wiFred: WLAN-Drehregler für Modelleisenbahnen mit dem wiThrottle-Protokoll

Weitere Informationen finden Sie unter https://newHeiko.github.io/wiFred/documentation/docu_de.html.

Bedienelemente und Funktionen des wiFred-Handreglers zeigt die Bedienelemente des WLAN-Handreglers. Sie bestehen aus:

Sobald einer der Lokauswahlschalter in die Position "aktiviert" bewegt wird, wird der Handregler hochgefahren und versucht, eine Verbindung zu einem drahtlosen Netzwerk herzustellen. Wenn alle vier Lokauswahlschalter "deaktiviert" sind, trennt sich die Drehregler nach einer Kulanzzeit von fünf Sekunden vom drahtlosen Netzwerk. Das Gerät wechselt dann in den Energiesparmodus, in dem der Akku länger als ein Jahr hält.

Wenn innerhalb von 60 Sekunden keine Verbindung zu dem im Gerät konfigurierten Netzwerk hergestellt werden kann, erstellt die Drehregler ein eigenes drahtloses Netzwerk namens wiFred-config sowie sechs Hex-Ziffern, die von der MAC-Adresse der wiFred-WLAN-Schnittstelle, z. B. wiFred-config61FB7B, entnommen wurden, um die Konfiguration wie unter Konfigurieren des wiFred beschrieben zu aktivieren.

Den vier Lokauswahlschaltern können vier verschiedene Loks zugeordnet werden. Befehle, die vom Geschwindigkeitspotentiometer, dem Richtungsschalter und den Funktionstasten abgeleitet werden, werden (quasi) gleichzeitig an alle ausgewählten Loks übertragen, wobei eine bestimmte Übersetzungstabelle es ermöglicht, dass einige Loks rückwärts fahren, wenn andere vorwärts fahre, und auch Funktionstasten nur auf einige der vier Loks beschränkt - dies wird in Loco configuration und Konfiguration der DCC-Funktion ausführlicher beschrieben.

Durch Drücken der roten Nothalt-Taste sendet der Handregler einen Nothalt-Befehl an alle vier angeschlossenen Loks. Drehen Sie nach einem Not-Halt das Geschwindigkeitspotentiometer auf Null, um die Steuerung der Loks wieder zu aktivieren.

Wenn Sie die rote Not-Aus-Taste drücken, während Sie die Umschalttaste gedrückt halten, wird das Gerät in den Konfigurationsmodus versetzt (und es wird ein Not-Halt für alle angeschlossenen Loks ausgelöst). Weitere Informationen zum Zugriff auf die Konfiguration des Handreglers finden Sie unter Konfigurieren des wiFred.

Jede Änderung der Lokauswahlschalter führt dazu, dass der Handregler einen Not-Halt-Befehl an alle angeschlossenen Loks sendet. Dadurch wird sichergestellt, dass jede Lok, die deaktiviert wird, auf dem Layout anhält und verhindert, dass neu ausgewählte Loks plötzlich mit Geschwindigkeit abheben. Gleiches gilt für eine Änderung des Richtungswechsels, um Schnelle Rückwärtsmanöver zu vermeiden. Drehen Sie das Geschwindigkeitspotentiometer auf Null, um die Steuerung der Loks wieder zu aktivieren.

Wenn der Akku schwach ist, wird das Gerät vor dem Laden der Batterien nicht wieder aktiviert, aber wenn es schon aktiv ist, läuft es etwa eine Stunde weiter. Wenn der Akku leer ist, wird er getrennt und in den Energiesparmodus versetzt. Die erwartete Laufzeit beträgt etwa 20 Stunden Vollzeitbetrieb, mehr, wenn die Drehregler in den Energiesparmodus versetzt wird, wenn die Loks nicht laufen.

Während der Inbetriebnahme und des Betriebs zeigen die LEDs die in LED-Muster und ihre Bedeutung auf dem wiFred beschriebenen Muster an. Nach dem Ausschalten des wiFred zeigen die LEDs für einige Sekunden die aktuelle Batteriespannung an, wie in LED-Muster und wie sie die Batteriespannung beim Ausschalten des wiFred anzeigen beschrieben.

Der wiFred kann über den Micro-USB- oder USB-C-Anschluss am unteren Ende des Gerätes aufgeladen werden. Der maximale Ladestrom beträgt ca. 400 mA und das Gerät kommuniziert nicht mit dem USB-Host, so dass technisch gesehen keine Garantie dafür besteht, dass das Aufladen über ein USB-Kabel funktioniert, aber die meisten Ladegeräte, Computeranschlüsse oder Powerbanks überprüfen den Strom vor dem Einschalten nicht.

Solange der Akku geladen wird, leuchtet die rote Ladeanzeige-LED. Wenn der Akku vollständig geladen ist, leuchtet die grüne Anzeige-LED, solange das Ladegerät noch angeschlossen ist. Die erwartete Ladezeit beträgt etwa fünf bis sechs Stunden für eine vollständige Ladung.

Auch während des Ladevorgangs kann das Gerät noch betrieben werden (besonders hilfreich bei einer Powerbank), aber da der Betriebsstrom aus dem Akku kommt, wird der Akku nie vollständig geladen.

Wenn beide Ladezustands-LEDs aufleuchten, wenn ein Ladekabel angeschlossen wird, ist wahrscheinlich die interne Verbindung zum Akku fehlerhaft.

Es gibt vier Möglichkeiten, in den Konfigurationsmodus zu wechseln:

In den ersten beiden Fällen erstellt der Handregler ein drahtloses Netzwerk mit dem Namen wiFred-config plus sechs Hex-Ziffern, die von der MAC-Adresse der wiFred-WLAN-Schnittstelle stammen, z. B. wiFred-config61FB7B, und kündigt seine Anwesenheit unter dem Namen config.local an sowie die Erstellung eines Captive-Portals an. Jedes WIFi-Gerät mit einem Webbrowser kann eine Verbindung zu diesem Netzwerk herstellen und einen Webbrowser öffnen und http://192.168.4.1 oder http://config.local zu öffnen.

Im dritten und vierten Fall kündigt der Handregler seine Anwesenheit nur unter dem Namen config.local unter Verwendung des Bonjour/Zeroconf-Protokolls. Jedes Gerät im selben WLAN-Netzwerk mit Bonjour/Zeroconf kann über einen Webbrowser auf die Konfiguration unter http://config.local zugreifen. Unter Computer oder Smartphone zur Konfiguration von wiFred finden Sie eine Erläuterung, was erforderlich ist, damit Ihr Gerät Bonjour/Zeroconf-Ankündigungen liest.

Screenshot der wiFred-Hauptkonfigurationsseite zeigt die erste Seite, die Sie sehen, wenn Sie einen Webbrowser auf Ihren wiFred-Drehregler richten. Es ist in mehrere Abschnitte unterteilt, die in den folgenden Kapiteln erläutert werden.

Im Abschnitt "General Configuration" gibt es nur eine Konfigurationsoption: Den Handregler-Namen. Dies ist eine Freiform-Identifikationszeichenfolge des Handreglers. Es wird im wiThrottle-Fenster von JMRI angezeigt, wie in Screenshot des wiThrottle-Bildschirms mit einem angeschlossenen Handregler gezeigt, der eine angeschlossene Drehregler zeigt, und kann verwendet werden, um die Drehregler während der Konfiguration zu identifizieren.

Der Abschnitt "WiFi configuration" zeigt eine Liste der konfigurierten WLAN-Netzwerke. Der wiFred stellt eine Verbindung zu einem Netzwerk in dieser Liste her. Wenn mehrere konfigurierte Netzwerke in Reichweite sind, wählt er das stärkste aus.

Vorhandene Einträge können durch Klicken auf die Schaltfläche "Remove SSID" in der Zeile des Netzwerks, das entfernt werden soll, entfernt werden.

Neue Einträge können entweder durch manuelle Eingabe der SSID und PSK^[2] bei Bedarf und Klick auf die Schaltfläche "Manually add network" oder durch Klicken auf den Link "Scan for networks" hinzugefügt werden, der den Benutzer auf die in Screenshot der wiFred "Scan for networks"-Seite gezeigte Seite führt.

Das Laden dieser Seite dauert einige Sekunden, da der Scan nach Netzwerken zuerst abgeschlossen werden muss. Es zeigt alle Netzwerke an, die während des Scans gefunden wurden. Netzwerke können der Liste hinzugefügt werden, indem Sie auf die Schaltfläche "Add network" klicken, nachdem Sie das PSK^[2] in das Feld daneben eingegeben haben.

Die neue WLAN-Konfiguration wird erst aktiviert, wenn der wiFred neu gestartet wird, entweder durch einen Aus- und Einschaltvorgang oder durch Klicken auf den Link "Restart wiFred to enable new WiFi-settings" auf der Konfigurationsseite.

Im Anschluss an die WLAN-Konfiguration ermöglicht der Abschnitt "Loco server configuration" die Konfiguration des wiThrottle-Servers, mit dem sich der wiFred verbinden soll. Die Standardeinstellung - Server automatisch erkennen - funktioniert gut, wenn nur ein wiThrottle-Server im Netzwerk vorhanden ist. Es verbindet sich mit jedem Server, der seine Anwesenheit auf Port 12090 über Zeroconf / Bonjour ankündigt. Das Ergebnis der Zeroconf / Bonjour-Suche wird hier angezeigt, wenn der wiFred automatisch einen Server entdeckt hat.

Nach der "Lokserverkonfiguration" sind den vier verschiedenen Lokomotiven vier identische Abschnitte zugeordnet, die mit diesem Handregler gesteuert werden können. Jeder Abschnitt besteht aus den folgenden Einstellungen:

Ist diese auf -1 gesetzt, ist die entsprechende Lok deaktiviert.

Wenn eine Funktionstaste gedrückt wird, sendet die Drehregler standardmäßig die entsprechenden Befehle an jede unter Kontrolle befindliche Lok. Unter Umständen ist dies nicht erwünscht - das naheliegende Beispiel ist eine Lok in der Mitte einer Mehrfachtraktion, die kein Spitzenlicht haben sollte. So bietet diese Seite - gezeigt in Screenshot der Konfigurationsseite für die WiFred-Funktionszuordnung - die Möglichkeit, zwischen verschiedenen Einstellungen für jede Funktion an jeder der vier Lokomotiven (eine Seite pro Lokomotive) zu wählen:

Der Abschnitt "wiFred status" zeigt die aktuelle Batteriespannung, gemessen am wiFred. Dies wird beim erneuten Laden der Seite aktualisiert, nicht kontinuierlich.

Es zeigt auch die aktuelle Firmware-Version(en).

Im Abschnitt wiFred system können diverse Einstellungen zur Hardware des wiFred angepasst werden.

Die erste Einstellung betrifft wiFreds, die einen Fahrtrichtungsumschalter mit Mittelstellung haben, und bestimmt, welche Befehle der wiFred bei Mittelstellung sendet. Die Optionen sind:

Der Abschnitt schließt mit zwei Links:

Infrastruktur zum Betrieb von Loks mit dem wiFred zeigt die Verbindungen zwischen den Geräten, die für den Betrieb von Zügen mit dem wiFred erforderlich sind.

Die Symbole in Infrastruktur zum Betrieb von Loks mit dem wiFred symbolisieren die folgenden Teile:

In den folgenden Abschnitten werden mehrere Optionen für jeden Schritt oder die Kombination dieser Schritte beschrieben.

Eine ziemlich out-of-the-box-Lösung für einen Raspberry Pi wird von [Steve Todd] bereitgestellt, der sein eigenes WiFi-Netzwerk erstellt, automatisch mehrere Optionen für die Schnittstelle zu einem DCC-Layout erkennt und einen wiThrottle-Server startet. Es wurde in den Versionen JMRI 4.16 und JMRI 4.20 getestet, um mit dem wiFred zu arbeiten und sowohl über einen RRCircuits LocoBuffer USB als auch über einen Digitrax PR3 über Loconet mit einem Z21 black verbunden zu werden.

Obwohl bisher ungetestet, sollte das Hinzufügen eines [Digitrax LNWI] zu einem Digitrax-System oder eines [MRC Prodigy WiFi] zu einem MRC-System es dem wiFred ermöglichen, auch Loks out-of-the-box zu steuern.

Dies wurde auf einem Windows 7 64Bit Laptop-Computer mit einer 2,4 GHz WiFi-Karte im PC getestet.

Der wiFred funktioniert im Grunde auf jedem 2,4 GHz IEEE802.11b oder -g WiFi-Netzwerk, das neue Geräte akzeptiert und ihnen eine IPv4-Adresse über einen DHCP-Server zur Verfügung stellt. Es unterstützt offene Netzwerke oder WPA2-Verschlüsselung, jedoch nicht WPS.

Es wurde erfolgreich getestet mit einer FRITZ!Box, einem unbekannten Kabelrouter, mehreren öffentlichen WLAN-Netzwerken und mehreren Software-Hotspots einschließlich Linux hostapd sowohl auf einem Intel Atom Netbook der ersten Generation als auch auf einem Raspberry Pi, dem Windows 10 Hotspot und einer Windows 7 Software, wie in #serverWiFi beschrieben.

Jeder PC, auf dem mindestens Java 8 ausgeführt werden kann, kann den JMRI-Server ausführen. Selbst alte 32Bit Netbook-Computer der ersten Generation wie der 2008 Eee-PC haben mehr als genug Rechenleistung für diese Aufgabe. Es gibt JMRI-Versionen für Windows, Linux oder MacOS, daher sollte jedes dieser Betriebssysteme in Ordnung sein.

[JMRI] unterstützt eine Vielzahl unterschiedlicher Verbindungen zum Layout, wie unter [Supported Hardware] beschrieben. Im Allgemeinen, wenn eine JMRI-Installation eine Lok auf dem Layout ausführen kann, ist es eine einfache Angelegenheit, den JMRI-Computer mit einem WLAN-Zugangspunkt zu verbinden (falls nicht bereits verbunden) und den wiThrottle-Server über das Aktionsmenü in DecoderPro zu starten.

Der wiFred wurde getestet mit einem LocoBufferUSB oder einem Digitrax PR3, die jeweils über Loconet mit einer Intellibox, einer Z21 black, einer DCS 51 Zephyr xtra oder einer Minibox 2 DIY DCC Zentrale verbunden ist. Es wurde auch verwendet, um eine Lok auf einem SPROG-Programmierer zu betreiben.

Webbrowser, Zeroconf. Avahi. Bonjour (iTunes?). MacOS out of the box? iOS? Android?

Für die Erstkonfiguration des wiFred können die meisten der oben genannten Geräte entfallen. Wie in Für die Erstkonfiguration sind die Anforderungen sehr gering gezeigt wird nur ein WLAN-fähiges Gerät mit einem Webbrowser benötigt.

Getestet mit iOS 13 und iOS 14, Android 9 und 10 sowie Firefox unter Linux wird die Erstkonfigurationsseite automatisch geladen, wenn das Gerät mit dem wiFred-configXXXX-Netzwerk verbunden ist.

Für die reguläre Konfiguration ist Bonjour/Zeroconf/mDNS-Unterstützung erforderlich, sobald der wiFred erfolgreich eine Verbindung zu einem WLAN-Netzwerk hergestellt und in den Konfigurationsmodus versetzt wurde, um das Gerät zu finden, das sich selbst als http://config.local ankündigt. Dieser Dienst wird unter Linux von einem Softwarepaket namens avahi bereitgestellt, sollte auf iOS und MacOS sofort funktionieren und kann unter Windows mit iTunes installiert werden. Für mobile Betriebssysteme gibt es Apps namens Discovery für iOS und BonjourBrowser für Android, die nicht nur http://config.local übersetzen, um auf die Konfigurationswebsite des im Netzwerk zu verweisen, der sich im Konfigurationsmodus befindet, sondern auch alle wiFreds durchsuchen, die derzeit ihre Anwesenheit ankündigen. Benutzeroberfläche von BonjourBrowser, die zwei im Netzwerk aktive wiFreds anzeigt. zeigt einen Screenshot der Android-Version. Wenn Sie auf ein Gerät klicken, wird ein Browser zu seiner Konfigurationswebsite geöffnet.

Zur Verwendung mit einer Konfigurationssoftware sendet der wiFred unmittelbar nach der Verbindung ins WLAN einen UDP-Broadcast und stellt unter /api/getConfigXML die Konfiguration zur Verfügung.

Mehr Information dazu bei Detlef Born.

Die wiFred-Hardware ist um ein ESP32-S2-WROOM-Modul zentriert, das die LEDs steuert und die Schalter, Drucktasten und Das Geschwindigkeitspotentiometer ausliest. Es erhält seine Energie von einer Einzelzellen-LiPo-Batterie über einen linearen 3,3-V-Spannungsregler, der direkt von den Lokwahlschaltern aktiviert wird, die durch einen Satz von Dioden logisch verbunden werden. Ein RC-Tiefpass verzögert das Ausschalten des wiFred um ein paar Sekunden.

Optional können zwei weiße 5 mm-LEDs, die aus der Oberseite der Leiterplatte herausragen, als Taschenlampe installiert werden. Sie werden von einer Konstantstromquelle direkt aus dem Akku angetrieben und beim Drücken der gelben SHIFT-Taste aktiviert.

Der ESP32-S2 überwacht auch die Batteriespannung und wechselt in den Ruhezustand, wenn die Batteriespannung zu niedrig abfällt. Dies sollte den Stromverbrauch auf einen einigermaßen sicheren Wert senken, auch wenn er nicht so niedrig ist, wie er sein kann, wenn alle Lokauswahlschalter ausgeschaltet sind. Das Aufladen des Akkus kann über den integrierten USB-Anschluss erfolgen, wobei zwei LEDs den Ladestatus anzeigen.

Der Schaltplan ist in mehrere Seiten aufgeteilt und wird in Schaltplanseite mit Batterieanschluss, Ladeschaltung und Netzteil bis Schaltplanseite für Benutzeroberfläche (Taster, Schalter, LEDs, Poti und Taschenlampe) gezeigt. Er wurde mit kicad erstellt und ist zusammen mit dem PCB-Design im [Github repository für wiFred] verfügbar.

Um den ESP32-S2 in den Firmware-Flashing-Modus zu versetzen, muss vor dem Einschalten ein Jumper auf den BOOT-Pins installiert werden, wie in Position des Boot-Jumpers - links vom 0.6 Prototyp, rechts von 0.62 Rendering gezeigt. Nach dem Eintritt in den Bootloader registriert sich der ESP32-S2 als USB-CDC-Gerät, wenn er an einen PC angeschlossen ist, und kann über diesen programmiert werden. Alternativ kann die serielle Schnittstelle an den TXD/RXD-Pins verwendet werden. Die serielle Schnittstelle muss mit 3,3 V-Pegel arbeiten, wie von einem FTDI232-Gerät, das mit 3,3 V betrieben wird.

Alle Dateien im Unterverzeichnis software/esp-firmware des [Github repository für wiFred] müssen in einem Ordner abgelegt werden, dann muss die Hauptskizze esp-firmware.ino mit der Arduino IDE geöffnet werden. Die Einstellungen für die Arduino IDE finden Sie in der Hauptdatei, die Programmierung des Geräts sollte über die Schaltfläche Hochladen im Sketch-Menü funktionieren. Eine alternative Lösung mit einer vorkompilierten Firmware und esptool.py kann in Zukunft dokumentiert werden.

Alle SMD-Teile und Steckverbinder in Liste der Komponenten auf der Unterseite - SMDs und Stiftleisten - für den wiFred ab revision 0.6 befinden sich auf der Unterseite, so dass sie einfach von einem automatisierten PCB-Bestückungsservice installiert werden können. Gerber-Dateien und Speicherortdateien werden im [Github repository für wiFred] zur Verfügung gestellt. Sie sind jedoch nicht kleiner als 0805, so dass es auch für erfahrene Elektronik-Hobbyisten möglich sein sollte, sie von Hand zu löten, obwohl der USB-C-Stecker einen sehr kleinen Pitch hat.

Dann - wie Liste der Komponenten auf der Oberseite - ESP32-S2-WROOM und Benutzerschnittstelle - für den wiFred ab revision 0.6 gezeigt - gibt es nur das ESP32-S2-WROOM-Modul auf der Oberseite der Leiterplatte und alle Schalter, Drucktasten, Potentiometer und LEDs. Nach der Installation des ESP32-S2-WROOM sollte der Richtungsschalter zuerst mit einer 8-mm-Sechskantmutter in die Leiterplatte geschraubt, dann mit den Abschnitten der LEDs an den Pads befestigt und das Geschwindigkeitspotentiometer mit einer 10-mm-Sechskantmutter in die Leiterplatte geschraubt werden, bevor die Leitungen gelöt werden.

Bei allen anderen Schaltern, Tastern und LEDs empfiehlt es sich, zuerst die Löcher in das Gehäuse zu bohren, dann die Teile auf die Leiterplatte zu legen und die Leiterplatte vor dem Löten der Teile in das Gehäuse zu schrauben. Löcher für die Tasterschalter sollten mit einem Durchmesser von 3,5 mm gebohrt werden. Löcher für die LEDs sollten bei 3 mm Durchmesser und Löcher für das Drehzahlpotentiometer bei 8 mm, für den Richtungsschalter bei 6,5 mm Durchmesser gebohrt werden. Die Ausschnitte für die Lokauswahlschalter werden am besten mit 1,5 mm gebohrt und mit einer Laubsäge oder einem scharfen Hobbymesser und einer Feile ausgearbeitet. Der einfachste Ansatz ist ein lasergraviertes Gehäuse - PDF- und DXF-Dateien der Markierungen sind auch im [Github repository für wiFred] verfügbar.

Um eine vollständige Stückliste zu bilden, schließen Sie auch die Liste der Komponenten für die ab Revision 0.6 ohne elektronische Teile zum Löten auf Leiterplatte aufgeführten Teile ein, die nicht auf die Leiterplatte gelötet, sondern später in der Montage verwendet werden.

Nach der Bestückung der Leiterplatte mit allen Komponenten müssen die Löcher und Ausschnitte im Gehäuse höchstwahrscheinlich überarbeitet / verlängert werden, um tatsächlich zu der Leiterplatte zu passen. Dann kann die Leiterplatte mit vier Schrauben in das Gehäuse geschraubt werden. Danach sollte die Batterie an den BATT-Stecker angeschlossen werden. Dabei ist sicherzustellen, dass die Ausrichtung korrekt ist, wie in Anschluss der Batterie an P101 ab Revision 0.6 - schwarzer Draht ist GND, roter Draht ist Plus gezeigt und auf die Platine gedruckt. Der schwarze Draht ist GND, der rote Draht ist der positive. Dann sollte die Batterie mit doppelseitigem Klebeband auf die Unterseite des Gehäuses geklebt werden, damit sie nicht mit Teilen auf der Leiterplatte kollidiert. insbesondere den Stiftleisten und der Richtungsschalter.

Die wiFred-Hardware ist um einen ESP8266 für die WLAN-Verbindung zentriert. Der ESP8266 kommuniziert über seine serielle Schnittstelle mit einem ATMega 328P-Mikrocontroller, der die Stromversorgung verwaltet, die LEDs steuert, die Lokwahlschalter, das Drehzahlpotentiometer, den Richtungsschalter und die Drucktastenschalter für Funktionen und Not-Halt liest. Die Kommunikation erfolgt über einen 2x3-Pin-Header, der es dem Benutzer ermöglicht, ein Programmierkabel an dieselbe serielle Schnittstelle anzuschließen, wenn die Jumper entfernt werden.

Optional können zwei weiße 5 mm-LEDs, die aus der Oberseite der Leiterplatte herausragen, als Taschenlampe installiert werden. Sie werden von einer Konstantstromquelle direkt aus dem Akku betrieben und beim Drücken der gelben SHIFT-Taste aktiviert.

Der wiFred wird von einem Einzelzellen-LiPo-Akku angetrieben. Der ATMega 328P wird direkt an die LiPo-Zelle angeschlossen und wechselt in den Ruhezustand, wenn kein Lokwahlschalter aktiv ist, wodurch der Stromverbrauch auf weniger als 1 μA reduziert wird. Der ESP8266 wird von einem linearen Spannungsregler mit einer Ausgangsspannung von 3 V gespeist, der vom ATMega 328P deaktiviert wird, wenn das Gerät in den Standby-Modus wechselt.

Der Schaltplan ist in mehrere Seiten aufgeteilt und findet sich in Schaltplanseite mit Batterieanschluss, Ladeschaltung und Netzteil bis Schaltplanseite mit Tastern, Lokwahlschaltern, Richtungsschalter, Drehzahlpotentiometer und Taschenlampen-LEDs mit Controller. Er wurde mit kicad erstellt und ist zusammen mit dem PCB-Design im [Github repository für wiFred] verfügbar.

Die Leiterplatte hat Löcher in der Mitte der LED-Footprints, um ihre Positionen mit einer scharfen Nadel auf ein StrapuBox-Gehäuse zu übertragen oder Zentrierlöcher mit einem 1-mm-Bohrer zu bohren. Für alle anderen Löcher steht eine Bohrvorrichtung zur Verfügung, die auch das Bohren von Zentrierlöchern für die Taster, den Richtungsschalter und das Drehzahlpotentiometer ermöglicht. Verwendung der Originalplatine und der Bohrvorrichtung, um die Positionen der Löcher auf das Gehäuse zu übertragen - bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn die Leiterplatten festgeschraubt werden zeigt den Prozess und seine Ergebnisse. Löcher für die Taster sollten mit einem Durchmesser von 3,5 mm gebohrt werden. Löcher für die LEDs sollten bei 3 mm Durchmesser und Löcher für das Drehzahlpotentiometer bei 8 mm, für den Richtungsschalter bei 6,5 mm Durchmesser gebohrt werden. Die Ausschnitte für die Lokauswahlschalter werden am besten bei 1,5 mm gebohrt und mit einer Laubsäge oder einem scharfen Hobbymesser und einer Feile auf die Leiterplatte angepasst.

Der weitere Aufbau ist die Installation aller Komponenten auf der Leiterplatte, die in Bauteile für die wiFred-Platine bis Revision 0.5 aufgeführt sind. Aus Erfahrung mit der Montage der Prototypen empfiehlt sich die folgende Reihenfolge der Komponenten:

Um eine vollständige Stückliste zu bilden, schließen Sie auch die Liste der Komponenten für wiFred bis Revision 0.5 ohne elektronische Teile zum Löten auf Leiterplatte aufgeführten Teile ein, die nicht auf die Leiterplatte gelötet, sondern später in der Montage verwendet werden.

Nach der Bestückung der Leiterplatte mit allen Komponenten müssen die Löcher und Ausschnitte im Gehäuse höchstwahrscheinlich überarbeitet / verlängert werden, um tatsächlich zur Leiterplatte zu passen, dann kann die Leiterplatte mit vier Schrauben in das Gehäuse geschraubt werden. Danach sollte die Batterie an den BATT-Stecker angeschlossen werden. Dabei ist sicherzustellen, dass die Ausrichtung korrekt ist, wie in Anschluss der Batterie an P101 auf Revision 0.4 - schwarzer Draht ist GND, roter Draht ist Plus gezeigt und auf die Platine gedruckt. Der schwarze Draht ist GND, der rote Draht ist der positive. Dann sollte die Batterie mit doppelseitigem Klebeband auf die Unterseite des Gehäuses geklebt werden, damit sie nicht mit Teilen auf der Leiterplatte kollidiert. insbesondere den Stiftleisten und der Richtungsschalter.

Schließlich müssen sowohl der ATMega 328P als auch der ESP8266 mit Firmware programmiert werden, wie in Schreiben der Firmware auf wiFreds der Revision 0.5 und älter beschrieben.

Die wiFred Prototyp Hardware ist um einen ESP8266 für die WiFi-Verbindung zentriert. Der ESP8266 liest auch die Lokwahlschalter und die Batteriespannung und kommuniziert über seine serielle Schnittstelle mit einem ATMega 328P-Mikrocontroller, der die LEDs steuert, das Drehzahlpotentiometer, den Richtungsschalter und die Drucktastenschalter für Funktionen und Not-Halt liest. Die Kommunikation erfolgt über einen 2x3-Pin-Header, der es dem Benutzer ermöglicht, ein Programmierkabel an dieselbe serielle Schnittstelle anzuschließen, wenn die Jumper entfernt werden.

Der wiFred-Prototyp wird von zwei Batteriezellen der Größe AA angetrieben, die mit einem Step-up-Konverter verbunden sind, der 3,3 V für das gesamte Gerät erzeugt. Sobald ein Paar Batterien in das Batteriefach eingelegt wird, wie die Symbole im Batteriefach zeigen, wird die Drehregler hochgefahren und versucht, eine Verbindung zu einem drahtlosen Netzwerk herzustellen. Die Drehregler wird nicht beschädigt, wenn Batterien falsch eingelegt werden, aber es funktioniert auch nicht. Verwenden Sie NiMH- oder primäre AA-Zellen mit 1,2 V bis 1,5 V Nennspannung, niedrige Selbstentladung NiMH-Zellen wie Eneloop oder ähnliches werden empfohlen.

Der Schaltplan ist in mehrere Seiten aufgeteilt und findet sich in Schaltplanseite mit Batterien und Netzteil bis Schaltplanseite mit Tastern, Lokwahlschaltern, Richtungsschalter und Drehzahlpotentiometer. Er wurde mit kicad erstellt und ist zusammen mit dem PCB-Design im [Github repository für wiFred] verfügbar.

Die Prototyp-Leiterplatte hat Löcher in der Mitte der Taster-Footprints und LED-Footprints, um ihre Positionen mit einer scharfen Nadel oder ähnlichem auf ein StrapuBox-Gehäuse zu übertragen. Die Positionen der Lokauswahlschalter können auch durch Markieren durch die Nicht-Kupferlöcher an ihren Enden auf das Gehäuse übertragen werden. Siehe Verwendung der Originalplatine und der Bohrvorrichtung, um die Positionen der Löcher auf das Gehäuse zu übertragen - bessere Ergebnisse werden erzielt, wenn die Leiterplatten festgeschraubt werden für Bilder und weitere Details, die Unterschiede zwischen dem AA-Batterieprototyp und den LiPo-Batterierevisionen sind in diesem Aspekt minimal.

Der weitere Aufbau ist die Installation aller Komponenten auf der Leiterplatte, die in Liste der Komponenten für AA-Batterie-Prototyp aufgeführt sind.

Nach der Montage der Leiterplatte mit allen Komponenten und dem Bohren und Schneiden der Löcher und Ausschnitte in das Gehäuse sind nur noch wenige Schritte übrig. Zuerst müssen einige Vorsprünge im Inneren des Gehäuses entfernt werden, damit die Leiterplatte richtig passt. Entfernen von Vorsprüngen im Gehäuse, damit die Leiterplatte passt zeigt, wie sie leicht entfernt werden können, Reste können mit einem Hobbymesser abgeschnitten werden. Zweitens müssen neue PCB-Montagepads installiert werden, wie in Neue PCB-Montagepads aus 3 mm starkem Forex PVC gezeigt. Für den Prototyp wurde Forex PVC-Schaum verwendet, mit einer Schere geschnitten und mit Sekundenkleber auf das Gehäuse geklebt, um sicherzustellen, dass keine Komponenten auf der Leiterplatte im Weg sind, aber jede Art von leicht zu arbeitendem Material mit einer Dicke von 3 mm kann verwendet werden, solange es selbstschneidende Schrauben nimmt (Prototyp verwendet 2,9 mm x 6,5 mm DIN 7981 Schrauben). Drittens benötigen die beiden Shiftttasten gelbe Farbe auf der Oberseite und die Nothalt-Taste rote Farbe - entweder irgendeine Art von Farbe oder ein Farbmarker wie Edding 751. Schließlich müssen sowohl der ESP8266 als auch der ATMega 328P wie in Schreiben der Firmware auf wiFreds der Revision 0.5 und älter beschrieben programmiert werden.

Bei modularen Eisenbahnveranstaltungen, insbesondere der Fremo-americaN-Gruppe, haben mehrere Personen die Smartphone-Handregler-Apps ausprobiert und festgestellt, dass ihnen ein schönes, haptisches Feedback fehlt. Aber die Idee der drahtlosen Steuerung ohne Bindung an einen bestimmten Anbieter und deren notwendigerweise teure Ausrüstung fand große Zustimmung. Also wurde eine Wunschliste zusammengestellt, um die Anforderungen an eine drahtlose Drehregler zu definieren:

Die ersten Prototypen des wiFred wurden so gebaut, dass sie mit zwei AA-Zellen betrieben werden, entweder Batterien oder wiederaufladbaren NiMH-Akkus. Wie in Erster Prototyp mit AA-Akkus beschrieben, erforderte dies einige spezielle Anpassungen des Gehäuses, um alle Komponenten unterzupassen. Schon damals zeigte die Erfahrung mit den Prototypen, dass die Batteriefachabdeckung nicht wirklich passte und beim Versuch, das Batteriefach zu öffnen und zu schließen, leicht kaputt ging.

So wurden die nächsten Versionen um einen integrierte Lithiumakku herum entwickelt, womit die Option verloren ging, leere Batterien einfach auszutauschen. Dafür war die Laufzeit länger und die Elektronik passte richtig in das Gehäuse. Das Aufladen der zweiten Generation erfolgt über einen Micro-USB-Anschluss, so dass eine Powerbank die Laufzeit des Geräts verlängern kann, wenn der interne Akku erschöpft ist. Außerdem fungieren die Lokauswahlschalter mehr als ein Netzschalter als bei den ersten Prototypen und reduzieren den Stromverbrauch auf einen vernachlässigbaren Betrag, wenn alle Loks deaktiviert sind.

Der neueste Prototyp wird von zwei Prozessoren auf einen einzigen, neuen ESP32-S2-Prozessor umgestellt, was Platz spart, die Anzahl der Komponenten reduziert, alle SMD-Komponenten auf einer Seite der Leiterplatte platziert und einen direkten USB-Firmware-Download ermöglicht. Es wird keine neuen Funktionen gegenüber den früheren LiPo-Akkuversionen enthalten, aber hauptsächlich für den Bastler einfacher zu bauen sein.

Während der Entwicklung dieses wiFred kam in der americaN-Gruppe der Fremo ein weiteres Thema auf, nämlich drahtlose Uhren mit einstellbarer Taktrate für Timetable & Trainorder-Betrieb. Dies führte zur Ausgliederung des [wiClock]-Projekts.