ARDUINO Verkehrsampel Ampelanlage für eine Kreuzung mit Blinkfunktion

Abb.1

Durchaus reizvoll ist eine funktionsfähige Ampelanlage auf der Modellbahn. Sicher gibt es dies auch im Handel, aber man kann sich eine solche Ampelanlage inklusive Schaltung auch selber preiswert mit nur wenigen Bauteilen bauen. Hier beschreibe ich eine Schaltung zur Ansteuerung von 4 Ampeln an einer Kreuzung. Die Ampeln schalten vorbilgerecht von Rot über Gelb nach Grün und wieder zurück, wobei die Dauer der einzelnen Phasen individuell einstellbar sind. Zudem ermöglicht ein Umschalter von Normalbetrieb auf Blinkbetrieb zu wechseln; dies beispielsweise um eine Störung zu simulieren, oder nachts bei wenig Verkehr. Zur Schaltungsrealisierung reicht ein ARDUINO NANO vollkommen aus und es werden lediglich noch 1 Umschalter, 5 Widerstände und 12 LEDs benötigt. Der ARDUINO kann mit 5 bis 20 Volt Gleichspannung versorgt werden.

Abb.2

Die linke Abbildung 2 zeigt das Listing für den ARDUINO-Sketch (Sketch = Programm), welche so in einen ARDUINO-UNO oder ARDUINO-NANO geladen werden kann. Hinter den jeweiligen Befehlen habe ich Kommentare eingefügt, die Erläuterungen  dazu geben. Die Pfeile veranschaulichen die 2 Schleifen: Wenn der Umschalter nicht geschlossen ist, wird die Schleife mit den Pfeilen in Magenta-Farbe kontinuierlich durchlaufen => Normalbetrieb. Abb.3 Vergleiche mit Abb.2 die Schleife "if(digitalRead (Schalter)== HIGH". Die Abbildung 3 zeigt graphisch die einzelnen Ablaufphasen 1 bis 8 der Schleife (loop) für den Normalbetrieb. Die Ziffern von 4 bis 9 bezeichnen die ARDUINO-Pins an denen die LEDs angeschlossen sind. In den beiden Tabellen ist informativ angegeben wie dabei die Ausgänge geschaltet werden: H für HIGH = +5V, L für LOW = 0V. Ist der Umschalter geschlossen, so wird die Schleife mit den Pfeilen in der braunen Farbe kontinuierlich durchlaufen => Blinkbetrieb, d.h. nur die gelben LEDs aller Ampeln blinken. Wird vom Normalbetrieb in den Blinkbetrieb umgeschaltet, so werden automatisch erst die Schaltfolgen des Normalbetriebs durchlaufen, bis alle Ampeln Rot zeigen, erst dann erfolgt der Blinkbetrieb!

Abb.4

Die linke Abbildung 4 zeigt den Testaufbau der Schaltung auf einem Testboard. Über jeweils 220 Ohm-Widerstände werden jeweils 2 parallel geschaltete LEDs mit 5 Volt an ihren Anoden-Anschlüssen (Plus) versorgt. Alle Kathoden-Anschlüsse (Minus) sind mit GND (Ground = Masse = 0 Volt) verbunden. Der schwarze Umschalter legt den Pin 3 auf Masse, um in den Blink-Modus umzuschalten. Ist der Umschalter geöffnet, so ist der Pin 3 im Prinzip H (HIGH). Bei langer Leitungsverbindung zwischen Pin 3 und dem Umschalter, könnte es aber zu Störungen kommen, sodass hier an Pin 3 sicherheitshalber ein 1 K-Ohm Widerstand nach +5V eingefügt wird. So ist das Potential an Pin 3 stets wohldefiniert. Statt des hier abgebildeten ARDUINO-UNO kann selbstverständlich auch ein preiswerter ARDUINO-Nano verwendet werden. Am Sketch (Programm) und an den Pin-Belegungen ändert sich dabei nichts. Lediglich beim Hochladen des Sketch muss im Programm zum Hochladen der entsprechende ARDUINO ausgewählt werden! Bei einer Modellbahnanlage entfällt natürlich das Testboard und die Anschlüsse führen über die Vorwiderstände direkt zu den Ampel-LEDs und die gemeinsame Masse-Rückleitung wieder zu ARDUINO.

Abb.5

Die Verkehrsampel mit einem ARDUINO NANO

Abb.6

Zur Schaltungsentwicklung verwende ich einfachheitshalber stets einen ADRUINO UNO (sofern dieser nicht ausreichensollte, einen ADRUINO MEGA). Nach Entwicklungsabschluss stellt man nicht selten fest, dass ein kleinerer und damit preiswerterer Baustein auch ausreichen würde. So kann hier auch ein ARDUINO NANO verwendet werden. Der Testaufbau ist in Abbildung 5 links dargestellt. Der Sketch zum hochladen bleibt unverändert, nur muss man beim Hochladen statt den UNO den NANO wählen! Nachfolgend stelle ich noch den Schaltplan und und einen Platinenentwurf ein. Natürlich wird man die LEDs nicht auf der Platine bestücken, sondern hier Steckverbindungen für die Ampel-LEDs auf der Anlage verwenden.

Abb.7 Schaltplan für ARDUINO NANO

Abb.8 Platine für ARDUINO NANO

Die Verkehrsampel mit einem ATtiny84 27.04.

Abb.8 ATtiny84 Schaltplan

Die linke Abbildung 8 zeigt den Schaltplan wie die Verkehrsampel an einen ATtiny84 zu verdrahten ist. Das Programm (der Sketch) kann hier vom oben stehenden Download unverändert übernommen werden. Die Schaltung lässt sich am einfachsten auf einer Lochraster-Streifenplatine aufbauen. Die untere Abbildung 9 zeigt dies auf der Oberseite mit Bauteilen und Drahtverbindungen; die Abbildung 10 zeigt die Unterseite mit den zu unterbrechenden Leiterbahnen (diese einfach "aufkratzen" oder wegfräsen). Anmerkung: ich habe diese Schaltung zwar so nicht nachgebaut und getestet, sie sollte aber funktionieren, da das Programm (Sketch) für ARDUINO UNO, ARDUINO NANO und ATtiny84 unverändert gleich sind (lediglich die Anschlussbelegungen sind jeweils entsprechend anzupassen).

Abb.9 Platinenoberseite

Abb.10 Platinenunterseite

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