[RolfSte]

Hallo,
nachdem ich mich als Wiedereinsteiger auf dem Modellbahnmarkt umgesehen habe, habe ich feststellen müssen, dass die Preise für Modelle, Zubehör und elektronische Komponenten sehr hoch sind. Zusätzlich habe ich teilweise den Eindruck, dass die angebotene Elektronik unnötigerweise etwas zu komplex ist.

Ich bin deshalb mitten in einem neuen Projekt – die vielen anderen müssen halt liegen bleiben – um wenigstens die Ansteuerung von Weichen, Signalen und anderen Zubehör mit Kaufteilen und eigenen Komponenten preiswert selbst zu aufzubauen.

Meine wichtigsten Anforderungen:
1. Preiswert
2. Einfach zu verdrahten
3. Flexibel durch Baukastensystem
4. Mit normalen DCC-Befehlen und –Signalen ansteuerbar
5. Mehrere lokalen Systeme möglich, z.B. pro Modul
6. Möglichst weitgehende Verwendung von Arduino-Bibliotheken, z.B. NMRA-Decoder-Library

Die Hardware ist als Prototyp für DI2C-Interface und Weichen fertig und funktioniert, an der Software bin ich gerade dran.
Mit den Arduino-Bibliotheken NMRA ( Decoder ), Wire ( I2C ) und Adafruit_MCP23017 ( Weichen ), etc., kann jeder auch eine eigene SW schreiben.

Schematisch dargestellt könnte ein System z.B. so aussehen:



Jede Platine bedient mehrere Komponenten – Weichen, Signale usw.- und so zwischen 10€ und 20€.

Ein einfaches System kann auf den DI2C-Bus verzichten und für 8 Weichen und 2 bis 3 Lichtsignale so aussehen:



Mit dem Beitrag möchte ich nur ein paar Anregungen geben, wie man es machen kann.

Insbesondere möchte ich den Tipp geben, mal unter den Begriffen „I2C“, „Stemma“, „Qwiic“, insbesondere bei den Firmen eckstein-shop.de, adafruit.com, sparkfun.com etc., im Netz nach Bauteilen und Komponenten zu suchen. Es gibt da sehr, sehr vieles, was man auf der Modellbahn gut brauchen kann, aber wenig kostet. Außerdem bekommt auch Ideen für neue Möglichkeiten und Funktionen

[Lokführer01]

Hallo,

alles gut und schön, was du da schreibst. Aber ich frage mich, was du unter "Preise für Modelle, Zubehör und elektronische Komponenten sehr hoch sind" verstehst. Wenn ich z.B. für einen Weichendecoder 36,50€ (8 Weichen - Digikeijs) bezahle, dann liegt das sicher nur 16€ über deinen Modul (Material). Wenn man dann noch die Entwiklungszeit und den Bau dazu rechnet, dann ist es auch nicht preisgünstiger, denn Zeit ist auch Geld.
Dann sehe ich in einem Modul die Beschriftung "16 PWM für LED's ohne Vorwiderstand." Der LED ist es egal, welche Spannung du verwendest. Für die LED ist relevant, wieviel Strom fleißt. Da kannst du auch die Spannung z.B. auf 2V mit der PWM-Schaltung begrenzen, wenn dort ein Strom > 20mA über die LED fließen kann. Außerdem sind 16 Widerstände sicher preiswerter als 16 PWM-Schaltungen. Dann lese ich was von Relais - nun sind auch nicht günstig für MoBa - Anwendungen. Am Ende ist es auch nicht presigünstiger, als wenn man die fertigen Module kauft.
Aber, das ist meine Auffassund - jeder hat seine und auch eine andere Meinung.

[Bodo]

Hallo zusammen,

ich gehöre zu den Leuten, die einem Prototypen mehr vertrauen, als einer bunten Powerpoint-Folie ... als wesentliche Schwäche sehe ich in dem Konzept z.B. die Stromversorgung - da hängen plötzlich ganz am Ende des I2C-Bus 16 Servos, Relaiskarten oder Schrittmotoren. Schon das einfache System ohne DI2C-Bus (was soll das eigentlich sein ?) wird so wie dargestellt nicht funktionieren. Mehrere dezentrale Dekoder erscheinen mir da viel einfacher, zumal man den "DCC-Bus" ja sowieso überall hat.

Es sind durchaus interessanten Ansätze darin - ein konfigurierbarer Dekoder für die 16-fach-PWM-Platine, I2C-Module für den direkten Anschluss von Lichtsignalen oder Relais-Karten zum Beispiel. Auch ganz allgemein der Hinweis, einfache handelsübliche Komponenten für die Modellbahn zu nutzen, ist zwar nicht neu, aber immer noch richtig . Aber momentan drängt sich mir der Eindruck auf, dass der Vertrieb was verkauft, wovon die Technik noch nicht weiß, wie sie es realisieren soll (um mal einen Vergleich aus meinem Alltag heranzuziehen) ...

Ich würde mich sehr freuen, wenn wir hier noch Prototypen bzw. die "selbst entwickelt und gebauten" Komponenten vorgestellt bekommen - vielleicht finde ich da ja dann Ansätze zur Lösung genau der Problemchen, die mir beim Bau meiner "Insellösungen" immer wieder begegnen.

Viele Grüße, Bodo

[hmarx]

Hallo,

auch ich benutze einen Arduino Nano, um zur Zeit 35 Servos für Weichen, Signale, Entkuppler anzusteuern. Die Servotreiber PCA9685 sind dezentral angeordnet, werden über einige Meter I2C angesteuert und haben 16 Steckplätze für Servos. Die Weichenpolarisierung mache ich mit 8-fach 5 V Relaiskarten, die ebenfalls dezentral am I2C-Bus hängen mit PCF8574 I2C-Interface. Das Servozucken beim Einschalten findet wegen geeigneter Maßnahmen nicht statt. Außerdem habe ich ein S88-Interface mit Arduino gebaut gemäß Anleitung von Ruud Boer. Es bekommt ebenfalls über I2C (allerdings optoentkoppelt) die Weichenstellungen und gibt sie an den PC, auf dem das Steuerprogramm ModellStw läuft. Der I2C-Bus läuft über geschirmtes Telefonkabel I-Y(St)Y 2x2x0,6 entgegen der Spezifikation störungsfrei. Lichtschrankenmodule TRCT5000 sind auch im Einsatz.
Alles Komponenten, die wirklich billig im Internet zu beschaffen sind. Für die selbst entwickelte Software stelle ich keine Vergleichskosten in Rechnung. Das ist, wie meine Stunden als Fahrdienstleiter oder Lokführer, mein Hobby.
Mit Interesse verfolge ich, was RolfSte hier entwickelt.

Viele Grüße
Heinz

[MicroBahner]

Hallo an ale Elektronikbaster ,
kann mir mal einer erklären, welchen Vorteil es hat, unterlagerte Bussysteme zu verwenden, wenn man eh alles per DCC steuern will? Ein Nano Clone kostet mit Lieferung aus Deutschland im 5er Pack 4€ und kann locker direkt am DCC-Bus z.B. 16 Servos steuern - und das auch noch mit schön langsamer Bewegung. Ein PCA9685 ist z.B. auch nicht billiger - eher im Gegenteil. Und die Servos langsam drehen kann er auch nicht.

Ich sehe das ähnlich wie Bodo. Warum nicht direkt das DCC-Signal an jede Vorortkomponente ( = Nano ) schicken?
Vielleicht übersehe ich da was den Vorteil ausmacht : - bitte um Aufklärung.

[LPW]

Hallo RolfSte,

Zitat

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nachdem ich mich als Wiedereinsteiger auf dem Modellbahnmarkt umgesehen habe, habe ich feststellen müssen, dass die Preise für Modelle, Zubehör und elektronische Komponenten sehr hoch sind.

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naja, meiner Ansicht nach sind die Preise für Lokdecoder seit meinem Wiedereinstieg 2002/2003 eher gefallen, obwohl sie mehr können. Bei den Modellen explodieren sie förmlich, da gebe ich Dir Recht. Mir erscheint es im Moment sogar so, daß sich viele Wagenmodelle als Kapitalanlage eignen, denn zumindestens mit OVP wird nun mehr als der seinerzeitige Neupreis dafür verlangt und erzielt ...

Zitat

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Zusätzlich habe ich teilweise den Eindruck, dass die angebotene Elektronik unnötigerweise etwas zu komplex ist.

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... sehe ich anders, auch im Verhältnis zu Deinem Vorschlag:

Zitat

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Meine wichtigsten Anforderungen:
1. Preiswert
2. Einfach zu verdrahten
3. Flexibel durch Baukastensystem
4. Mit normalen DCC-Befehlen und –Signalen ansteuerbar
5. Mehrere lokalen Systeme möglich, z.B. pro Modul
6. Möglichst weitgehende Verwendung von Arduino-Bibliotheken, z.B. NMRA-Decoder-Library

Die Hardware ist als Prototyp für DI2C-Interface und Weichen fertig und funktioniert, an der Software bin ich gerade dran.
Mit den Arduino-Bibliotheken NMRA ( Decoder ), Wire ( I2C ) und Adafruit_MCP23017 ( Weichen ), etc., kann jeder auch eine eigene SW schreiben.

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Käufliche Serienprodukte erscheinen Dir einerseits zu kompliziert, aber es soll andererseits ein Vorteil sein, eigene Software für die Elektronik zu schreiben. Das paßt nicht zusammen, es sei denn, Du meinst etwas anderes: Die Serienprodukte sind nicht gut genug auf die Bedürfnisse der Modellbahner zugeschnitten und es ist kompliziert, sie dann so einzusetzen, daß sie ihren Zweck doch noch erfüllen.

Ich vermisse beispielsweise Weichendecoder, die die Endlagen der Weichen überwachen und eine manuelle Änderung oder ein Versagen des Stellbefehls an die Zentrale zurückmelden können.

Zitat

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Schematisch dargestellt könnte ein System z.B. so aussehen:

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Ich würde das nicht einfach nennen. Du verwendest zwei Bussysteme - I²C und differentielles I²C (vieradrig) für den gleichen Zweck, von denen sich I²C bei unglücklicher Verwendung auch auf kurzen Strecken als störanfällig erweisen könnte. Ich würde eher auf ein Bussystem setzen, mit dem man die Arduinos direkt verbinden kann, selbst wenn man dafür ein paar Ein- und Ausgänge opfern müßte. Oder Du schaffst es, die Interfaces für den differentiellen I²C-Bus direkt aufsteckbar zu konzipieren, so daß die reinen I²C-Strecken gar nicht erst in die Nähe von Adern mit größeren und schnell wechselnden Strömen können.

Viel einfacher wäre es, sämtliches Zubehör aus einem DCC-Kreis zu steuern und zu versorgen. Selbst wenn man Weichen und Signalen einen eigenen DCC-Kreis vorbehält, läßt sich das durch Selbstbau-Zentralen und Selbstbau-Booster sehr preiswert realisieren und man käme mit zwei Adern als Bus aus - Versorgung inklusive. Mittels Railcom könnte man heute sogar Rückmeldungen übertragen. PC-Steuerungssoftware kann regelmäßig mit mehreren Zentralen umgehen, obwohl sich eine logische Aufteilung IMHO nur bei sehr großen Anlagen lohnt, die kaum jemand zu Hause aufbauen kann. In den meisten Fällen genügt also ein kleiner Booster für Weichen und Signale - preiswerter geht es nicht, zumal man die Platinen, Stecker und die übrigen Bauteile für den differentiellen I²C-Bus ja auch erstmal beschaffen müßte und nicht jeder die Zeit für den Zusammenbau aufwenden mag.

Wenn man sich die Zubehördecoder selbst schaffen und programmieren will, würde ich eher auf Loconet-Lösungen für den Arduino setzen. Denn dieser Bus ist auf wirklich großen Installationen erprobt.

Zitat

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Insbesondere möchte ich den Tipp geben, mal unter den Begriffen „I2C“, „Stemma“, „Qwiic“, insbesondere bei den Firmen eckstein-shop.de,
adafruit.com, sparkfun.com etc., im Netz nach Bauteilen und Komponenten zu suchen.

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Stemma und Qwiic sind offenbar Verkabelungssysteme für den I²C-Bus. Der wurde aber AFAIR schon in den 1980er Jahren von Philips zur Verbindung digitaler Komponenten auf einer gemeinsamen Platine entwickelt, um Leiterbahnen einzusparen und damit vor allem Platz zu gewinnen. Die genannten Verkabelungssysteme verbessern die Störanfälligkeit nicht, sondern stellen lediglich Hausnormen der Anbieter Adafruit bzw. Sparkfun dar, die dem Bastler den schnellen Wechsel von Aktoren und Sensoren bei seinen Arduino-Experimenten erlauben sollen. Das ist beim Modellbahn-Zubehör aber weniger wichtig als elektrische Störfestigkeit.

Mit freundlichen Grüßen
LPW

[hmarx]

Zitat

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Ich vermisse beispielsweise Weichendecoder, die die Endlagen der Weichen überwachen und eine manuelle Änderung oder ein Versagen des Stellbefehls an die Zentrale zurückmelden können.

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Wenn meine Arduino Weichensteuerung über I2C und Servotreiber PCA9685 den Weichenservo in Endstellung gebracht hat, dann liegen die Weichenzungen an den Backenschienen federnd an, die Polarisierung ist geschaltet und über S88N wird die Stellung an das Steuerprogramm auf dem PC gemeldet. Nur ein Schotterstein zwischen Weichenzunge und Backenschiene würde zu einem Bahnunfall führen. Damit kann ich leben. Staatsanwalt und Eisenbahnbundesamt erfahren nichts vom Unfall.
Was soll denn eine Weichenzungenüberwachung mit Railcom Rückmeldung und Auswertung kosten?

Zitat

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Ein PCA9685 ist z.B. auch nicht billiger - eher im Gegenteil. Und die Servos langsam drehen kann er auch nicht.

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PCA9685 ist auch für ca. 3 € zu haben und hat schon 16 Steckplätze für Servokabel. Das Problem mit dem Einschaltzucken ist beim PCA9685 ganz einfach zu eliminieren durch Abschalten der Ausgänge und verzögertes Einschalten der Servoversorgungsspannung. Mir reichen 3 sec Weichenumlaufzeit aus. Man kann den Servo aber auch langsamer laufen lassen.

Viele Grüße
Heinz

[LPW]

Hallo Heinz,

Zitat

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Wenn meine Arduino Weichensteuerung über I2C und Servotreiber PCA9685 den Weichenservo in Endstellung gebracht hat, dann liegen die Weichenzungen an den Backenschienen federnd an, die Polarisierung ist geschaltet und über S88N wird die Stellung an das Steuerprogramm auf dem PC gemeldet. Nur ein Schotterstein zwischen Weichenzunge und Backenschiene würde zu einem Bahnunfall führen. Damit kann ich leben. Staatsanwalt und Eisenbahnbundesamt erfahren nichts vom Unfall.
Was soll denn eine Weichenzungenüberwachung mit Railcom Rückmeldung und Auswertung kosten?

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von einer Weichenzungenüberwachung schrieb ich zwar nichts und ich habe ja selbst schon an anderer Stelle darauf hingewiesen, daß die Endabschaltung wegen der elastischen Kraftübertragung nur bedingt hilft.

Störende Schotterkrümel kann man auf der Modellbahn ziemlich gut vermeiden, verlorengegangene bzw. gestörte Digitalbefehle oder versagende Endabschaltungen sind dort deutlich wahrscheinlicher.

Mit freundlichen Grüßen
LPW

[hmarx]

Hallo LPW,

mit verlorengegangenen bzw. gestörten Digitalbefehlen hatte ich noch kein Problem. Alle ankommenden Digitalbefehle werden zwischengespeichert und dann einzeln nacheinander abgearbeitet. Es spielt aber auch keine Rolle. Das Steuerprogramm kennt die aktuelle Weichenstellung. Bei falscher Stellung wird keine fehlerhafte Fahrstraße gestellt. Endabschaltung mittels Endschalter gibt es bei Servoantrieben nicht, das macht die Software und darauf ist Verlass. Wenn die Servospannung fehlt oder die S88 Rückmeldung nicht funktioniert gibt es eine akustische Fehlermeldung.

Viele Grüße
Heinz

[Coder]

Löschen nicht möglich

[RolfSte]

Hallo,
erst mal vielen Dank für die anregende Diskussion. Da ich mitten in der SW stecke, habe ich ins
Forum schon einigen Zeit nicht mehr reingeschaut.
Ich möchte nochmal erwähnen, dass mein Beitrag nur als Anregung gedacht ist. Klar, jeder hat da
seine eigenen Vorstellungen. Ich bin mit HW in einem simplen Erstumfang fertig und zeige euch ein
bisschen in Videos vom Anfang mit der HW. Für mich ist es hauptsächlich als Machbarkeitsstudie
gedacht, um herauszufinden, wie das mit meinen Anforderungen aussieht. Zusätzlich war mir noch
wichtig, mit KiCad eigene Platinen entwickeln und fertigen zu lassen, weil das Neuland für mich
ist.

Zu Euren Fragen:

die Anworten sind etwas länger ausgefallen, deswegen ein PDF um nicht das Forum vollzumüllen:

https://rolfsh0.files.wordpress.com/2020/08/ibstr-2.pdf

Hier noch ein paar Videos:

https://www.youtube.com/playlist?list=PL...4yhHrmOsn8kL4Ei

Gruß Rolf

[Railwolf]

Hallo Rolf,

zum Prinzip eines Forums gehört es, daß Antworten in den Forenthread geschrieben werden und nicht auf einer externen Homepage abgelegt. Nur dann wird es auch wieder Reaktionen auf deine Ausführungen geben.
Wenn du einen Austausch führen möchtest, wirst du dieses Prinzip beachten müssen.

[RolfSte]

Hallo, Du hast natürlich recht, da habe ich zu kurz gedacht, sorry. Hier jetzt der etwas "umfangreiche" Text:

@Bodo: nein, ist nicht nur Paperware, siehe Videos . Stromversorgung kann über Flachbandkabel laufen, kann oder muss ggf. lokal eingespeist werden, z.B. wg. unterschiedlicher Spannungen. Im Flachbandkabel laufen bei mir 24V für meine alten Märklin-Metallschienen-Weichen. Mehrere Adern + lokaler Kondensator + sequentielles Schalten sollten reichen, den Strombedarf zu decken. Aber der I2C-Bus-LED-Treiber von ELV verträgt max. 17V, wird also mit altem 12V Steckernetzteil versorgt.


Den DCC-Bus möchte ich weitgehend den Fahrzeugen überlassen. Ein zentraler Decoder für viele Komponenten ist auch preiswerter. Mal eine einfache Beispielrechnung für ein einfaches System ohne DI2C-Bus aus 8 Weichen + 2 Lichtsignalen:

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+--------+----------------------------------------------------------------------------------+--------+--------+--------+
| Anzahl | Bezeichnung                                                                      | Bucht  | sonst  | eigen  |
+--------+----------------------------------------------------------------------------------+--------+--------+--------+
| 1      | Arduino Mega 2560                                                                | 12€    | 34€    |        |
+--------+----------------------------------------------------------------------------------+--------+--------+--------+
| 1      | Platine für 8 Weichen:1 MCP23017+ 4 ULN2803                                      |        |        | <10€   |
+--------+----------------------------------------------------------------------------------+--------+--------+--------+
| 1      | I2C-Bus-LED-Treiber, 16 LED‘s, ELV Bausatz                                       |        | 13€    |        |
+--------+----------------------------------------------------------------------------------+--------+--------+--------+
 

D.h. in Summe 35€. Größere Anlagen haben realistischerweise viel mehr Weichen und Signale. Aber der Ardunio dient nur als Kommando-Empfänger und als I2C-Sterung für alle Komponenten, d.h. ist in den Kosten immer nur einmal anzusetzen. Eine nackte Platine, entsprechend eigener Entwicklung für diese Zwecke zum Ein- bzw. Auflöten von Bauteilen kostet im übrigen weniger als 3€, inkl. Versand. Ein Beispiel ist die obige einfache Platine für 8 Weichen.


Beispiele für andere Komponenten:


@MicroBahner:

16-Kanal I2C-Servo-Interface: Arduino Nano ( I2C: SDA -> A4, SCL -> A5 ) 4€
könnte man natürlich als LED-Treiber verwenden !


4 Relais Karte: Arduino - Grove Relay Module, 4 Channel, 5 V, SRD-05VDC-SL-C 13€


I2C Entfernungsmesser: Adafruit VL6180X Time of Flight Distance Ranging Sensor (VL6180) 17€
z.B. zum Einmessen von Loks


Treiber f. 2 Schrittmotoren: Grove I2C Mini Motor Driver 15€


Falls die Adressen nicht ganz ausreichen: TCA9548A I2C Multiplexer 7€


SparkFun Differential I2C Breakout - PCA9615 (Qwiic) für Patchkabel 14€
so ähnlich wie mein DI2C-Interface ( <10€)



Die Preise sind von deutschen Versendern. Aber es gibt noch viel mehr I2C-Komponenten als Bauteile, Boards mit und ohne Stemma- oder Qwiic-Stecker. Das meine ich mit Baukastensystem, eigene Entwicklungen gemischt mit Kaufteilen.



@hmarx: Ja, Entwerfen + Löten + Schrauben + SW Schreiben = mein Hobby = 0€.



@MicroBahner: Also erst mal ist der DI2C-Bus nur unter besonderen Umständen ggf. erforderlich. Mein Ziel ist halt, HW und SW für DCC-Decoder in einer Komponente zu haben und nur einfache Treiber einzusetzen. Ich möchte das DCC-Signal weitgehend den Fahrzeugen überlassen. Ich stelle mir das wie ein BSTR ( Arduino ) mit STT‘s ( Weichen- und LED-Treiberkarten ) an einem ESTW ( z.B. iTrain über DCC ) vor.

Klar, Du hast Recht, das ist eher Geschmackssache und die meisten würden es so wie Du machen. Die Vorteile FÜR MICH sind aber:

Aufwand und Kosten Decoder nur 1 mal ( auch ein Nano braucht noch Optokoppler und was kleines für ACK ),

SW konzentriert in einer Komponente ( Konfiguration, Updates etc. in einem Arduino ), der immer notwendige Scheduler betreibt ( ähnlich PinPulser in Beispiel NmraDccAccessoryDecoder_Pulsed_8 ) betreibt schaltet nicht nur Weichen, sondern dimmt auch z.B. LED‘s, alles in einer SW.

ich kann sehr einfach eigene Platinen für x-beliebige Zwecke selbst machen, muss also kein Decoder-Frontend in HW und SW jedes mal vorsehen,

aber es ist nicht verboten einen Nano zu nehmen, A4 und A5 an den I2C-Bus anzuschließen, und damit Servos, LED‘s usw. anzusteuern. Optokoppler und ACK-HW brauche ich nicht. Das Board mit dem Nano, oder was ähnlichem reicht.



@LPW: Weichenendlagen: meine Weichensteuerung ist zunächst noch was ganz simples, ich will ja zunächst nur checken, ob das alles Sinn für mich hat. Ich habe noch viele Ideen, z.B. I2C-Treiber für Mux-Lichtsignale, Lokgeschwindigkeit messen etc. Aber meine Platinen sind in der Version 0.

Der DI2C-Bus wird nur für größere Entfernungen und höhere I2C-Taktraten notwendig. Trotzdem wollte ich mir die Möglichkeit offen halten, so etwas zu nutzen. Meistens wird man ohne auskommen und kann dann die I2C-Anschlüsse direkt miteinander verbinden.

Die I2C-Technik wurde zwar 1982 entwickelt, ist aber noch höchst lebendig. Es gibt auch schon eine neue kompatible Weiterentwicklung, den I3C-Bus.

Die von mir angewandte Schneid-Klemm-Technik für das Aufbringen der Stecker ist Industriestandard, die Stecker kosten um die 0,20€, und ist sekundenschnell gemacht. Das differentielle DI2C erhöht die Störsicherheit wie alle differentiellen Techniken, wie sie auch z.B. im LAN, in RS485 ( wie z.B. in BiDiB ) usw. enthalten sind.

Ja, Stemma und Qwiic werden hauptsächlich von Adafruit und Sparkfun, aber auch von anderen, z.B. Grove, angewandt. Und wenn man unter der Anlage auf dem Rücken liegt, ist man über einfache Verbindungstechnik sehr froh.



@Coder: die Konfiguration und Ansteuerung der vielen unterschiedlichen Komponenten ist recht komplex und deswegen bin ich über jede Bib. froh, die ich entweder direkt oder selbst modifiziert verwenden kann. Ich verwende als IDE VisualStudio mit VisualGDB von Sysprogs und Atmel Studio. Die Arduino-IDE nur gelegentlich für kleineres. Möglicherweise werde ich auch gar keinen Arduino, sondern einen anderen uC als Kommando-Empfänger und I2C-Steuerung verwenden.



Gruß Rolf