Hobby-Elektronik: Fahrbetrieb und Anlagensteuerung mit einer Infrarot-Fernbedienung und Bauteilen eines ausgemusterten TV-Gerätes

Hier stelle ich eine Elektronikschaltung vor, mit der eine Modellbahnanlage ohne eigene Programmierkenntnisse (!) unter Verwendung einer Infrarot-Fernbedienung und des zugehörigen Empfänger-und Bedienungs-Bausteins eines ausgemusterten Fernseh-Gerätes ferngesteuert werden kann. Die Fernbedienung und der Empfänger-Baustein im TV-Gerät enthalten ein aufeinander abgestimmtes Sender- bzw. Empfänger-IC, in denen die zu übertragenden Befehle als Bits in einem festprogrammierten ROM gespeichert sind. Das Bitmuster eines Befehls wird als Pulsfolge übertragen, mit der die Trägerfrequenz (36 bis 40 kHz) des ausgesendeten Infrarotlichts moduliert wird.
Die Änderung des Empfänger-Bausteins für Modellbahnzwecke ist im Prinzip einfach, der Nachbau aber wohl dennoch nur für einigermaßen Elektronikversierte geeignet, da man beim Ausschlachten des TV-Gerätes die richtigen Baugruppen des Bedienungssystems finden muß. Ausgehend von dem leicht an der Frontseite des Gerätes zu findenden Infrarotempfänger und -Vorverstärker verfolgt man die Kabel (bzw. Leiterbahnen), die dann meist zu einem etwas größeren IC führen, das mit dem nötigen "Drumherum" das Gesuchte ist. Ich habe das entsprechende Platinenstück mit der Laubsäge herausgetrennt und man hat dann schon die "halbe Schaltung" fertig, der Rest wandert in die Bastelkiste [1]. (Die Ziffern in rechteckigen Klammern führen beim Anklicken zu Anmerkungen.)

Bild 1 zeigt die Blockschaltung des Konzepts. Die Infrarot-Fernbedienung sendet digitale Signale, die von einer Infrarotempfängerdiode mit meist integriertem Vorverstärker an das zentrale Bedienungssystem des TV-Gerätes gelangen. Dieses enthält einen Decoder, der die Signale für ON/OFF, Kanalwahl, TV/AV-Umschaltung, Abstimmung, Lautstärke usw. decodiert. Zusätzlich ist eine Tastatur am Gerät vorhanden, mit der die Funktionen auch manuell aufgerufen werden können. Schließlich wird die Kanalwahl meist auf einem zweistelligen LED-Siebensegment-Display angezeigt.
Die Signale für Helligkeit, Farbsättigung, Kontrast und Lautstärke werden als analoge Spannungen ausgegeben und eignen sich bestens für die Regelung der Fahrgeschwindigkeit einer oder mehrerer Loks. Die Signale der übrigen Tasten führen im Decoder meist zu Impulsfolgen und/oder Spannungspegelsprüngen, die man zu Schaltzwecken nützen kann.
In den beiden Baugruppen "Anpaß- und Umschaltverstärker" und "Schaltverstärker" werden die decodierten Signale des TV-Bedienungssystems so "umgemodelt", daß sie einen Fahrregler steuern und weitere auf der Anlage häufig benötigten Schaltfunktionen (z.B. Fahrtrichtungsumschaltung, Weichen) ausführen können.
Im folgenden zeige ich eine praktisch ausgeführte Schaltung des hier vorgestellten Konzeptes.

Bild 2 zeigt eine Schaltung des Blocks "Decoder + Anzeige usw." von Bild 1 am Beispiel des 28poligen Fernbedienungsempfängers M58485P von Mitsubishi [2], den ich aus einem Hitachi-Fernsehgerät mit zugehöriger Fernbedienung ausgeschlachtet und schaltungsmäßig für Modellbahnzwecke umfunktioniert habe.
Das IC erfordert eine Betriebsspannung von 12 Volt. Diese wird für den Infrarot-Vorverstärker IR-VV und die beiden anderen ICs (TTL) mit einem 7805 auf 5 Volt herabgesetzt. Das IC arbeitet mit einer Taktfrequenz von 455 kHz, zu deren Erzeugung ein keramischer Resonator Qu dient.
Der IR-VV empfängt das Infrarotsignal, das nach Vorverstärkung durch T1 invertiert und an den Eingang SI (Pin 3) des ICs gegeben wird. Die Zenerdiode D1 überbrückt die Betriebsspannungsdifferenz zwischen IR-VV und T1, damit T1 sicher gesperrt ist, solange kein Signal gesendet wird.
Statt des fernbedienten Betriebs können Befehle auch mittels einer Tastatur gegeben werden. Die Tastatur ist durch das Leiterbahnen-Netz an den Anschlüssen I1 ... JD (Pins 5 ... 11) angedeutet, wobei man sich an jedem Kreuzungspunkt eine Taste zu denken hat, die sich kreuzenden Leiter bei Tastendruck verbindet. (Tabelle der Tastenfunktionen siehe [3])
Mit der Fernbedienung oder der Tastatur können folgende Funktionen ausgelöst und an die Ausgänge (im Bild unten rechts) ausgegeben werden: Mit der Taste "Power on/off" geht Pin 20 des ICs auf High-Potential (= H ~ +12 V), die grüne LED leuchtet und Ausgang ON geht auf H(igh). Diese Funktion ergibt sich auch durch Anlegen von H-Pegel an Pw. Bei jedem Tastendruck der Fernbedienung geht Pin 28 (IR) kurzzeitig nach H, die gelbe LED leuchtet auf und zeigt den Signalempfang an. Mit den Kanalwählertasten können 16 Programme aufgerufen werden. Der angewählte Kanal wird als BCD-Code an den Pins 21 ... 24 (P0 ... P3) ausgegeben. Die BCD-Code-Spannungswerte werden durch die mit R13 ... R20 gebildeten Spannungsteiler auf TTL-Pegel herabgesetzt und mit dem IC SN29764 (BCD zu Siebensegment-Decoder) [4] auf dem zweistelligen Siebensegment-Display (z.B. FND4158 oder ähnl. mit gemeinsamer Kathode) zur Anzeige gebracht. Der Spannungsteiler R23, R24 bestimmt die Helligkeit der Anzeige: je kleiner die Spannung an Pin 1 (He) des SN29764 desto heller die Anzeige. Der BCD-Code wird außerdem an den BCD zu Dezimal-Decoder 7442 gegeben und 10 Kanäle an den Ausgängen K1 ... K10 ausgegeben.
Mit den Tasten Farbe, Helligkeit und Lautstärke, jeweils auf/ab, wird ein an den Pins 15, 16, 17 (F, H, L) anstehendes pulscodemoduliertes Signal variiert. Diese Pulsfolgen werden durch die Tiefpaßfilter R5 ... R7, C7 ... C9 in Analogspannungen umgewandelt und diese über die Emitterfolger T2 ... T4 an die Ausgänge La, He, Fa ausgegeben. Mit der Taste MUTE kann das Lautstärkesignal aus- und wieder eingeschaltet werden. Pin 18 (Mu) und Ausgang Mu geht nach H, was durch Aufleuchten der roten LED angezeigt wird. Mit der Taste NORM (oder mit ->.<- gekennzeichnet) wird das Farb- und das Helligkeitssignal auf einen mittleren Spannungswert eingestellt. [5]

Bild 3 zeigt die praktische Ausführung der beiden Blöcke "Anpaß- + Umschaltverstärker" und "Schaltverstärker" von Bild 1. Die Ausgänge auf Bild 2 (unten rechts) sind mit den gleich bezeichneten Eingängen auf Bild 3 (links) zu verbinden [6].
Vom Eingang Fa gelangt das analoge Signal für die Farbsättigung auf den von IC4 gebildeten Anpaßverstärker. Auf der Fernbedienung gibt es neben den Auf/Ab-Tasten für die analogen Farbsignale eine Taste (mit ->.<- oder NORM bezeichnet), die die Farbsignale auf einen mittleren, "normalen" Spannungswert setzt. Mit R27 wird dieser Wert so kompensiert, daß am Ausgang von IC4 Null Volt erscheinen, wenn die Taste NORM gedrückt wird. Die Taste dient dann zum Anhalten (bzw. Notstop) der Lok. Die Analogspannungswerte oberhalb des NORMwertes werden zur Fahrregelung benutzt und so weit verstärkt (Verstärkungseinstellung mit R30), daß sie zur Aussteuerung des Fahrreglers ausreichen [7]. Mit der Taste Power ON/OFF wird ein Analogschalter N11 betätigt, der bei ON das Ausgangssignal von IC4 an den Ausgang Fahr I durchschaltet. An Fahr I kann einer der auf den vorhergehenden Seiten gezeigten Fahrregler angeschlossen werden, der als Stromverstärker den nötigen Strom ans Gleis liefert. Das Fahrpoti des Fahrreglers entfällt dann, an der Stelle von dessen Abgriff ist Fahr I anzuschließen. Bei OFF verbindet N11 Fahr I mit Pot I. An Pot I kann ein Fahrpoti (10 kiloOhm) angeschlossen werden, alternativ ist Pot I an Masse zu legen, so daß auch manueller Fahrbetrieb möglich ist, bzw. die Fahrspannung bei OFF Null ist.
Eine gleiche Schaltung kann an den Eingang He (Helligkeit) angeschlossen werden, so daß mit einem zweiten Fahrregler an Fahr II eine weitere Lok gefahren werdenn kann.
Für den Fahrbetrieb weniger geeignet ist das analoge Lautstärke-Signal an La, das bei jeder anderen Tastenbetätigung vorübergehend auf "stumm" geschaltet wird, so daß die Lok springen würde. Die Lautstärke kann aber z.B. gut zum Ein/Ausschalten (Taste MUTE) und Dimmen von Glühlämpchen Gl verwendet werden.
Die Fahrtrichtungsumschaltung erfolgt jeweils mit zwei (Vor/Zurück) Kanalwahltasten. Damit die anderen Kanalwahltasten frei verfügbar bleiben, muß der gegebene Befehl gehalten (gespeichert) werden. Hierzu kann entweder ein bistabiles Stromstoß-Relais (wie im Prinzip bei den elektrisch betätigten Weichen) als Powender oder ein FlipFlop verwendet werden.
Bei den Eingängen K2, K3 (Kanalwahltasten 2, 3) ist als Beispiel eine Schaltung mit bistabilem Relais Sp I als Polwender an den beiden Ausgängen PW I gezeigt. T6, T7 [8] erhalten über C15 bzw. C14 nur einen Stromstoß zum Hin/Herschalten der beiden Relaisspulen Sp I, die daher nur kurz von Strom durchflossen und belastet werden [9]. Zur Erzielung steiler Schaltflanken sind die Schmitt-Trigger N7, N8 vorgeschaltet. Bei den Eingängen K4, K5 wird ein FlipFlop N9, N10 hin/hergeschaltet, das über T6 an den Ausgang PW II angeschlossen ein normales Umschaltrelais Sp II betätigt. Kondensator C sorgt für eine definierte Ausgangsstellung des FlipFlop (Relais Sp II stromlos = Fahrtrichtung vorwärts)
Die Kanalwahltaste 1 wird als "Tastenpark- oder Ausgangsstellung" mit Anzeige durch eine LED verwendet, die übrigen Tasten (Eingänge K6 ... K10) können für weitere Schaltzwecke (z.B. Weichen) eingesetzt werden.
[10] Andere Fernbedienungssysteme.

(15.1.2009)