[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer digitalen elektrischen Modellbahn
mit Modellbahnartikeln, die jeweils einen unter einer Decoderadresse ansprechbaren
Decoder umfassen, sowie mit mindestens einer Steuereinheit, wobei von der mindestens
einen Steuereinheit bitweise aufgebaute Befehlstelegramme an die Decoder gesendet
werden, welche Befehlstelegramme jeweils einen Adressabschnitt sowie einen diesem
nachgestellten Befehlsabschnitt umfassen, und wobei von einem sich vom Befehlstelegramm
als angesprochen ansehenden Decoder ein Rückmeldetelegramm an die mindestens eine
Steuereinheit gesendet wird.
[0002] Bei digitalen Modellbahnanlagen, insbesondere bei digitalen Modelleisenbahnen, kann
eine Vielzahl von Modellbahnartikeln wie insbesondere elektrisch angetriebenen Fahrzeugen
in einem einzigen Stromkreis betrieben werden. Die Fahrzeuge können unterschiedliche
Betriebszustände einnehmen, beispielsweise mit unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten
verfahren werden. Dies wird dadurch ermöglicht, dass jedes Fahrzeug einen zur Entgegennahme
von Befehlstelegrammen ausgebildeten Decoder umfasst, der eine Antriebseinrichtung
des Fahrzeugs zur Einnahme einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit ansteuern kann. Ferner
ist es möglich, dass das Fahrzeug Funktionseinrichtungen wie beispielsweise einen
Rauchgenerator, einen optischen oder akustischen Signalgenerator oder eine elektromagnetisch
betätigbare Kupplung aufweist, die ebenfalls vom Decoder angesteuert werden können.
[0003] Die Befehlstelegramme werden von der mindestens einen Steuereinheit an die Decoder
gesendet, wobei die mindestens eine Steuereinheit Betätigungselemente für den Benutzer
umfassen kann, beispielsweise einen Fahrtregler zur Vorgabe der Geschwindigkeit der
Fahrzeuge oder Funktionstasten zur Ansteuerung einer Funktionseinrichtung. Die individuelle
Steuerung eines Modellbahnartikels erfolgt dadurch, dass die Befehlstelegramme einen
definierten Aufbau aufweisen, auch "Paketformat" genannt, der einen Adress- und einen
darauf folgenden Befehlsabschnitt des Befehlstelegrammes vorsieht. Die Decoder können
durch Vergleich der im Adressabschnitt enthaltenen Adressinformationen mit ihrer jeweiligen,
werkseitig voreingestellten oder von der mindestens einen Steuereinheit dynamisch
vergebenen Decoderadresse feststellen, ob das Befehlstelegramm an sie gerichtet ist.
Bejahendenfalls wertet der Decoder die im Befehlsabschnitt enthaltene Information
aus, den eigentlichen Steuerbefehl, und führt die Anweisung der mindestens einen Steuereinheit
aus. Bei einem Verfahren der eingangs genannten Art sendet der Decoder ein Rückmeldetelegramm
an die mindestens eine Steuereinheit, um dieser den Empfang und gegebenenfalls die
Ausführung des Steuerbefehls zu quittieren. Die Ausführung des Befehls kann auch in
der Sendung des Rückmeldetelegramms selber liegen, beispielsweise wenn der Decoder
mittels des Steuerbefehls aufgefordert wird, bekannt zu geben, welchen Typs Modellbahnartikel
er ist.
[0004] In der Praxis besteht das Problem, dass sowohl die Sendung der Befehlstelegramme
als auch die Sendung der Rückmeldetelegramme von Störungen überlagert ist. Im Falle
von Modellbahnfahrzeugen stört ein unzureichender elektrischer Schleifkontakt zwischen
den Fahrzeugen und dem Gleis den Empfang der Befehlstelegramme, und die Übersendung
der Rückmeldetelegramme wird häufig durch Störströme der eigenen Antriebseinrichtung
des Fahrzeuges, aber auch der Antriebseinrichtungen der übrigen Fahrzeuge gestört.
Infolgedessen muss die mindestens eine Steuereinheit die Befehlstelegramme oftmals
sehr häufig in regelmäßigen Zyklen wiederholen, bis sie ein verwertbares Rückmeldetelegramm
empfängt. Speziell wenn die Modellbahn eine Vielzahl von Modellbahnartikeln umfasst,
erfordert dies erheblichen Zeitaufwand sowie ferner Verwaltungsaufwand seitens der
mindestens einen Steuereinheit, weil die Übersendung der Befehlstelegramme und der
Empfang der Rückmeldetelegramme zeitlich miteinander synchronisiert und verwaltet
werden müssen. Solange das Rückmeldetelegramm auf ein Befehlstelegramm ausbleibt,
ist die mindestens eine Steuereinheit im Unklaren darüber, ob der Steuerbefehl tatsächlich
empfangen und ausgeführt wurde.
[0005] Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes Verfahren bereitzustellen,
das es erlaubt, genauere Informationen über den Zustand der digitalen elektrischen
Modellbahn zu erhalten.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes nach dem Empfang des
Adressabschnittes und spätestens mit dem Ende des Befehlstelegrammes begonnen wird.
[0007] Nach dem Empfang des Adressabschnittes und der Auswertung der darin enthaltenen Informationen
kann ein Decoder feststellen, ob der auf den Adressabschnitt folgende Steuerbefehl
im Befehlsabschnitt für ihn bestimmt ist oder nicht. Unabhängig davon, wie der eigentliche
Steuerbefehl lautet, kann der Decoder daher bereits während des Empfangs des Steuerbefehls,
spätestens aber mit Abschluss des Befehlstelegramms, damit beginnen, das Rückmeldetelegramm
an die mindestens eine Steuereinheit zu senden und diese damit über den Empfang des
Befehlstelegramms zu informieren. Der Abschluss des Befehlstelegramms selbst ist dem
Decoder bekannt, da die Befehlstelegramme, wie erwähnt, in definiertem Paketformat
übertragen werden. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird somit die Sendung des Rückmeldetelegrammes
zeitlich in die noch laufende Sendung des Befehlstelegramms hinein verschoben. Befehlstelegramm
und Rückmeldetelegramm stehen damit in engerer zeitlicher Beziehung zueinander als
bei einem gattungsgemäßen Verfahren, und verglichen mit diesem ist seitens der mindestens
einen Steuereinheit frühzeitiger ein auswertbares Rückmeldesignal vorhanden. Dies
hat zum einen durch die enge zeitliche Beziehung zwischen Befehls- und Rückmeldetelegramm
den Vorteil, dass die Zuordnung eines von der mindestens einen Steuereinheit empfangenen
Rückmeldetelegrammes zu einem Befehlstelegramm mit höherer Gewissheit erfolgen kann
als dies bislang der Fall ist, weil nach dem Ende des Befehlstelegrammes auftretende
Störungen mit geringerer Wahrscheinlichkeit als bislang zu fehlerhaftem Empfang des
Rückmeldetelegrammes seitens der Steuereinheit führen. Zum anderen ist es möglich,
die Sendeintervalle zwischen zwei aufeinander folgenden Befehlstelegrammen zu verkürzen.
Die durchschnittliche Wartezeit auf ein verwertbares Rückmeldetelegramm an der mindestens
einen Steuereinheit ist dadurch verringert, selbst im Falle von wiederholt gesendeten
Befehlstelegrammen. Interner Verwaltungsaufwand der mindestens einen Steuereinheit
kann dadurch erheblich reduziert werden. Im Ergebnis erhält man auf Seiten der mindestens
einen Steuereinheit bessere Informationen über den Zustand der Modellbahnanlage, weil
mit höherer Wahrscheinlichkeit und zu einem früheren Zeitpunkt als bislang ein positives
Rückmeldetelegramm auf ein Befehlstelegramm empfangen werden kann.
[0008] Die Rückmeldetelegramme werden üblicherweise schmalbandig über einen gesonderten
Rückmeldekanal an die mindestens eine Steuereinheit übertragen, in der sie mittels
eines schmalen Bandpasses gefiltert werden. Ein schmalbandiges Rückmeldesignal führt
beim Empfang durch die mindestens eine Steuereinheit zu einer zeitlich nicht unwesentlichen
Einschwing- bzw. Abklingphase. Diese unerwünschte Verlängerung des eigentlichen Rückmeldetelegrammes
ist beim erfindungsgemäßen Verfahren aufgrund der zeitlichen Verschiebung des Beginns
des Rückmeldetelegrammes in das Befehlstelegramm hinein ebenfalls von weniger störendem
Einfluss.
[0009] Günstig ist es, wenn mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes vor dem Ende des Befehlstelegrammes
begonnen wird. Dies ermöglicht es, der mindestens einen Steuereinheit noch früher
ein Rückmeldetelegramm zu übertragen.
[0010] Vorzugsweise wird unmittelbar nach dem Empfang des letzten Bits des Adressabschnittes
mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes begonnen. "Unmittelbar" bedeutet vorliegend,
dass, sobald das letzte Bit des Adressabschnittes empfangen und die empfangene Decoderadresse
auf positive Übereinstimmung mit der tatsächlichen Decoderadresse überprüft worden
ist, mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes begonnen wird. In der Praxis wird der
Adressabschnitt üblicherweise bitweise ausgewertet, d.h. die einzelnen Bits des Adressabschnittes
werden jeweils für sich mit den Bits der im Decoder hinterlegten Decoderadresse verglichen.
Der jeweilige Vergleich nimmt im Verhältnis zur Dauer des Adressabschnittes nur eine
sehr kurze Zeitdauer in Anspruch. In der Praxis kann dadurch erreicht werden, dass
mit der Sendung des Rückmeldetelegrammes sogar innerhalb des ersten auf den Adressabschnitt
folgenden Bits begonnen wird.
[0011] Es kann auch vorgesehen sein, dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes nach einer
vorgegebenen Zahl von dem Adressabschnitt nachfolgenden Bits begonnen wird. Bei dieser
Variante des Verfahrens wartet der Decoder erst eine vorgegebene Anzahl von Bits nach
dem Adressabschnitt ab, bevor er beginnt, das Rückmeldetelegramm zu senden.
[0012] Von Vorteil ist es, wenn das Befehlstelegramm als Folge von mindestens zwei aufeinander
folgenden, jeweils identische Adressabschnitte und Befehlsabschnitte umfassenden Befehlstelegrammsegmenten
gesendet wird und wenn mit dem Senden des Rückmeldetelegramms nach Empfang eines vorgegebenen
Bits eines dem ersten Befehlstelegrammsegment nachfolgenden Befehlstelegrammsegmentes
begonnen wird. In der Praxis, darauf wird nachfolgend noch näher eingegangen, ist
es bekannt, das Befehlstelegramm als Folge von mindestens zwei, typischerweise aber
zwei, Befehlstelegrammsegmenten zur decoderseitigen Verifizierung korrekten Empfangs
des Befehlstelegrammes zu senden. Die Befehlstelegrammsegmente sind typischerweise
identisch, zumindest aber im Hinblick auf die jeweiligen Adressabschnitte und die
Befehlsabschnitte. Bei vorliegender Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird
mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes erst nach dem Empfang eines Bits des zweiten
oder späteren Befehlstelegrammsegmentes begonnen, insbesondere nach dem ersten Bit
des zweiten Befehlstelegrammsegmentes. Durch Abwarten zumindest eines Bits eines weiteren
Befehlstelegrammsegmentes ist dadurch decoderseitig die Wahrscheinlichkeit höher,
dass der Empfang des ersten Befehlstelegrammsegmentes nicht auf eine Störung allein
zurückzuführen ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass mit der Sendung des Rückmeldetelegrammes
erst dann begonnen wird, wenn alle Adressbits des zweiten oder nachfolgenden Befehlstelegrammsegmentes
empfangen worden sind und vom Decoder zumindest zweimal dieselbe Decoderadresse empfangen
worden ist. Dadurch ist decoderseitig die Gewissheit deutlich erhöht, dass das Befehlstelegramm
tatsächlich an den Decoder adressiert ist.
[0013] Bei einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein,
dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer
nach dem Empfang des Adressabschnittes begonnen wird.
[0014] Vorteilhafterweise wird als Bestandteil des Befehlstelegramms eine Prüfinformation
gesendet, anhand derer vom Decoder eine Prüfung auf korrekten Empfang des Befehlstelegrammes
durchgeführt wird. Anhand der Prüfinformation kann decoderseitig festgestellt werden,
ob das Befehltelegramm als korrekt empfangen anzusehen ist.
[0015] Bei einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es günstig, wenn ein
die Prüfinformation enthaltender Prüfabschnitt des Befehlstelegrammes gesendet wird,
wenn anhand von im Adressabschnitt und im Befehlsabschnitt enthaltenen Informationen
eine Kontrollinformation gebildet wird und wenn die Kontrollinformation auf Übereinstimmung
mit der Prüfinformation geprüft wird. Der Prüfabschnitt, der typischerweise dem Befehlsabschnitt
nachgestellt am Ende des Befehlstelegrammes gesendet werden wird, enthält eine Prüfinformation,
auch als "Prüfsumme" bezeichnet. Anhand desselben Algorithmus, der seitens der mindestens
einen Steuereinheit zur Bildung der Prüfsumme eingesetzt wird, kann decoderseitig
die im Adressabschnitt und im Befehlsabschnitt enthaltene Information zur Bildung
einer Kontrollinformation, auch "Kontrollsumme" genannt, herangezogen werden. Stimmen
die Prüfsumme und die Kontrollsumme überein, wird das Befehlstelegramm als gültig
angesehen, d.h. als korrekt empfangen betrachtet.
[0016] Bei einer andersartigen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es von Vorteil,
wenn das Befehlstelegramm als Folge von zwei oder mehr identischen, jeweils einen
Adressabschnitt und einen Befehlsabschnitt umfassenden Befehlstelegrammsegmenten gesendet
wird und wenn die Übereinstimmung der Befehlstelegrammsegmente als Prüfinformation
angesehen wird. Wie bereits erwähnt, sind Verfahren zum Senden von Befehlstelegrammen
bekannt, bei denen das Befehlstelegramm aus zwei oder mehr einander nachfolgenden
identischen Befehlstelegrammsegmenten aufgebaut ist. Die decoderseitig zu prüfende
Prüfinformation besteht in diesem Fall darin, festzustellen, ob zwei oder mehr identische
Befehlstelegrammsegmente empfangen worden sind. Auf die Übersendung eines Prüfabschnittes
durch die mindestens eine Steuereinheit und die Bildung einer Kontrollsumme seitens
des Decoders kann dadurch verzichtet werden. Stimmen bei vorliegender Variante des
Verfahrens die empfangenen Befehlstelegrammsegmente überein, wird das Befehlstelegramm
als Ganzes als gültig angesehen, d.h. der Empfang als korrekt betrachtet.
[0017] Bei beiden zuletzt beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt
die Überprüfung der Prüfinformation nach dem Ende des Befehlstelegrammes, in dem zu
vorletzt genannten Fall nach dem Abschluss des Prüfabschnittes am Ende des Befehlstelegrammes,
und bei der zuletzt genannten Variante nach dem Abschluss des letzten Befehlstelegrammsegmentes.
Zu diesem Zeitpunkt sendet ein sich vom Befehlstelegramm als angesprochen ansehender
Decoder bereits das Rückmeldetelegramm, denn dieser Zeitpunkt liegt nach dem Ende
des Adressabschnittes.
[0018] Besonders vorteilhaft ist es, wenn bei positiver Prüfung auf korrekten Empfang die
laufende Sendung des Rückmeldetelegrammes für eine vorgegebene Restdauer nach dem
Ende des Befehlstelegrammes aufrechterhalten und anschließend beendet wird und wenn
bei negativer Prüfung auf korrekten Empfang die laufende Sendung des Rückmeldetelegrammes
vor Ablauf der Restdauer abgebrochen wird. Dies ermöglicht es der mindestens einen
Steuereinheit anhand der Länge des Rückmeldetelegrammes festzustellen, ob das Befehlstelegramm
vom Decoder als korrekt empfangen angesehen worden ist. Dies ist von besonderem Nutzen,
da von der mindestens einen Steuereinheit solche Rückmeldetelegramme, die vom Decoder
als Antwort auf eine fehlerhaft empfangene Decoderadresse gesendet werden, ermittelt
werden können. Es kann in der Praxis nämlich vorkommen, dass sich ein Decoder vom
Befehlstelegramm irrtümlicherweise als angesprochen ansieht. Dies kann beispielsweise
dadurch passieren, dass ein Decoder die im Adressabschnitt tatsächlich gesendete Decoderadresse
fälschlicherweise für seine eigene, in ihm gespeicherte Decoderadresse hält, wenn
die Übertragung des Befehlstelegrammes gestört ist. In diesem Fall sendet der Decoder,
da er sich als angesprochen ansieht, das Rückmeldetelegramm an die mindestens eine
Steuereinheit. Die Prüfung auf korrekten Empfang jedoch wird mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit
negativ ausfallen, und der irrtümlicherweise sendende Decoder kann die Sendung des
Rückmeldetelegrammes abbrechen. Da in der mindestens einen Steuereinheit bekannt ist,
wie lange die vorgegebene Restdauer des Rückmeldetelegramms ist, kann die mindestens
eine Steuereinheit das irrtümlich gesendete Rückmeldetelegramm als solches erkennen.
Ferner kann die mindestens eine Steuereinheit feststellen, dass das Befehlstelegramm
vom tatsächlich angesprochenen Decoder korrekt empfangen worden ist, wenn es ein bis
zum Ablauf der vorgegebenen Restdauer anhaltendes Rückmeldetelegramm empfängt. Auch
dann, wenn ein Decoder sich zu Recht vom Befehlstelegramm als angesprochen ansieht,
die Übertragung des Befehlsabschnittes und/oder gegebenenfalls des Prüfabschnittes
jedoch gestört ist, fällt die Prüfung auf korrekten Empfang negativ aus. Auch in diesem
Fall bricht der Decoder die Sendung des Rückmeldetelegramms vorzeitig ab. Empfängt
die mindestens eine Steuereinheit kein bis zum Ablauf der Restdauer andauerndes Rückmeldetelegramm,
kann sie in jedem Fall von einer gestörten Übertragung ausgehen und das Befehlstelegramm
erneut senden.
[0019] Günstig ist es, wenn die Sendung des Rückmeldetelegramms unmittelbar nach dem Ende
des Befehlstelegrammes abgebrochen wird. "Unmittelbar" ist auch in diesem Fall so
aufzufassen, dass der Abbruch der Sendung nach Ablauf einer Zeitspanne nach dem Ende
des Befehlstelegrammes erfolgt, welche viel kleiner ist als die Dauer des Befehlstelegrammes.
Sowohl bei der Prüfung auf korrekten Empfang mittels einer Prüfsumme als auch bei
der Prüfung auf korrekten Empfang unter Einsatz von zwei oder mehr Befehlstelegrammsegmenten
kann eine bitweise Überprüfung der Prüfsumme bzw. der Befehlstelegrammsegmente erfolgen.
Innerhalb einer Zeitspanne, die kleiner sein kann als die Zeitspanne zum Übertragen
eines Bits nach Abschluss des Befehlstelegrammes kann infolgedessen in der Praxis
ein Prüfungsergebnis vorliegen, ob das Befehlstelegramm als gültig anzusehen ist oder
nicht, und die Sendung des Rückmeldetelegramms dementsprechend abgebrochen werden.
Je früher die Sendung abgebrochen wird, desto geringer kann die Restdauer für die
Sendung des Rückmeldetelegramms im Falle einer positiven Prüfung auf korrekten Empfang
sein, damit in der mindestens einen Steuereinheit die Rückmeldetelegramme bei positiver
und negativer Prüfung zuverlässig unterschieden werden können.
[0020] Bevorzugt werden aufeinander folgende Befehlstelegramme ohne dazwischenliegende Sendepause
gesendet, denn dadurch kann die Rate der pro Zeiteinheit gesendeten Befehlstelegramme
erhöht werden. Innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne können auf diese Weise mehr
Steuerbefehle an die Decoder übertragen werden.
[0021] Von Vorteil ist es, insbesondere bei der zuletzt beschriebenen Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wenn die Dauer eines Rückmeldetelegrammes maximal so groß ist wie die
Zeit zwischen den Anfängen von zwei aufeinander folgenden Befehlstelegrammen. Dadurch
kann eine Überlagerung von zwei aufeinander folgenden Rückmeldetelegrammen in der
mindestens einen Steuereinheit vermieden werden. Dies erlaubt es, aufeinander folgende
Rückmeldetelegramme zuverlässig voneinander zu unterscheiden.
[0022] Bevorzugt wird als Rückmeldetelegramm nur ein Bit oder mehrere Bits gesendet, denn
dies erlaubt eine zuverlässige Durchführung des Verfahrens unter möglichst einfacher
konstruktiver Ausgestaltung des Decoders und der mindestens einen Steuereinheit. Im
einfachsten Fall kann das Rückmeldetelegramm genau ein Bit umfassen, beispielsweise
eine binäre Eins. Es ist auch denkbar, dass das Rückmeldetelegramm mehrere Bits umfasst,
insbesondere mehrere identische Bits, speziell mehrere binäre Einsen. Dadurch erhält
das Rückmeldetelegramm ein besonders einfaches Format, welches von der mindestens
einen Steuereinheit zuverlässig detektiert werden kann.
[0023] Ein zuverlässiges Senden von Befehlstelegrammen und/oder Rückmeldetelegrammen unter
zugleich konstruktiv einfacher Ausgestaltung der mindestens einen Steuereinheit und/oder
der Decoder kann erzielt werden, wenn ein Amplitudenmodulationsverfahren zur Codierung
der im Befehlstelegramm und/oder im Rückmeldetelegramm enthaltenen Informationen benutzt
wird. Bei der zuletzt beschriebenen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht
dann das Rückmeldetelegramm aus einem zeitlich konstanten Rückmeldesignal, Einschwing-
und Abklingphasen einmal außer acht gelassen.
[0024] Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Phasenmodulationsverfahren zur Codierung
der im Befehlstelegramm und/oder im Rückmeldetelegramm enthaltenen Informationen benutzt
wird.
[0025] Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im
Zusammenhang mit der Zeichnung der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:
- Figur 1:
- ein schematisches Blockschaltbild einer digitalen elektrischen Modellbahn in Form
einer elektrischen Modelleisenbahn;
- Figur 2:
- schematisch den Ablauf einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Figur 3:
- schematisch den Ablauf einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens;
- Figur 4:
- schematisch den Ablauf einer dritten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens und
- Figur 5:
- schematisch den Ablauf einer vierten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens.
[0026] Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild einer digitalen elektrischen
Modellbahn in Form einer digitalen elektrischen Modelleisenbahn 10. Die Modelleisenbahn
10 umfasst einen elektrischen Modellbahnartikel in Gestalt einer Lokomotive 12, die
auf einem Gleis 14 verfahren werden kann. Eine Steuereinheit 16 ist über zwei Verbindungsleitungen
18 und 20 elektrisch leitend mit dem Gleis 14 verbunden, hierfür umfasst die Steuereinheit
16 Geräteanschlüsse 22 bzw. 24. Das Gleis 14 umfasst zu diesem Zweck in entsprechender
Weise Anschlüsse 26 bzw. 28. Über die Verbindungsleitungen 18 und 20 kann die Lokomotive
12 von der Steuereinheit 16 mit elektrischer Energie versorgt werden. Außerdem können,
wie nachfolgend erläutert, Steuerbefehle von der Steuereinheit 16 an die Lokomotive
12 über die Verbindungsleitungen 18 und 20 übertragen werden.
[0027] Die Lokomotive 12 weist einen Antriebsmotor 30 auf sowie einen digitalen Modellbahndecoder
32. Über den Antriebsmotor 30 hinaus kann die Lokomotive 12 auch weitere Funktionseinrichtungen
umfassen, beispielsweise einen Rauchgenerator, eine optische oder akustische Signaleinrichtung
oder eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung. Der Antriebsmotor 30 sowie diese
Funktionseinrichtungen können auf an sich bekannte und deswegen nicht näher erläuterte
Weise vom Decoder 32 angesteuert werden, mit dem sie auf in der Zeichnung nicht dargestellte
Weise in elektrischer Wirkverbindung stehen. Der Decoder 32 steht seinerseits über
das Gleis 14 und die Verbindungsleitungen 18 und 20 mit der Steuereinheit 16 in elektrischer
Wirkverbindung.
[0028] Die Steuereinheit 16 weist eine Mehrzahl von Bedienelementen auf, beispielsweise
einen drehbaren Fahrgeschwindigkeitsregler 34 sowie eine Mehrzahl von Funktionstasten
36. Die Fahrgeschwindigkeitsregler 34 und die Funktionstasten 36 können von einem
Benutzer manuell betätigt werden, um Steuerbefehle an den Decoder 32 zu übermitteln.
Soll beispielsweise die Fahrstufe der Lokomotive 12 geändert werden, kann der Benutzer
den Fahrgeschwindigkeitsregler 34 betätigen. Der Rauchgenerator, eine akustische oder
eine optische Signaleinrichtung sowie eine elektromagnetisch betätigbare Kupplung
können zum Beispiel unter Betätigung einer der Funktionstasten 36 betätigt werden.
[0029] Ein Steuerbefehl, also gewissermaßen die Anweisung an den Decoder 32, in welcher
Weise der Antriebsmotor 30 oder eine der Funktionseinrichtungen angesteuert werden
sollen, wird von der Steuereinheit 16 unter Einsatz von Befehlstelegrammen gesendet,
wobei zunächst unter Verweis auf Figur 2 der Aufbau eines darin gezeigten Befehlstelegrammes
38 erläutert wird. Der Aufbau des Befehlstelegrammes 38, auch "Paketformat" genannt,
ist der Steuereinheit 16 und dem Decoder 32 bekannt.
[0030] Insbesondere ist das Befehlstelegramm 38 bitweise aufgebaut, und zwar aus einem Adressabschnitt
40, an den sich unmittelbar ein Befehlsabschnitt 42 anschließt, an welchen sich wiederum
ein Prüfabschnitt 44 anschließt. Zwischen zwei aufeinander folgenden Befehlstelegrammen
38 liegt eine Sendepause 46. Bei einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in der Praxis betragen die Dauern des Adressabschnittes 40, des Befehlsabschnittes
42, des Prüfabschnittes 44 und der Sendepause 46 beispielsweise ungefähr 2 ms, 3 ms,
1 ms bzw. 1 ms.
[0031] Im Adressabschnitt 40 ist eine Adressinformation bitweise enthalten, die so genannte
Decoderadresse. Der Befehlsabschnitt 42 umfasst den eigentlichen Steuerbefehl, welcher
etwa mittels des Fahrgeschwindigkeitsreglers 34 oder einer der Funktionstasten 36
vom Benutzer an der Steuereinheit 16 eingegeben wird. Im Prüfabschnitt 44 wird eine
aus Bits aufgebaute Prüfinformation gesendet, auch "Prüfsumme" genannt, welche sich
anhand der im Adressabschnitt 40 und der im Befehlsabschnitt 42 enthaltenen Informationen
aus einem sowohl der Steuereinheit 16 als auch dem Decoder 32 bekannten Algorithmus
bilden lässt.
[0032] Der Adressabschnitt 40 mit der Decoderadresse wird dem eigentlichen Steuerbefehl
im Befehlsabschnitt 42 vorangestellt, weil die Modelleisenbahn 10 über die Lokomotive
12 hinaus eine Vielzahl weiterer Modellbahnartikel und insbesondere Lokomotiven umfassen
kann. Diese sind in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt. Um die einzelnen Decoder
der jeweiligen Lokomotiven voneinander unterscheiden zu können, ist in diesen jeweils
eine werkseitig vorgegebene oder von der Steuereinheit 16 vergebene Decoderadresse
gespeichert. So umfasst der Decoder 32 ein Speicherglied 48, in dem seine Decoderadresse
gespeichert ist.
[0033] Wird von der Steuereinheit 16 ein Befehlstelegramm 38 gesendet, kann vom Decoder
32 durch Vergleich der im Speicherglied 48 hinterlegten Decoderadresse mit der im
Adressabschnitt 40 gesendeten Adresse ermittelt werden, ob das Befehlstelegramm 38
für ihn bestimmt ist, d.h. er auf den im Befehlsabschnitt 42 gesendeten Steuerbefehl
reagieren soll.
[0034] Beim vorliegenden Verfahren ist erwünscht, dass der Decoder 32 der Steuereinheit
16 quittiert, wenn er das Befehlstelegramm 38 erhält. Zu diesem Zweck sendet der Decoder
32 an die Steuereinheit 16 als Antwort auf das Befehlstelegramm 38 ein Rückmeldetelegramm
50, welches in Figur 2 zweifach dargestellt ist, wobei sich die Länge des Rückmeldetelegramms
50 in der mittleren Darstellung der Figur 2 von dessen Länge in der unteren Darstellung
der Figur 2 unterscheidet. Auf den Unterschied in der Länge des Rückmeldetelegramms
50 wird nachfolgend eingegangen.
[0035] Beim erfindungsgemäßen Verfahren beginnt der Decoder 32 mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes
50 nach Empfang des Adressabschnittes 40, aber noch während des Befehlstelegrammes
38, spätestens aber mit dessen Abschluss. Weil die im Adressabschnitt 40 enthaltene
Decoderadresse vom Decoder 32 bitweise auf Übereinstimmung mit der im Speicherglied
48 hinterlegten Decoderadresse geprüft wird, ist unmittelbar nach Abschluss des Adressabschnittes
40 dem Decoder 32 bekannt, ob er durch das Befehlstelegramm 38 angesprochen ist.
[0036] "Unmittelbar" bedeutet in der Praxis vorliegend beispielsweise, dass innerhalb noch
des ersten auf den Adressabschnitt 40 folgenden Bits des Befehlstelegrammes 38 im
Decoder 32 die Information über Übereinstimmung der Decoderadressen vorliegt. Dementsprechend
kann gewissermaßen instantan mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes 50 begonnen werden.
Daher ist "unmittelbar" vorliegend als eine Zeitdauer aufzufassen, die deutlich kleiner
ist als die Gesamtdauer des Befehlstelegrammes 38.
[0037] Durch Detektion des Rückmeldetelegrammes 50 kann die Steuereinheit 16 feststellen,
dass das Befehlstelegramm 38 im Decoder 32 empfangen worden ist. Dies ist von Vorteil,
weil die Steuereinheit 16 in diesem Fall davon absehen kann, das Befehlstelegramm
38 erneut, gegebenenfalls in regelmäßigen Intervallen, an den Decoder 32 zu senden.
Dadurch kann die Anzahl der von der Steuereinheit 16 ausgesandten Befehlstelegramme
verringert werden, und außerdem erhält sie genauere Informationen über den Zustand
der Modelleisenbahn 10.
[0038] In der Praxis geschieht es jedoch häufig, dass Übertragungen des Befehlstelegramms
38 gestört sind, beispielsweise durch schlechten Schleifkontakt zwischen der Lokomotive
12 und dem Gleis 14. Dies kann dazu führen, dass sich der Decoder 32 fälschlicherweise
als vom Befehlstelegramm 38 angesprochen betrachtet, weil die im Adressabschnitt 40
enthaltene Decoderadresse fehlerhaft empfangen und irrtümlicherweise als mit der im
Speicherglied 48 gespeicherten Decoderadresse übereinstimmend betrachtet wird. Möglich
ist ferner auch, dass der Steuerbefehl im Befehlsabschnitt 42 vom Decoder 32 falsch
oder gar nicht empfangen wird. Zu diesem Zweck ist die im Prüfabschnitt 44 enthaltene
Prüfsumme vorgesehen.
[0039] Nach Erhalt der Prüfsumme kann der Decoder 32 aus der im Adressabschnitt 40 und der
im Befehlsabschnitt 42 enthaltenen Informationen eine Kontrollinformation, auch "Kontrollsumme"
genannt, berechnen und diese auf Übereinstimmung mit der Prüfsumme im Prüfabschnitt
44 prüfen. Stimmen die Kontrollsumme und die Prüfsumme überein, wird das Befehlstelegramm
38 als korrekt empfangen angesehen. Stimmen die Kontrollsumme und die Prüfsumme nicht
überein, wird das Befehlstelegramm 38 indessen als nicht korrekt empfangen angesehen.
Dies kann an fehlerhaftem Empfang des Adressabschnittes 40, des Befehlsabschnittes
42 oder des Prüfabschnittes 44 liegen.
[0040] Ist das Prüfungsergebnis negativ, bricht der Decoder 32 die Sendung des Rückmeldetelegramms
50, welche während der Prüfung auf Übereinstimmung noch andauert, ab (mittlere Darstellung
der Figur 2). Der Abbruch der Sendung des Rückmeldetelegramms kann unmittelbar nach
dem Ende des Befehlstelegrammes 38 erfolgen, weil die Kontrollsumme und die Prüfsumme
ebenfalls bitweise miteinander verglichen werden können. Innerhalb einer Zeitdauer,
welche sehr kurz im Vergleich zur Dauer des Befehlstelegrammes 38 ist, kann daher
das Rückmeldetelegramm 50 abgebrochen werden.
[0041] Stimmen demgegenüber die Kontrollsumme und die Prüfsumme überein und wird das Befehlstelegramm
38 als korrekt empfangen angesehen, wird die Sendung des Rückmeldetelegrammes 50 für
eine vorgegebene Restdauer 52 nach dem Ende des Befehlstelegrammes 38 aufrechterhalten
und anschließend ordnungsgemäß beendet (untere Darstellung in Figur 2).
[0042] Indem die Steuereinheit 16 die Dauer des Rückmeldetelegrammes 50 ermittelt, kann
sie auf diese Weise einen fehlerhaften Empfang des Befehlstelegramms 38 beim Decoder
32 von einem korrekten Empfang des Befehlstelegramms 38 beim Decoder 32 voneinander
unterscheiden. Dauert das Rückmeldetelegramm 50 bis zum Ablauf der Restdauer 52 nach
dem Ende des Befehlstelegramms 38 an, geht die Steuereinheit 16 von erfolgreichem
Empfang des Befehlstelegrammes 38 aus sowie weiter von einer ordnungsgemäßen Ausführung
des Steuerbefehls im Befehlsabschnitt 42. Bleibt indessen das Rückmeldetelegramm 50
während der Restdauer 52 aus, wiederholt die Steuereinheit 16 das Befehlstelegramm
38 so lange, bis ein Rückmeldetelegramm 50 vorliegt, das den erfolgreichen Empfang
des Befehlstelegramms 38 bestätigt.
[0043] In der Praxis erweist sich beispielsweise eine Restdauer 52 von ungefähr einer 1
ms als ausreichend, damit in der Steuereinheit 16 ein vorzeitig abgebrochenes Rückmeldetelegramm
50 von einem ordnungsgemäß beendeten Rückmeldetelegramm 50 noch zuverlässig unterschieden
werden kann.
[0044] Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird das Rückmeldetelegramm 50 zumindest abschnittsweise
bereits während des Empfangs des Befehlstelegramms 38 gesendet. Dies ermöglicht es,
mittels der Steuereinheit 16 eine höhere Rate von Befehlstelegrammen 38 an die Decoder
der Modelleisenbahn 10 zu senden, so dass eine höhere Zahl von Steuerbefehlen pro
Zeiteinheit von der Steuereinheit 16 übertragen werden kann. Zudem liegt bereits zu
einem früheren Zeitpunkt als bei den bekannten Verfahren ein auswertbares Rückmeldesignal
bei der Steuereinheit 16 vor. Die Wahrscheinlichkeit, dass das Rückmeldesignal durch
Störungen, die beispielsweise durch im Antriebsmotor 30 fließenden Strom verursacht
sein können, ist dadurch verringerbar. Durch diesen engen zeitlichen Bezug zwischen
dem Befehlstelegramm 38 und dem Rückmeldetelegramm 50 liegt auf Seiten der Steuereinheit
16 somit im Ergebnis eine genauere Information den Zustand der Modelleisenbahn 10
betreffend vor, und zwar unabhängig davon, ob im Einzelfall ein Befehlstelegramm 38
vom Decoder 32 erfolgreich empfangen wurde oder nicht.
[0045] Damit aufeinander folgende Rückmeldetelegramme 50 von der Steuereinheit 16 auch bei
korrektem Empfang der Befehlstelegramme 38 vom Decoder 32 noch zuverlässig auseinander
gehalten werden können, beträgt die Dauer der Rückmeldetelegramme 50 vorzugsweise
maximal der Zeit zwischen den Anfängen von zwei aufeinander folgenden Befehlstelegrammen
38. In der Praxis allerdings ist es bevorzugt, wenn die Dauer der Rückmeldetelegramme
50 kürzer ist als die Zeit zwischen den Anfängen zweier aufeinander folgender Befehlstelegramme
38. Dies ist dadurch begründet, dass Rückmeldesignale des Decoders 32 üblicherweise
schmalbandig gesendet werden und von der Steuereinheit 16 mittels eines schmalen Bandpasses
gefiltert werden. Dies führt dazu, dass auf Seiten der Steuereinheit 16 das Rückmeldetelegramm
50 erst zeitlich verzögert nach einer Einschwingphase mit voller Amplitude detektiert
werden kann. Dies ist bei einer in Figur 3 gezeigten Variante des erfindungsgemäßen
Verfahrens durch eine ansteigende Flanke 54 symbolisiert. In entsprechender Weise
kann das Ende des Rückmeldetelegramms 50 in der Steuereinheit 16 erst nach einer Abklingphase
detektiert werden, symbolisiert durch eine abfallende Flanke 56. Die Gesamtdauer eines
erfolgreichen, d.h. nicht vorzeitig abgebrochenen Rückmeldetelegramms 50 einschließlich
der durch die abfallende Flanke 56 symbolisierten Abklingphase entspricht daher günstigerweise
maximal der Zeit zwischen den Anfängen von zwei aufeinander folgenden Befehlstelegrammen
38.
[0046] Im Übrigen entfällt bei der Variante gemäß Figur 3 die Sendepause 46 zwischen zwei
aufeinander folgenden Befehlstelegrammen 38. Der Adressabschnitt 40 eines zweiten
Befehlstelegramms 38 folgt somit unmittelbar auf den Prüfabschnitt 44 des vorangegangenen
Befehlstelegrammes 38. Auf diese Weise kann eine besonders hohe Rate von Befehlstelegrammen
38 und damit von Steuerbefehlen von der Steuereinheit 16 ausgesandt werden.
[0047] Bei in den Figuren 4 und 5 gezeigten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt
bei den Befehlstelegrammen 38 ein Paketformat zum Einsatz, das sich von demjenigen
der Befehlstelegramme 38 unterscheidet, welche bei den Varianten gemäß den Figuren
2 und 3 zum Einsatz kommt.
[0048] Bei dem Verfahren gemäß den Figuren 4 und 5 umfasst das Befehlstelegramm 38 keinen
Prüfabschnitt. Es ist stattdessen aus zwei identischen, zeitlich aufeinander folgenden
Befehlstelegrammsegmenten 58 und 60 gebildet, die voneinander durch einen Pausenabschnitt
62 getrennt sind. Jedes der Befehlstelegrammsegmente 58 und 60 umfasst den Adressabschnitt
40 und den Befehlsabschnitt 42. Die Adressabschnitte 40 und die Befehlsabschnitte
42 weisen jeweils beispielsweise eine Zeitdauer von ungefähr 2 ms auf, und der Pausenabschnitt
62 beispielsweise eine Zeitdauer von ungefähr 1,5 ms, wobei sich diese Dauer vorzugsweise
deutlich von der Sendepause 46 unterscheidet.
[0049] Die Prüfinformation besteht bei dieser Variante des Befehlstelegrammes 38 darin,
dass die Befehlstelegrammsegmente 58 und 60 übereinstimmen. Dies kann vom Decoder
32 ebenfalls bitweise überprüft werden, so dass unmittelbar nach dem Ende des Befehlstelegrammes
38 ein Prüfungsergebnis vorliegt. Stimmen die empfangenen Befehlstelegrammsegmente
58 und 60 überein, wird dies als korrekter Empfang des Befehlstelegrammes 38 gewertet,
und eine laufende Sendung des Rückmeldetelegramms 50 wird wie im vorstehend erläuterten
Fall für die Restdauer 52 aufrechterhalten und anschließend ordnungsgemäß beendet
(untere Darstellung von Figur 4).
[0050] Für den Fall, dass die Befehlstelegrammsegmente 58 und 60 nicht übereinstimmen, die
Prüfung also negativ ausgeht, wird die Sendung des Rückmeldetelegrammes 50 ebenfalls
wie vorstehend erläutert unmittelbar nach dem Ende des Befehlstelegrammes 38 abgebrochen
(mittlere Darstellung von Figur 4).
[0051] Während bei der in der Figur 4 schematisch dargestellten Variante des Verfahrens
die Sendung des Rückmeldetelegramms 50 unmittelbar nach dem Empfang des (ersten) Adressabschnittes
40 des ersten Befehlstelegrammsegmentes 58 erfolgt, beginnt die Sendung des Rückmeldetelegramms
50 bei der in der Figur 5 schematisch dargestellten Variante des Verfahrens zeitlich
deutlich verzögert, jedenfalls aber spätestens mit dem Ende des Befehlstelegrammes
38. Bei der Variante gemäß Figur 5 beginnt die Sendung des Rückmeldetelegramms 50,
nachdem der Decoder 32 das erste Bit des zweiten Befehlstelegrammsegmentes 60 empfangen
hat. Dadurch kann beispielsweise seitens des Decoders 32 sichergestellt werden, dass
der Empfang des ersten Befehlstelegrammsegmentes 58 nicht gänzlich auf einer Störung
beruht.
[0052] Die bereits vorstehend erwähnten Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie
bei den Varianten gemäß Figur 2 und Figur 3 erzielt werden können, können bei den
Varianten gemäß Figur 4 und Figur 5 ebenfalls erzielt werden, so dass diesbezüglich
auf vorstehende Ausführungen verwiesen werden kann.
[0053] Zur Codierung der im Befehlstelegramm 38 und im Rückmeldetelegramm 50 enthaltenen
Informationen wird vorzugsweise ein Amplitudenmodulationsverfahren benutzt, um den
apparativen Aufwand seitens der Steuereinheit 16 und des Decoders 32 so gering wie
möglich zu halten. Als Rückmeldetelegramm 50 können hierbei beispielsweise nur eine
Folge von binären Einsen gesendet werden, die mit der Steuereinheit 16 apparativ einfach
und zuverlässig empfangen werden können.
1. Verfahren zum Steuern einer digitalen elektrischen Modellbahn mit Modellbahnartikeln,
die jeweils einen unter einer Decoderadresse ansprechbaren Decoder umfassen, sowie
mit mindestens einer Steuereinheit, wobei von der mindestens einen Steuereinheit bitweise
aufgebaute Befehlstelegramme an die Decoder gesendet werden, welche Befehlstelegramme
jeweils einen Adressabschnitt sowie einen diesem nachgestellten Befehlsabschnitt umfassen,
und wobei von einem sich vom Befehlstelegramm als angesprochen ansehenden Decoder
ein Rückmeldetelegramm an die mindestens eine Steuereinheit gesendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Senden des Rückmeldetelegramms nach dem Empfang des Adressabschnittes und
spätestens mit dem Ende des Befehlstelegrammes begonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes vor dem Ende des Befehlstelegrammes begonnen
wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach dem Empfang des letzten Bits des Adressabschnittes mit dem Senden
des Rückmeldetelegrammes begonnen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes nach einer vorgegebenen Zahl von dem Adressabschnitt
nachfolgenden Bits begonnen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befehlstelegramm als Folge von mindestens zwei aufeinander folgenden, jeweils
identische Adressabschnitte und Befehlsabschnitte umfassenden Befehlstelegrammsegmenten
gesendet wird und dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes nach Empfang eines
vorgegebenen Bits eines dem ersten Befehlstelegrammsegment nachfolgenden Befehlstelegrammsegmentes
begonnen wird.
6. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Senden des Rückmeldetelegrammes nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer
nach dem Empfang des Adressabschnittes begonnen wird.
7. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bestandteil des Befehlstelegrammes eine Prüfinformation gesendet wird, anhand
derer vom Decoder eine Prüfung auf korrekten Empfang des Befehlstelegrammes durchgeführt
wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Prüfinformation enthaltender Prüfabschnitt des Befehlstelegrammes gesendet
wird, dass anhand von im Adressabschnitt und im Befehlsabschnitt enthaltenen Informationen
eine Kontrollinformation gebildet wird und dass die Kontrollinformation auf Übereinstimmung
mit der Prüfinformation geprüft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befehlstelegramm als Folge von zwei oder mehr identischen, jeweils einen Adressabschnitt
und einen Befehlsabschnitt umfassenden Befehlstelegrammsegmenten gesendet wird und
dass die Übereinstimmung der Befehlstelegrammsegmente als Prüfinformation angesehen
wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei positiver Prüfung auf korrekten Empfang die laufende Sendung des Rückmeldetelegrammes
für eine vorgegebene Restdauer nach dem Ende des Befehlstelegrammes aufrechterhalten
und anschließend beendet wird und dass bei negativer Prüfung auf korrekten Empfang
die laufende Sendung des Rückmeldetelegrammes vor Ablauf der Restdauer abgebrochen
wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendung des Rückmeldetelegrammes unmittelbar nach dem Ende des Befehlstelegrammes
abgebrochen wird.
12. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aufeinander folgende Befehlstelegramme ohne dazwischenliegende Sendepause gesendet
werden.
13. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer eines Rückmeldetelegrammes maximal so groß ist wie die Zeit zwischen den
Anfängen von zwei aufeinander folgenden Befehlstelegrammen.
14. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Rückmeldetelegramm nur ein Bit oder mehrere Bits gesendet wird.
15. Verfahren nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Amplitudenmodulationsverfahren zur Codierung der im Befehlstelegramm und/oder
im Rückmeldetelegramm enthaltenen Informationen benutzt wird.