MemoryTiny: eine Schaltelektronik für Autos und Schiffe in allen Maßstäben

Der MemoryTiny ist dazu gedacht, in einem RC-Modell bis zu 4 Verbraucher per Funk ein- und auszuschalten. Solche Schaltungen gibt es seit vielen Jahren bereits für 2 Verbraucher und man hat ihnen die Bezeichnung "2-Kanal Memoryschalter" gegeben. "Memory" deshalb, weil sie nicht nur dann eingeschaltet sind, wenn man den Schalter am Sender auslenkt, sondern aus eingeschaltet bleiben, wenn der Schalter wieder auf Neutralstellung gebracht wird. Die Elektronik speichert also, dass der Schalter einmal ausgelenkt war.

Damit ist auch der Name des "MemoryTiny" erklärt: es ist ein 4-Kanal Memoryschalter, basierend auf dem Mikrocontroller ATtiny13 aus dem Hause Atmel. Dieser Mikrocontroller erlaubte es auch, wesentlich mehr Funktionalitäten im MemoryTiny unterzubringen, als es in den 1980iger Jahren mit diskreten Logikbausteinen möglich war:

- Automatische Nullpunkterkennung beim Einschalten.
- Programmierbar als 4-Kanal Schalter oder 2-2 Kanal oder 1-3-Kanal Schalter oder einfacher 2-Kanal Schalter
- Störimpulsunterdrückung
- Selbstabschaltung bei Unterspannung plus Abschaltung der Verbraucher
- Anzeige der Selbstabschaltung durch Diagnose LED

Noch mehr an Funktionen ist aber auch nicht drin. Von den 1024 Bytes Flashspeicher sind noch 2 Bytes frei.
Einsatzbereiche des MemoryTinys

Diese Schaltung ist dazu gedacht, mehrere Verbraucher unabhängig voneinander ein- und auszuschalten. Bei diesen Verbrauchern wird es sich in der Regel um Beleuchtung handeln: alle möglichen Lichter an Land- und Wasserfahrzeugen. Der MemoryTiny sollte nicht zum Bedienen von elektromechanischen Sonderfunktionen verwendet werden, da er keine volle Kontrolle über die Antriebe erlaubt. Man kann eben nur durch genaues Beobachten des Modells erkennen, ob ein Antrieb läuft, und nicht durch Schalterstellungen im Sender.

Uns so ergeben sich folgende Einsatzgebiete:

Lichter an RC-Cars und RC-Trucks in allen Maßstäben (also auch 1:16, 1:8 usw).
Lichter an Modellschiffen aller Maßstäbe
Antriebe für die rotierenden Radarantennen an Modellschiffen, denn diese Antriebe  können beim ungewollten Drehen keinen Schaden anrichten.
Lichter an Modellflugzeugen.

Sollte die Strombelastbarkeit des MemoryTinys einmal nicht ausreichen, läßt man nicht direkt die Verbraucher schalten, sondern nur Relais. Die sucht man sich dann entsprechend des benötigten Laststromes aus und deren Kontakte schalten die Verbraucher. Allerdings dürften die 1 A Laststrom je Kanal in den meisten Fällen genügen. Die Verbraucher können entweder mit aus dem Empfängerakku versorgt werden (z.B. 1:87 RC-Trucks) oder über einen getrennten Akku von bis zu 12 Volt (z.B. Schiffsmodelle).
Funktionsweise am Beispiel 2-2-Kanal Schalter

Der MemoryTiny wird wie ein normales Servo am Empfänger angeschlossen. Beim Einschalten leuchtet kurz die Diagnose LED auf und damit ist die Schaltung betriebsbereit. Der Einfachheit halber gehe ich jetzt einfach davon aus, dass für die Bedienung ein Steuerknüppel des Senders verwendet wird. Natürlich sind auch Schalter und Taster möglich, da muss eben jeder sehen, was sein Sender für Möglichkeiten bietet.

Nehmen wir als erstes das Einschalten des Kanal 1: dazu wird der Steuerknüppel ca. eine halbe bis eine Sekunde nach vorn ausgelenkt und wieder losgelassen. Während der Auslenkung kann man beobachten, dass die Diagnose LED eingeschaltet ist. Nach dem Loslassen dauert es ca. eine Sekunde, dann blitzt die Diagnose LED kurz auf und der Verbraucher an Kanal 2 wird eingeschaltet. Um diesen Verbraucher wieder auszuschalten, muss man dasselbe tun, wie eben beim Einschalten: den Knüppel auslenken, loslassen und eine Sekunde warten. Dann blitzt wieder die Diagnose LED auf und der Verbraucher wird abgeschaltet.

Das Schalten des Kanal 2 funktioniert ähnlich wie bei Kanal 1, nur dass man den Knüppel zweimal auslenken muss. Also Knüppel auslenken, ca. eine halbe Sekunde halten und wieder loslassen. Nach ungefähr einer weiteren halben Sekunde den Knüppel ein zweites mal auslenken, kurz halten und wieder loslassen. Eine Sekunde später wird die Diagnose LED kurz aufblitzen und der Verbraucher an Kanal 1 wird eingeschaltet. Zum Ausschalten muss der Steuerknüppel wieder zweimal ausgelenkt werden , genauso wie eben beschrieben.

Den Kanal 3 schaltet man genauso, wie den Kanal 1, nur dass der Knüppel nicht nach vorn sondern nach hinten ausgelenkt wird. Das gleiche gilt für Kanal 4: der Knüppel wird zweimal nach hinten ausgelenkt.

Um die Bedienung etwas zu vereinfachen, kann man auch alle Verbraucher auf einmal ein- oder ausschalten:  lenkt man den Knüppel nach vorn aus und hält ihn dort fest, dann wird nach ca. einer Sekunde die Diagnose LED kurz aufblitzen und alle Verbraucher werden eingeschaltet. Lenkt man den Knüppel dagegen nach hinten aus und hält ihn dort fest, dann werden nach ca. einer Sekunde alle Verbraucher ausgeschaltet.

Aus dieser Beschreibung erklärt sich auch, warum ich diese Betriebsart 2-2-Kanal Memoryschalter nenne: 2 Kanäle werden durch Auslenkung nach vorn betätigt und zwei durch eine Auslenkung des Knüppels nach hinten.
Funktionsweise als 4-Kanal Memoryschalter

In der Betriebsart als 2-2-Kanal Schalter werden die Verbraucher entweder durch Knüppelbewegungen nach vorn oder nach hinten geschaltet. In der Betriebsart "4-Kanal Memoryschalter kurzer Impuls" werden alle Schaltfunktionen durch Knüppelbewegungen nach vorn durchgeführt. Also wie gehabt: einmal Auslenken für Kanal 1, zweimal Auslenken für Kanal 2, dreimal Auslenken für Kanal 3 usw. Um alle Verbraucher auszuschalten wird der Knüppel nach vorn ausgelenkt und dort festgehalten, also auch wieder analog zum 2-2-Kanal Schalter. Nur um alle Verbraucher auf einmal einzuschalten, läuft es jetzt etwas anders: Knüppel einmal kurz nach vorn auslenken und dann ein zweites Mal auslenken und dann dort festhalten. Eine Sekunde später sind alle Verbraucher eingeschaltet.

Das Verhalten des "4-Kanal Memoryschalters langer Impuls" ist identisch, nur muss der Knüppel nach hinten statt nach vorn ausgelenkt werden.

Ein 4-Kanal Memoryschalter kann mit einem zweiten kombiniert werden, da er ja nur die Knüppelbewegung in eine einzige Richtung auswertet. Man kann für die andere Richtung einen zweiten verwenden und hat dann acht Verbraucher, die über diesen einen Proportionalkanal des Empfängers geschaltet werden können.
Funktionsweise 1-3-Kanal Memoryschalter

In dieser Betriebsart hat der MemoryTiny drei Memory-Schaltkanäle und einen ganz normalen Schaltkanal. Bei diesem normalen Kanal ist der Verbraucher ab Kanal 4 so lange eingeschaltet, wie der Steuerknüppel nach vorn ausgelenkt wird. Die drei Memorykanäle werden wie oben schon beschrieben durch Auslenkung des Knüppels nach hinten bewegt.

Für die drei Memorykanäle gibt es auch hier wieder die Funktionen "alles aus" und "alles ein": Knüppel nach hinten und dort festhalten: nach einer Sekunde geht alles aus. Knüppel einmal kurz nach hinten, ein zweites Mal nach hinten und dann dort festhalten: alles wird eingeschaltet.
Funktionsweise 2-Kanal Schalter

In dieser Betriebsart werden die Schaltkanäle direkt ein- und ausgeschaltet. Ist der Steurknüppel hinten, dann sind Kanal 1+2 eingeschaltet. Ist der Knüppel vorn, dann sind die Kanäle 3+4 eingeschaltet. Die Kanäle werden paarweise eingeschaltet, da andernfalls zwei Kanäle vollkommen brach liegen würden.
Programmieren der Betriebsart

Wie schon erwähnt, kann man die Betriebsart des MemoryTinys jederzeit umprogrammieren. Dieses Umprogrammieren erfolgt während des Betriebes an einer Funkfernsteuerung. Man benötigt also kein extra Programmiergerät, da sich der MemoryTiny im Betrieb selbst programmieren kann.

Fünf Betriebsarten sind möglich:
1.: 4-Kanal Memoryschalter "langer Impuls",  zur Betätigung muss der Steuerknüppel nach vorn ausgelenkt werden.
2.: 4-Kanal Memoryschalter "kurzer Impuls",  zur Betätigung muss der Steuerknüppel nach hinten ausgelenkt werden.
3.: 2-2-Kanal Memoryschalter: zwei Kanäle werden mit Auslenkung nach vorn betätigt und zwei durch Auslenkung nach hinten.
4.: 1-3-Kanal Memorschalter: drei Memorykanäle bei Auslenkung nach hinten und ein normaler Schaltkanal bei Auslenkung nach vorn.
5.: 2-Kanal Schalter: dabei werden die Kanäle 1+2 geschaltet, wenn der Knüppel vorn ist und die Kanäle 3+4 wenn der Knüppel hinten ist.

Will man den MemoryTiny als 4-Kanal Schalter "langer Impuls" programmieren, dann muss man 8 mal mit dem Steuerknüppel schalten. Die Richtung ob nach  vorn oder hinten ist dabei gleichgültig.

Möchte man einen 4-Kanal Schalter "kurzer Impuls" haben, dann muss man 9 mal schalten. Die Richtung ist dabei wieder gleichgültig.

Möchte man einen 2-2 Kanal Schalter haben, dann muss man den Knüppel 10 mal bewegen, die Richtung ist wieder gleichgültig.

Für einen 1-3-Kanal MemorySchalter muss man den Knüppel 11 mal bewegen,  wie gehabt ist die Richtung gleichgültig.

Für einen 2-Kanal Schalter muss man den Knüppel 7 mal bewegen, die Richtung ist gleichgültig.

Wenn man den Steuerknüppel  zum Umschalten bewegt hat, und er wieder in Mittelstellung steht, dann wird nach ca. einer Sekunde die Umschaltung durchgeführt. Die Diagnose LED blitzt kurz auf, alle Ausgänge werden abgeschaltet und die Sache ist erledigt. Da der MemoryTiny seine Programmierung intern speichert, bleibt sie solange erhalten, bis er umprogrammiert wird. Es ist also unnötig, ihn nach jedem Einschalten erneut zu programmieren. Aber  er kann natürlich jederzeit wieder umprogrammiert werden.

Natürlich sind 9 bis 11 Knüppelbewegungen sehr viel, aber sie werden ja nur zum Umprogrammieren des Tinys benötigt. Und das wird vermutlich äusserst selten geschehen.
Selbstabschaltung bei Unterspannung

Der ATtiny13 unterstützt hardwaremäßig eine Unterspannungserkennung. Ich habe sie eingeschaltet und auf  2.7 Volt programiert (4.5V;  2.7V und 1.8V sind möglich). Sollte in einem Modell diese Spannung erreicht werden, dann läuft der Controller durch einen Reset und fährt wieder hoch, sobald die Spannung etwas gestiegen ist. Dabei werden alle Verbraucher ausgeschaltet. Dieses Verhalten ist besonders interessant für Mikromodelle (also 1:87 RC-Autos), die meist von einer einzigen LiPo Zelle versorgt werden. Hat der Controller einmal diesen ("BrownOutReset" genannten) Reset durchlaufen, dann blitzt die Diagnose LED dauerhaft auf mit ca. 1Hz. Damit wird dem Benutzer klar angezeigt, das es Zeit wird, ein Ladegerät aufzusuchen. Abschalten lässt sich dieses Blitzen nur durch ein Aus- und Einschalten des Modells. Dieses Verhalten ist natürlich auch nützlich, wenn ein Mikromodell von Funkstörungen geplagt ist, die durch einen defekten Akkus verursacht werden. In diesem Fall ist die Diagnose deutlich vereinfacht.
Sonstige Anmerkungen

Der MemoryTiny funktioniert nur, wenn er in einer laufenden RC-Anlage betrieben wird. Er benötigt regelmäßig die Impulse aus dem Empfänger. Bleiben die aus, dann steht auch die Software. Das heißt, auch die Diagnose LED arbeitet nicht mehr wie beschrieben. Allerdings sehe ich das nicht als Nachteil. Der MemoryTiny ist dazu da, per Funkfernsteuerung verschiedene Verbraucher zu schalten. Wenn die Funkfernsteuerung nicht arbeitet, kann es keine sinnvolle Funktionsweise für die Schaltung geben. Natürlich könnte man noch eine Senderausfallerkennung einbauen, die alle Verbraucher abschaltet, so wie es der MotorTiny hat. Der MemoryTiny hat es nicht, weil hier keine mechanischen Funktionen gefährdet sind, und weil die restlichen 2 Byte Flashspeicher für diese Funktionalität nicht ausreichen.
Noch ein paar technische Daten:
Max. Strom je Kanal: 1 A, Summe aller Ausgänge nicht mehr als 2 A.
Spannung:  3 bis 5 Volt für den Empfangsteil.
Spannung 3 bis 12 Volt für die angeschlossenen Verbraucher
Maße: 16 x 10 x 3,1 mm



Die Entwicklung der Software fand mit Hilfe einer kleinen Lochrasterplatine statt. Ein ATtiny13, ein paar LEDs und Widerstände und fertig war das Entwicklungsboard.

Die Idee des Memoryschalters ist nicht neu. Das linke Bild zeigt einen 7-Kanal Memoryschalter, den ich Ende der 1980iger Jahre in SMD Bauweise aufgebaut hatte. Er bestand aus vielen vielen Bauteilen und konnte doch weniger, als mein neuer MemoryTiny kann.

Bei der Softwareentwicklung wurde ich von einem erfahrenen Nautiker unterstützt. Schließlich ist die Elektronik ja auch sehr gut für Schiffsmodelle geeignet. Überhaupt hat die Entwicklung viel Spaß gemacht, sie fand im Urlaub auf Wangerooge statt. Nach stundenlagem Spaziergang am Strand bei stürmischem Herbstwetter ging es in die warme Wohnung. Der Laptop für die Entwicklung lag auf dem Tisch, daneben das Fernglas um die Vögel im Watt und den Hafen zu beobachten und dazu noch ein Glas, gefüllt mit einer 15 Jahre alten Spezialität von der schottischen  Insel Islay.

Das linke Bild zeigt den Schaltplan, nach dem der MemoryTiny in einem Modell verdrahtet wird. Es ist möglich, die Verbraucher direkt aus dem Empfängerakku zu versorgen oder aus einem separaten Akku von bis zu 12 Volt. Aber: die Minuspole von Empfänger- und Zusatzakku müssen miteinander verbunden werden! Bevor man dieses tut, muss sichergestellt sein, dass auf keinen Fall die Pluspole dieser Akkus irgendwo miteinander verbunden sind, denn sonst gibt es einen gewaltigen Kurzschluss!!!!

Die verschiedensten Arten von Memoryschaltern habe ich schon seit langen in meine Modelle eingebaut. So zum Beispiel auch um die Lichter meiner Kuhwerder 18 zu schalten. Die Software des MemoryTiny ist der des dortigen MemoryMegas sehr ähnlich, die Hardware allerdings unterscheidet sich schon sehr stark.


Dies ist die Modellbau-Homepage von Harry Jacobsen


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