812-Modul <3€ und ein Light16 Modul ca. 4€.

2. Für die WS2812 Chips gibts keinen billigen IC.

Assembler ist außerdem genauso schnell programmiert wie C, wenn man das schon lange genug macht, nicht kompliziert und gerade für die kleinen Controller mit so wenig Speicher (512Byte Ram, 1-2kByte Flash) ideal. Da kann man mit C nicht viel anfangen.

Was dachtest Du, wie die meisten real-time Bibliotheken die man in C benutzt, programmiert sind? Genau, alle in Assembler.

Wo Leistung egal ist, nimmt man ja auch Hochsprachen. Mein Server RailSolution und der Viewer RailView ist ja auch in C++ programmiert, mit wxWidgets. Dadurch portabel auf allen Recnern, von BananaPi, Raspberry, MAC, Windows-PC oder Linux-Maschinen.
Sowas würde in Assembler sicher nicht gehen , dewegen nehme ich da halt auch C++.

LG,
Ingolf

[Tren_en_TT]

Nun, leider ist das Thema etwas abgedrifftet.
Es ging mir nicht um die Programmierung, sondern um das Licht.

Wie macht ihr eure Raumlichtsimulation?
Freilaufend, synchron zur Modelluhr?
Was ist mit Schattenwurf, wie der der realisiert?

LG,
Ingolf

[Tren_en_TT]

Gut. Da hier keine "wirkliche" Resonanz kam, wie ihr das macht, habe ich am WE mal etwas gebastelt.

Erst mal etwas Holz gekauft für das erste "Sonnenmodul".



Dann daraus mal den Unterbau für die Sonne gebaut. Das muss man natürlich individuell an seine Anlage anpassen. Dei Sonne hängt ca. 1,20m über der Anlage (am Rand), in der Mitte ist die dann 1,80 drüber. Also durch die Wölbung die Simulation von Ost- nach Westhorizont.
Das ermöglicht es auch, einen Schattenwurf zu realisieren.




So - heute kommen noch 50m Led-Stripes, die werden dann da drauf montiert.

Die Software ist auch soweit fertig.

Nun... Einfach hell machen und wieder dunkel, das ist ja keine Raumlichtsimulation.
Also habe ich nachgedacht, wie man es am Besten macht. Es soll erstens so sein, das man nix dran einstellen muss.
Halt auch für DAUs geeignet. Da ja eine Raumsimulation auch Jahreszeiten unterstützen soll, und im Winter ist es ja dunkler, und die Tage kürzer, lag es nahe, die reale Sonne einfach "nachzubauen".
Ich denke, realer als die echte Sonne kann es nicht werden.
Dafür habe ich mich halt erst mal eingelesen, wie das geht und konnte dann die Position der Sonne nach Standort und Uhrzeit genau berechnen.

Aber das ist ja erst die halbe Miete. Nun muss man noch herausbekommen, wie die Beleuchtungsstärke der Sonne ist. Dafür gibt es sogar eine DIN!.
Damit kann man die Beleuchtungsstärke der Sonne ausrechnen, Ea=(300+21000*sin(y))*lx , wobei y die Sonnenhöhe in ° ist.
Man erhält eine Referenz der Beleuchtungsstärke. Die ist jetzt je nach Breitengrad aber noch unterschiedlich. Das kan man aber in Relation setzen und muss es nicht weiter berechnen.
Die Berechnung der Beleuchtungsstärke unter 0° Sonnenhöhe ist aber etwas komplexer.
Der Deutsche Wetterdienst hat im Bericht 175 die "Globalbeleuchtungsstärke während der Dämmerung" unter die Lupe genommen und durch Messreihen eine Formel erstellt.
Mit der Formel: 0,928 + 1,941•cos[15(1°-y)] kann man nun die Beleuchtungsstärke zwischen 0° und -8° ganz gut berechnen. Die Berechnungsgrende sind 0,03lx, was ich auf der Modellbahn jetzt mal als Nacht definieren.

Gut, damit habe ich jetzt den realen Verlauf ohne Bewölkung. Zum Glück gibt es auch dafür Berechnungen vom Wetteramt. Aber das kommt später im Wetter-Modul.

Jetzt hat man aber keinen einheitlichen Himmel, sondern er soll ja bei uns an der Modellbahn vom Ost-Horizont bis zum West-Horizont simuliert werden. Deswegen hat man in den Phasen vor und nach dem höchsten Sonnenstand ja keine gleichmäßige Ausleuchtung, sondern einen Verlauf. Je mehr Beleuchtungseinheiten/Segmente man hat, um so feiner kann man diesen Verlauf simulieren.

Ich habe auch vorgesehen, das rote Licht beim Sonnenauf- und Untergang zu simulieren. Das ist optional.

So - und jetzt ist erst mal alles programmiert und ich werde heute, wenn die 50m Leds da sind, die anbringen. Erste Tests werden zeigen, wie gut die Simulation läuft.

[Datterich]

... keine "wirkliche" Resonanz ...

... dass ein einzelner Anlagenbesitzer und Privatmodellbahnbauer damit wohl überversorgt wäre. Für Modelleisenbahnvereine und -Clubs kann das schon eher sehr interessant und günstig umsetzbar sein.

Deine Beschreibung ist hervorragend, die Ideen sind sehr gut, und die Umsetzung scheint inzwischen durch preisgünstige Bauteile und moderne Elektronik kinderleicht zu sein. Sehr fortschrittlich!

Die hier nicht vorhandene bzw. spärliche Resonanz hängt nach meiner Einschätzung damit zusammen, dass Du hier auf viele klassische Modelleisenbahner triffst, die (heutzutage noch) alles andere als variables Raumlicht auf ihrer To-do-Liste stehen haben. Das wird sich bestimmt eines Tages ändern, und dann sind Deine Beschreibungen höchst aktuell und zukunftsweisend. Bitte nicht nachlassen ...

Freundliche Grüße nach Andalusien
Datterich
_________________
Hier trifft man manchmal Leute, die gar kein Sonnenlicht vertragen ...

[wzimmermann]

Hallo Kollege,
das ist wirklich für die meisten Modellbahner "oversized". Da kann man sich auch gleich 3D-Sound installieren und auf der Anlage Lichtsimulationen. Dann kann man den Hahnenschrei auf dem Bauernhof mit dem Sonnenaufgang verbinden.
Ich bin schon froh wenn ich meine Häuser fertig bekomme und auch der Fahrzeugpark braucht einiges an Pflege.
Dass das mittlerweile geht mit der Simulation sieht man auch schön im Traumwerk von HP-Porsche in Anger.
Das macht schon was her, aber für zuhause steht so etwas hinten auf der langen Liste.
Und wenn solche Lösungen kauft, sind sie halt auch recht teuer.
Das bläst sich gewaltig auf, aber dann macht es Eindruck!
Also dranbleiben! Wir können nur staunen!
Gruß
Wolfgang Z.

[Tren_en_TT]

So - mal wieder Bilder gemacht, wenn auch nur schnell mit dem Handy.
Zu sehen ist ein "Sonnen"-Modul. Darauf sind LED-Streifen mit 60Leds/m im Abstand von 115mm (ergab sich so).
Dazwischen werden dann noch RGB-Streifen geklebt für dei farbige Untermalung des blauen Nachthimmels oder des roten Sonnenauf/Untergangs.

Ein Netzteil (1600W) reicht für 3 Module. Ich werde aber noch andere Netzteile nehmen, die von meinen Bitminern sind so laut

Dann mal die DMX-Controller ohne Gehäuse (kommt noch). Leider gibt es da ein kleines Problem. Der verwendete Prozessor SAMD21 hat leider keine Verbindung des DMA-Controllers mit der AHB-Bridge für die IO-Ports, ich kann also die PWM von den Countern nicht per DMA auf die Ports legen, was aber zwingend nötig ist. Also muss ich den erst mal durch einen SAML21 ersetzen, der zum Glück Pincompatibel ist.
Auch wenn dieser Prozessor mit 48MHz läuft, muss ich einen Teil des Codes doch in Assembler machen, weil der C++ compiler totalen Mist übersetzt und zu viele Takte verbraucht.
Die PWM für die LEDs sollte möglichst im kHz-Bereich liegen, um auch Aufnahmen mit schnellen Kameras flickerfrei hinzubekommen.
Die serielle Kommunikation erschlage ich auch gleich mit DMA. Im Automatik-Modus muss man ja keine Adressen am Controller vergeben, einfach nur als Kette anstecken.