Märklin Digital Modellbahn Steuerung mit Raspberry Pi (Raspi)

(English Version)

(last updated: April 03, 2024)

 Nachdem ich unzählige Tage die verschiedensten Internetseiten durchwühlen musste um herauszukriegen wie man Märklin Digital ohne Central Station 2 (CS2) mit dem PC und Rocrail steuern kann, habe ich mich entschlossen euch diese Sucherei zu ersparen und fasse alles hier auf einer Seite zusammen.

Schaltplan für den CAN - Bus Zugang inklusive S88 Rückmeldebus V1:

Der Schlüssel zur Steuerung mit Raspi ist die Märklin Gleisbox 60113/60116, welche einen CAN - Bus zur Verfügung stellt, denn wir anzapfen können.

Um mit dem Raspi einen CAN - Bus auslesen/steuern zu können, brauchen wir eine zusätzliche Schaltung mit 2 CAN - Bus Controller Chips, dem MCP2515 und MCP2551. Diese Schaltung hatte ich zunächst auf einem Breadboard verbaut, wodurch kein Löten erforderlich ist. Nachdem alles funktioniert hatte, habe ich die Schaltung auf eine Platine gelötet die perfekt in den Raspi passt. Hier nun die Schritt für Schritt Anleitung:

Bauteile Liste:

Schaltplan für den CAN - Bus Zugang inklusive S88 Rückmeldebus Version 2:

In dieser neuen Version wird ein MCP2562 verwendet anstelle des alten MCP2551. Vorteil ist das dieser Chip auch mit 3,3 Volt als Referenzspannung arbeiten kann und somit keinen Spannungsteiler benötigt. Außerdem soll er stabiler laufen als die alte Version.

Zusätzlich wird als Spannungsteiler für den S88 Rückmelder diesmal die Widerstandswerte 1,8k und 3,3k verwendet, was ein besseres Teilungsverhältnis ergibt als in V1.

Ein optionaler Terminierungswiderstand für den CAN Bus mit 120 Ohm ist ebenfalls mit eingeplant, welcher "zu-gejumpert" werden kann.

Eine Anleitung zum Löten der leeren Platine V1 mit der neuen Schaltplanversion 2 ist hier.

Bauteile Liste V2:

Alternativer Schaltplan nach Version 2:

Heiko Thiery hat sich die Mühe gemacht einen eigenen Schaltplan nach Version 2 zu erstellen und hier auf GitHub zu veröffentlichen als PDF Dokument.
Ferner hat er einen Optokoppler für die Verwendung des S88 Rückmeldebusses eingeplant, was den PI zusätzlich schützt.
Besten Dank und viele Grüße an Heiko Thiery.

Alternativer Schaltplan und Board von Max Kaspari mit Servomotor-Steuerung:

Max Kaspari hat mein Projekt neu aufgenommen, und einen Schaltplan und ein Board entwickelt mit Eagle.
Alle Dateien hier zum download, und hier seine Beschreibung:

Der Schaltplan ist nun endgültig fertig, die Platine haben wir in China fertigen lassen (jlcpcb.com) und dann getestet, funktioniert nun einwandfrei.
Das Board besitzt die ursprüngliche Logik von dir. Dazu der S88-Bus mit dem Optokoppler den ich von Heiko Thiery von Github übernommen habe. Dazu ein DC-DC-Wandler der galvanisch getrennt ist, um eine völlige Entkopplung zwischen S88-Bus und dem PI zu gewährleisten. Ebenfalls sind die I2C Anschlüsse auf einer Stiftleiste herausgeführt, um eine Weichenschaltung mit Servomotoren einzubauen. Wir verwenden dafür den PCA9685 (https://tutorials-raspberrypi.de/mehrere-servo-motoren-steuern-raspberry-pi-pca9685/) was sehr gut funktioniert, auch von der Einbindung in Rocrail her.

Besten Dank und viele Grüße an Max Kaspari.

Brauchbares Zubehör bei Conrad.de:

Empfohlenes Rückmeldemodul mit galvanischer Trennung:

Für Anfänger und für erste Testversuche empfehle ich obiges S88 Rückmeldemodul mit galvanisch getrennten Optokoppler-Eingängen von Littfinski Daten Technik (LDT).
Bei Verwendung anderer S88 Module besteht die Gefahr, bei falscher Verdrahtung, die Zerstörung des Raspberry PI.
Kleiner Nachteil zur Verwendung obigen Moduls ist, dass ein zusätzliches Kabel an die mit "B" gekennzeichnete Stelle der Schiene verlegt werden muss, weil eine Referenzspannung benötigt wird.
Vorteil ist, der Stromkreis der Schiene ist durch obiges Modul vollständig von der Zentrale/Pi getrennt, so dass der PI oder eine eventuelle Steuerzentrale geschützt bleibt.

Brauchbares Zubehör bei tams:

Artikel	Link:
S88-N Adapter, S88-A-BR, BL, SR, SL:	http://tams-online.de/epages/642f1858-c39b-4b7d-af86-f6a1feaca0e4.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/642f1858-c39b-4b7d-af86-f6a1feaca0e4/Categories/Produkte/Digital/s88/s88-N-Adapter&ViewAction=ViewPaged
günstige S88 Rückmelde-Module:	http://tams-online.de/epages/642f1858-c39b-4b7d-af86-f6a1feaca0e4.sf/de_DE/?ObjectPath=/Shops/642f1858-c39b-4b7d-af86-f6a1feaca0e4/Categories/Produkte/Digital/s88/s88-R%C3%BCckmelder

Achtung:
Verwendung der tams S88-N Adapter kann gefährlich sein, wegen Verpolungsgefahr!
Zur Verwendung unbedingt diesen Abschnitt lesen, und bei fragen lieber Email an mich.

Aufbau der Schaltung auf einem Breadboard:

Folgende Aufbauanleitungen beziehen sich auf den Schaltplan der Version 1 !
 

Livebild:

Achtung!

Bei obigem Aufbau ist die Reihenfolge für den S88 Bus verkehrt aufgebaut weil ich keinen richtigen S88 Platinenstecker bekommen habe. Ein original S88 Stecker muss wie folgt angeschlossen werden:

Ein kompletter Testaufbau:

Achtung: Wenn die Anschlüsse CAN High und CAN Low vertauscht werden, dann wird der Chip MCP 2551 sehr heiß und kann kaputt gehen. Am besten Finger drauf halten und falls er heiß wird, sofort Stromzufuhr unterbrechen, egal wie.

Aufbau der Schaltung auf einer Platine:

Bestückungsseite:

Verdrahtungsseite:

Die blauen Verbindungen lassen sich nur per frei verlegten Drähten herstellen. Ein Verdrahtungsstift ist hierfür bestens geeignet.

Livebild:

Wie man sehen kann lassen sich keine geraden Drahtbahnen an die rechte Anschlussseite des Raspi verlegen. Ich habe hierfür einen Verdrahtungsstift verwendet.

Im Raspi verbaut:

Kompletter Testaufbau:

Hinweis zu Mfx Loks:

Mit der Gleisbox allein und obiger Schaltung mit Reaspberry PI, lassen sich nur Loks ansteuern die eine feste digitale Adresse eingestellt haben. Mfx Loks haben offenbar keine feste Adresse voreingestellt wenn die Anlage eingeschaltet wird. Wie ich festgestellt habe, erhalten Mfx Loks erst eine Adresse wenn Sie sich bei CS2 oder MS2 angemeldet haben. Mfx Loks werden sich also nur steuern lassen können, wenn ihr zusätzlich an die Gleisbox eine Mobile Station 2 anschließt wie im obigen Bild sichtbar. Nach Anschließen des Stroms, vergibt die Mobile Station allen Mfx Loks eine Adresse beginnend mit der Nummer 1.

Hinweis am Rand: Die CS2 (Central Station 2) und MS2 (Mobile Station 2), vergeben unterschiedliche Adressen an Mfx Loks. Die MS2 fängt ganz einfach bei Adresse 1 an, und vergibt weiter +1 für die nächste Lok, falls diese Adresse noch frei ist. Die CS2 dagegen verwendet offenbar "default" Werte die in der Mfx-Lok hinterlegt sind. Sollte die Adresse vergeben sein wird hinter den default Wert +1 addiert bis die nächste freie Adresse verfügbar ist.

Mfx Lok Adresse ermitteln:

Methode 1 mit MS2:

Mit Hilfe meines neuen Programms: PiCanS88, ist es jetzt möglich die Adresse von MFX Loks zu ermitteln, mit Hilfe einer Mobile Station 2.

Wenn der Raspi vollständig eingerichtet ist wie im nächsten Abschnitt beschrieben, und dann mein Programm auf dem Raspi mit folgender Zeile gestartet wird:

sudo /home/pi/PiCanS88/PiCanS88 -f -b 192.168.2.255 -v -d 192.168.2.96

Dann erfolgt eine Ausgabe des Datenverkehrs auf dem CAN-Bus am Bildschirm.
Nun schließt man die Mobile Station 2 an (falls noch nicht geschehen), stellt sicher dass die "STOP" Taste rot leuchtet, und setzt die "neue" MFX Lok aufs Gleis, and drückt die Stop-Taste um Strom auf die Gleise zu legen. Die Mobile Station 2 richtet sodann die neue Lok bei sich ein und gibt ihr eine neue Adresse, die man nirgends ermitteln kann. Ist die Lok eingerichtet und kann mit der Mobile Station 2 bedient werden, dann könnt Ihr an der Ausgabe meines Programms sehen welche Adresse die Lok erhalten hat.

Als Beispiel drückt Ihr die Funktionstaste für die Stirnbeleuchtung der Lok. Als Ausgabe am Raspi ist unter anderem folgendes zu sehen:

->CAN>UDP CANID 0x0C2F17 R [6] 00 00 40 07 00 01
CANID 0x000C2F17 Prio: 0x00 Cmd: 0x06 Resp: 0x00 Hash: 0x2F17 DLC: [6]
Command: Lok Funktion: Loc-ID: [00004007], Funktion: [00], Wert: [01]

Dieser Wert: Loc-ID: [00004007], sagt euch dass diese Lok die Adresse: 7 erhalten hat!
Loc-ID steht für locale Adress ID, nicht für Lok ID !
MFX Adressen liegen im Bereich von 0x4000 bis 0x7FFF, deswegen ist die Loc-ID: 0x4007.
Achtung bei der 7 für die Adresse handelt es sich um einen Hex-Wert! In Rocrail müsst Ihr aber den Dezimalwert eintragen, also verwendet den Windows eigenen Taschenrechner um es umzuwandeln.

Da 7 sowohl in hex wie auch in dezimal eine 7 ist, können wir nun in Rocrail für diese Lok die Adresse 7 eintragen, und als Protocol wählen wir aus: ServerDefined:

 

Methode 2 mit CS2.exe:

Zunächst müsst ihr die Software CS2.exe downloaden und installieren, und den Pi für den Betrieb einrichten nach der Beschreibung hier

Dann könnt ihr diese nach mfx-Loks suchen lassen:

Dannach sollten eure Loks hier sichtbar sein:

Wählt die gewünschte Lok aus, und klickt auf die Eigenschaften:

Die mfx-Adresse ist nun sichtbar:

Software part:

Zur Steuerung mit Rocrail wird ein programm benötigt welches ich aus diesen Open-Source programmen zusammengeführt habe: can2udp und s88udp

Eine detaillierte Einrichtung der Software auf dem Raspi ist ab sofort hier verfügbar.

Fertig!

Nun kann die Anzlage mit PC über Raspi mit Gleisbox und S88 Rückmeldemodule, vollständig mit Rocrail gesteuert werden.

Einstellungen in RocRail:

Zur Steuerung mit Rocrail muss man nur die IP Adresse des PI eintragen als CS2 Steerungszentrale. Bei mir läuft Rocrail Server und Client auf einem PC. Dazu folgendes Menu wählen: File -> Rocrail Properties:

Dort wechselt man nun auf die Registerkarte Controller:

In obigem Beispiel ist CS2 bereits eingerichtet, daher einmal auf Button: Properties clicken, und unter Hostname die IP Adresse des Rasperi Pi eintragen:

Wichtig ist das oben als Version "2" ausgewählt ist.

Sollte noch kein Controller eingerichtet sein, bitte unter "New" als Controller-Typ mcs2 auswählen, und "Add"-Button clicken:

Den neu erzeugten Eintrag: "New - mcs2" auswählen, und auf Button Properties clicken:

Bei Interface ID einen beliebigen Namen eintragen. Ich verwende CS2. Bei Hostname die IP Adresse des Raspberry PI eintragen. Bei Version 2 auswählen, und bei Sensors die Anzahl der geplanten S88 Rückmeldemodule eintragen. Zu test-zwecken werden wir bei Sensors erstmal 1 Modul verwenden:

Die Werte der UDP Ports kann auf 0 bleiben, dann verwendet Rocrail automatisch die Standardwerte 15731 und 15730.

Fertig!

 Rocrail ist jetzt fertig eingerichtet um den Raspi als Zentrale anzusehen und die Züge steuern zu können. Vermutlich werdet auch Ihr erst noch die Adressen der Loks anpassen müssen in Rocrail, bevor sich etwas bewegt auf der Anlage.

Anschluß an die Märklin Gleisbox:

Anschliessen eines S88 Rückmeldemoduls:

Hier ein Bild mit der Pin-Belegung für den S88 Bus auf meinem Board:

Und hier die Pin-Belegung und Signal-Belegung des Conrad S88 Rückmelders:

Beides zusammengestöpselt sieht dann so aus:

oder so:

oder mit Littfinski LDT-Kabel:

Achtet dabei einfach auf die +5V Leitung. Auf meinem Board liegt sie zur LED hin, und beim Conrad Modul liegt sie nach außen zum Gehäuse-Ende hin.

Hinweis: Mit meinem Board und der Gleisbox darf das "GND" des Moduls nicht mit den Schienen verbunden werden. Verwendet man dagegen eine echte CS2, dann muss "GND" mit der Schiene verbunden werden, welche beim C-Gleis mit "0" Bezeichnet ist, weil die CS2 den Stromkreis zwischen Schiene und S88 Rückmeldemodule trennt.

Update: Auf keinen Fall das "GND" des Moduls mit den Schienen verbinden, weil dies einen Kurzschluss erzeugt und den PI killen kann.

Jetzt stecken wir zum testen ein C-Schaltgleis an die Signaleingänge Nummer 1 und 2 des Rückmelders an.

Ein Kontaktgleis geht natürlich auch:

Anschliessen eines RM-88-N von LDT:

Anschliessen eines RM-88-N-O (Opto) von LDT:

S88 einrichten in Rocrail:

Damit nun Rocrail weiß dass wir ein S88 Modul dran haben, stellen wir das hier ein, unter Rocrail-Properties -> Controller -> CS2 properties:

Hier ändern wir Sensors auf den Wert 1:

Mit OK bestätigen und dann fügen wir 2 Sensoren in unserem Track-Plan hinzu mit Menu: Track plan -> Edit panel
Dort gehen wir auf Sensor und Ziehen einen beliebigen Sensor in unseren Track Plan:

Dabei werden wir nach einer ID gefragt. Ich gebe mal TestSensor1 ein:

Jetzt gehen wir auf die Properties dieses neuen Sensors, und auf die Registerkarte Interface:

Das Schaltgleis steck mit seinen zwei Sensoren in Nr. 1 und Nr. 2 des Moduls, was der Adresse des Sensors entspricht. Also tragen wir under Address -> Address eine 1 ein:

Wiederholt dieselben Schritte für Sensor Nr. 2:

Sieht jetzt bei mir so aus:

Wenn wir jetzt den Fahrstrom einschalten mit der Schaltfläche:

Und nun beim Schaltgleis mit dem Finger den Schalter bewegen, dann leuchtet einer der beiden Sensoren in Rocrail Rot auf:

Bewegen wir den Schalter auf die andere Seite leuchtet der andere Sensor auf:

Super, Sensoren und Rückmeldung funktionieren. Nun kann man Blöcke und Fahrstrassen in Rochrail erstellen, und damit die Anlage automatisch von Rocrail steuern lassen.

Verwendung der tams s88-N Adapter S88-A:

Wer für seine S88-Verbindungen lieber Standard Netzwerk-Patch-Kabel verwenden möchte, kann die fantastischen S88-N Adapter von tams verwenden.
(tams hat mir freundlicher Weise alle vier Adapter Varianten für diese Anleitung zur Verfügung gestellt :-) )

Aber Achtung:

Die Adapter gibt es in vier verschiedenen Ausführungen, und dabei ist unbedingt die Belegung der Pins zu beachten.
Leider ist die Beschreibung von tams hierzu recht dürftig, und auch die Adapter besitzen keinerlei Aufdruck an denen man sich orientieren könnte.
Ich habe daher alle 4 Varianten abgelichtet und die Pin-Belegung aufgeführt:

Die Aufkleber auf den Adaptern "BR", "BL", "SR" und "SL", habe ich selber angebracht, da man sich sonst später schwer tut die Adapter auseinander zu halten.
Daher empfehle ich jedem, der mehrere dieser Adapter kauft, unverzüglich nach dem auspacken einen solchen Aufkleber anzubringen.

Normaler weise wird man die Adapter mit Buchsenleisten-Verbindung verwenden, und hierbei ist die richtige Verwendung folgendermaßen:

Möchte man oder muss man an einer Stelle ein S88-Verbindungskabel benutzen, sieht die richtige Verwendung so aus:

Da man die Adapter zum Teil auch verdreht anbringen kann, ergibt sich eine Verpolungsgefahr!
Deshalb bitte unbedingt die folgenden Anschlussbeispiele beachten.

Bei der Verwendung orientiert man sich am besten an dem +5V Pin.
Anbei einige Beispiele mit Bild:

Verwendung am Pi mit Adapter BR (So nicht gedacht, aber möglich):
(BR ist eigentlich nicht gedacht zum anstecken an der Zentrale, aber weil verdreht angebracht ist dies hier möglich:)

Richtige Verwendung am Pi mit Adapter BL:

Verwendung am Pi mit Adapter BR und einem Littfinski Opto Rückmelder (So nicht gedacht, aber möglich):

Richtige Verwendung am Pi mit Adapter BL und einem Littfinski Opto Rückmelder:

Verwendung am Pi mit Adapter SL und einem Littfinski Opto Rückmelder und Littfinski Verbindungskabel als Zwischenverbindung:

Verwendung am Pi mit Adapter BR und einem Conrad/Märklin Rückmelder und Adapter BL am Rückmelder (So nicht gedacht, aber möglich).
Eigentlich sollte der BL am Pi hängen und der BR am Modul, und beide sollten verdreht sein:

Verwendung des Adapter BL an einem Conrad S88 Modul zur Zentrale hin (So nicht gedacht, aber möglich):

Richtige Verwendung des Adapter BR an einem Conrad S88 Modul zur Zentrale hin:

Richtige Verwendung der Adapter an einem Conrad/Märklin S88 Modul. Adapter BR führt zur Zentrale hin, und Adapter BL zum nächsten Modul:

Achtung:
Niemals einen Adapter anders herum aufstecken als in obigen Bildern zu sehen, weil sonst entweder das S88 Modul oder die Zentrale/Pi zerstört werden kann!
Wer Zweifel hat kann sich gerne vorher mit Email an mich wenden.

S88 Y Verteiler mit DSW-88-N von LDT:

Hier ist ein interessantes Produkt von LDT, um den S88 Bus aufteilen zu können.


Foto-Quelle: LDT-Webseite

Normaler weise müssen alle S88 Rückmelder hintereinander angeschlossen werden. Aber mit diesem Verteiler kann man nun den S88 Strang aufteilen.
Dazu wird einfach mit einem Codierschalter die Anzahl der angeschlossenen Module auf der linken Seite eingestellt.
Der Verteiler geht dann zuerst die eingestellte Anzahl an Modulen links durch, und geht anschließend alle restlichen angeschlossenen Module auf der rechten Seite durch.
Es lassen sich sogar mehrere Verteiler hintereinander anbringen.

Einrichten einer Weiche mit Decoder 74460:

Adresse einstellen:

Die Schalter stellen die einzelnen bits dar, mit denen man die gewünschte Adresse einstellt.

Alle Schalter aus ergibt Adresse 0

Schalter 1 addiert immer 1.
Schalter 2 addiert 2
Schalter 3 addiert 4
Schalter 4 addiert 8
Schalter 5 addiert 16
Schalter 6 addiert 32
etc...
Der Wert verdoppelt sich immer weiter

Zum einstellen der Adresse 3, stellen wir die Schalter 1 und 2 auf 'On' (weil 2 + 1 = 3).

Will man Adresse 21 dann wäre das 16 + 4 + 1, also Schalter 1, 3 und 5 auf 'On'.

Wer sich trotzdem noch schwer tut, kann auch die CS2.exe Magnetartikel Konfiguration verwenden, welche die Stellung der Schalter sehr schön veranschaulicht:

In Rocrail hinzufügen:

Dann fügen wir mal die Weiche in unserem Track-Plan hinzu mit Menu: Track plan -> Edit panel
Dort gehen wir auf Switch und Ziehen eine Rechtsweiche in unseren Track Plan:

Bei der Frage nach der ID, vergebe ich 'sw' für 'Switch' und die nummer der Adresse: '03':

Dann öffnen wir die 'Properties' dieser Weiche, gehen auf die Registerkarte: 'Interface', und tragen unsere Adresse als Port-Nummer ein!:

Fertig! Wenn man jetzt auf 'OK' klickt, und dann auf die Weiche klickt, dann schaltet sie wenn der Fahrstrom eingeschaltet ist.

Einrichten einer Drehscheibe 7286 mit 7687

Menu: Track plan -> Edit panel
Dort gehen wir auf Block und Ziehen ein 'Turntable' in unseren Track Plan:

In den 'Properties' auf Registerkarte 'Interface' tragen wir als Adresse die 225 ein, und beim Type wählen wir 'ttdec':

Auf der Registerkarte 'Tracks' fügen wir die Ansteuerbaren Ein- und Ausfahrten hinzu:

Bei der Märklin Drehscheibe 7286 mit Digital-Nachrüstset 7687 sind Maximal 48 Positionen (Tracks) möglich.

Damit ist der Gegenüberliegende 'Track' entsprechend + oder - 24

Nach einem Klick auf 'OK' hat unsere Drehscheibe Ein- und Ausfahrten erhalten, an die wir Gleise verlegen können: