Forum: HF, Funk und Felder Kapazitive oder Magnetische Nahfeld-Kommunikation


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von Flip B. (frickelfreak)


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Hallo zusammen,

ich suche nach einer Lösung zur Kontaktlosen Datenübertragung zwischen 
Fahrzeugen und einem Beacon in (Kunststoff)gleisen einer Modellbahn. Die 
Energieversorgung (Akkus) und Steuerung ist hierbei komplett im 
Fahrzeug. Stichwort Dead-Rail. Das mache ich, damit ich Gleise und ggf. 
auch Radsätze 3d-drucken, kontaktprobleme vermeiden und Gleisköpfe 
realitätsnah rostbraun ansprühen kann. Über Funkmodule kann ich 
grundlegend Steuern, hätte aber gerne etwas, was mir die zusammensetzung 
und position des Zugverbands ermitteln kann.

Grobe Rahmenbedingungen:

- Bidirektionale übermittlung von ca. 10Bytes oder Bidirektionale 
feststellung von Position
- Überfahrgeschwindigkeit  0-500mm/s
- Horizontaler abstand der Transceiver ca. 8-10mm
- Baulänge max 60mm im Gleis, 10mm im Fzg., Höhe 2mm, breite ca. 8mm
- Dient hauptsächlich zur lokalisierung. Nachbarbeacons ab 20mm 
entfernung sollen nicht reagieren oder filterbar sein.
- eine beliebige seite sollte Passiv, also ohne eigene Stromversorgung 
arbeiten (Z.b. einfacher Wagen oder kilometerstein im Gleis)
- Staub- und schmutzresistent.
- mindestens passive seite <50ct/stk
- Möglichst geringer Standbyverbrauch

Bisher kommen mir in den Sinn:
- Infrarot, schmutzemfindlich(er):
  - Infrarot-reflex im Gleis, Barcode am Fahrzeug
  - Infrarot-reflex im Fahrezeug, gleis auf jeder schwelle mit 
unsichtbarer farbmarkierung codieren
  - Infrarot Bidirektional: Verschmutzt ggf durch staub, modulation muss 
sehr Hochfrequent erfolgen, um rechtzeitig fertig zu sein. Vermutlich 
fallen damit übliche fernbedienungsempfänger flach, also ist diskrete 
analogtechnik notwendig.

- Elektromagnetisch:
  - RFID-Tags: Klein, Lesegerät im Gleis jedoch nicht passiv möglich. 
Lesegerät im fahrzeug benötigt transceiver-chip
  - Kapazitiv: zwei Kupferflächen auf beiden seiten, direkt an 
wackelnden MCU-pins. ggf parasitäre versorgung von kleinem µC auf der 
passiven seite möglich, oder so ähnlich wie Messschieber durch die form 
der Kapazitiven elemente codiert.
  - Induktiv (low-freq-RFID): ferritantenne, passive gegenseite 
ebenfalls parasitär versorgt, Modulation ebenfalls über schon 
vorhandenen µC
 - Oder ich setze in jedes FZG und jeden Kilometerstein einen 
low-power-Zigbee-µC und gehe über den RSSI!? Damit hätte ich 
Fernsteuerung und Nahfeld-Position erschlagen.

Gerne würde ich bestehende Standarts und Projekte anschauen, und 
möglichst übernehmen. Kennt da jemand etwas in die richtung?

: Verschoben durch Moderator
von Jens M. (schuchkleisser)


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Ich hätte gesagt 125kHz-Standard-Transponder. Die gibts als Glaspille 
ähnlich denen die Haustieren implantiert werden.
Die haben normal nur eine feste ID von wenigen Bytes, aber es gibt 
Frickelprojekte, die mit einem ATtiny einen Transponder nachahmen 
können, evtl. kannst du die abändern, so das die veränderliche Daten 
schicken. Die sind übrigens auch fremdgespeist, also passiv...

Mir geht aber gerade ein, das sich deine Anforderungen beißen:
Einerseits willst du bidi Daten senden, andererseits soll eine Seite 
passiv sein. Wie das?

von Flip B. (frickelfreak)


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Jens M. schrieb:
> Einerseits willst du bidi Daten senden, andererseits soll eine Seite
> passiv sein. Wie das?

Es soll beides möglich sein. Mit passiv mene ich auch eher nur über die 
gegenseite mit Energie versorgt, kann ruhug ein kleiner µC sein.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Warum sollte ich einem Transponder (egal wie realisiert, aber ohne 
Stromversorgung) Daten senden? Er kann ja nichts damit machen ohne 
Strom.
Der einzige Sinn darin wäre, Transponder ohne Seriennummer zu kaufen und 
die dann beim Einbau zu programmieren, also die Seriennummer nicht dem 
Hersteller zu überlassen sondern für die Anlage z.B. logisch zu vergeben 
so das eine Abfrage nicht eine beliebige Zahl sondern codiert die 
Position enthält.

Grundsätzlich läuft das mit beliebiger RFID so ab, das du entweder in 
jedem Wagen/Lok einen Chip hast und auf der Bahn etliche Leser, so das 
ein Computer nachvollziehen kann welche Kiste wo langegefahren ist.
Oder die Transponder sind im Gleis und der Zug liest aus, wozu auch 
immer.

Ließe sich auch kombinieren, die Wagen enthalten ihre Seriennummer und 
die Loks zusätzlich einen Leser, so kann der SteuerPC nachvollziehen 
welcher Wagen wo gefahren ist, die Lok kann aber selber Signale, 
Langsamstrecken und Haltepunkte über ihren eigenen Leser finden, wenn 
die Gleistransponder selbstprogrammiert und evtl. auch variabel sind 
(z.b. ändert sich ein Bit wenn der PC das Signal umstellt. So kann die 
Kiste im Zug Halt und Frei erkennen).

Ist aber übles gefrickel... Auch vom Platz her.
Wenn doch nur 2 Strippen zum Zug gehen würden...

von Flip B. (frickelfreak)


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Jens M. schrieb:
> Ließe sich auch kombinieren, die Wagen enthalten ihre Seriennummer und
> die Loks zusätzlich einen Leser

Darum wäre mir lieb, wenn beide Seiten wahlweise Ohne batterie sein 
können.
ich glaube fürs erste kommen unten an die fzg barcodes.  Mein nicht so 
hoch priorisierter Wunsch wäre noch, dass sich durchs befahren mit einer 
Lok der Gleisplan "auslesen" lässt. Dafür müsste jedes Gleisstück sowie 
die Fahrtrichtung erkannt werden können. Das ginge mittels 
Absolut-Magnetencoder 
https://www.linearmotiontips.com/wp-content/uploads/2018/07/Magnetic-Tape-Examples-768x401.jpg
oder Optisch mittels Ir- oder UV-farbe, da habe ich auch noch nicht so 
das richtige gefunden. Das muss auf jeden fall passiv sein, und 
optimalerweise sehr günstig und einfach umzusetzen. PCB mit kleinem 
Padauk-µC würde ich mir noch gefallen lassen.

von Flip B. (frickelfreak)


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Mir fällt gerade noch eine möglichkeit ein: ein paar 
Infrarot-lichtleiter ins gleis stecken, und damit die IR-reflektion zum 
fahrzeug codieren. Mit dem üblichen Infrarot-filtermaterial wäre das 
ziemlich unauffällig. leider scher nicht 100% schmutzresistent, dafür 
ist optisch einfacher und günstiger als elektromagnetisch.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Flip B. schrieb:
> Darum wäre mir lieb, wenn beide Seiten wahlweise Ohne batterie sein
> können.

Dann brauchst du ein System ähnlich NFC im Handy, bei dem beide Seiten 
wie beim WLAN sowohl doof eine ID liefern als auch (sofern Strom da ist) 
fragen können.
Da hierzu deutlich mehr Zeit und Energie nötig ist bekommst du ein 
Platzproblem, die Antennen sind deutlich größer als bei RFID.

Oder, wie ich oben schrieb: du kombinierst Standard-RFID-Technik mit 
125kHz, und baust nach Bedarf Leser und Transponder in beide Seiten ein.
In jedes Gleis ein Orts-ID, an Signale o.ä. ein Aktions-ID, in jeden 
Wagen ein Wagentyp-ID, vor dem Lokschuppen und nach wichtigen Weichen 
o.ä. ein Leser für "Was ist wo" und "Inventur", in die Loks (und 
Prüfwagen) ein Leser (für Gleis- und Aktions-ID).
So kannst du Loks mit Leser automatisieren, aber über den eingebauten 
Transponder auch inventarisieren, Wagen aber rein passiv erkennen wenn 
sie an passender Stelle mal eben vorbeirollen.
Wird aber auch eine Herausforderung, etliche Leser auszuwerten.

von Wolfgang H. (Firma: AknF) (wolfgang_horn)


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Hi, Flip,

> ich suche nach einer Lösung zur Kontaktlosen Datenübertragung zwischen
> Fahrzeugen und einem Beacon in (Kunststoff)gleisen einer Modellbahn.

Für die Lösung erheben wir uns gedanklich in die Luft über der 
Bahnanlage:
Für die Ortung aller Züge schlage ich Infrarot-LEDs in den Schornsteinen 
vor, vielleicht auch Winkelspiegel (die einfallende Strahlung in 
Gegenrichtung zurück reflektieren). Preiswert müssten die Kügelschen zu 
beschaffen sein, die im Straßenbelag Scheinwerferlicht zurück werden.)

Dazu an der Decke über der Gleisanlage
1. eine Infrarot-LED.
2. eine CCD-Kamera, die die Echos aufnimmt,
3. eine Auswertung des Videos zur Ortung der Winkelspiegel. Solche 
Auswertung darf kein Problem sein.

Eine ähnliche Lösung war patentiert für fahrerlose Transportfahrzeuge, 
das Patent dürfte aber abgelaufen sein.

Für die Kommunikation "Lokomotive" <-> "Bodenstation" an der Decke liegt 
nun Infrarot nahe mit zwei Paar LED und Fototransistoren.

Ciao
Wolfgang Horn

von Roland E. (roland0815)


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Flip B. schrieb:
> ... digitale Modellbahn auf Plasteschienen

Schau dir doch mal die etwas weiter entwickelten (Faller-)Car-Systeme 
an.

Dort wird fahren/anhalten über (Elektro-)Magnete in der Straße gelöst.

Mit reinen Plasteschienen kannst du das adaptieren, die Lenkung brauchst 
du halt nicht. Dir reicht der Antriebssatz.

Und für die Erkennung der Fahrzeuge kannst du in die Fahrzeuge einen 
RFID-Transponder packen, und ins Gleis an den Blockstellen einen Leser. 
Dann weiß dein Gleisbildprogramm immer wo die Fahrzeuge sind.

https://ldt-infocenter.com/dokuwiki/doku.php?id=de:rfid-home


Direkt für die MoBa gibt es zB:
https://www.uhlenbrock.de/de_de/produkte/marcolis/i4b051b3-001.htm!arcentryinfo=0004.8.i4b051b3

Kontaktlos. Gibt noch mehr Systeme...

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