Fußgängerampel mit 6 Ampelphasen       

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In diesem Beitrag soll die Steuerung für eine Modellbauampel für Fußgänger realisiert werden. Dabei sollen vor und nach der Grünphase für die Fußgänger jeweils auch eine Phase vorgesehen werden, bei der beide Ampeln rot leuchten. Die Signaltechniker nennen die Zeit, in der die konkurrierenden Verkehrsströme rot haben „Räumzeit“. Sie dient der Sicherheit im Verkehr, so dass der abfließende Verkehr ausreichend Zeit hat den Überweg zu verlassen, bis andere Verkehrsteilnehmer grün bekommen.

Aus der ersten Tabelle ergeben sich die einzelnen Ampelphasen und deren Reihenfolge:

Phase	Motorisierter Individualverkehr (MIV)			Fußgänger (F)
1	Rot			Rot
2	Rot				Grün
3	Rot			Rot
4	Rot	Gelb		Rot
5			Grün	Rot
6		Gelb		Rot

Tabelle 1

Der Zähler 4060 muss so geschaltet werden, dass er nach der 6. Phase über den Reset wieder zur ersten Phase zurückgesetzt wird, um einen 3-Bit-Zähler von 0 bis 5 zu erhalten. Die Zählerzustände ergeben sich dann nach dieser Tabelle:

Zählerstand	4	2	1
0	0	0	0
1	0	0	1
2	0	1	0
3	0	1	1
4	1	0	0
5	1	0	1

Tabelle 2

Die verschiedenen Ampelphasen müssen über möglichst einfache Logik den verschiedenen Zählerständen zugeordnet werden. Der erste Ansatz, das Rotlicht für den MIV über „NICHT 4“ zu erzeugen, brachte für die Fußgängerampel eine sehr aufwändige Logik. Im zweiten Ansatz habe ich das MIV-rot über „NICHT 2“ erzeugt. Damit können auch alle anderen Ampelphasen sowie der Reset mit vertretbarem Aufwand erzeugt werden.

Signal	Logik
MIV rot
MIV gelb	1Λ
MIV grün	2Λ
F rot
F grün	1Λ4
(Reset)	2Λ4

Tabelle 3

Es entsteht dann folgender Signalablauf:

Zählerstand	Motorisierter Individualverkehr (MIV)			Fußgänger (F)		Reset
0	Rot			Rot		Nein
1	Rot	Gelb		Rot		Nein
2			Grün	Rot		Nein
3		Gelb		Rot		Nein
4	Rot			Rot		Nein
5	Rot				Grün	Nein
6						Ja

Tabelle 4

Da für den Aufbau der Schaltung zwei grün LED sowie mehrere Dioden/LEDs für die Logik notwendig sind, habe ich die Bauteile aus beiden Adventkalendern verwendet. Positiver Nebeneffekt dabei ist, dass ein Schalter zur Verfügung steht und die Testschaltung auf zwei Steckbrettern, je einer für die Logik und einer für die eigentlichen Ampel-LEDs aufgeteilt werden konnte. Das hat für mehr Übersicht beim Testen gesorgt.

Zum Schaltungsaufbau

Der interne Oszillator des 4060 wurde mit R2/R3/C2 in der Form beschaltet, die auch an mehreren Tagen des Adventkalenders zum Einsatz kam. Die an den Zählerausgängen Q8 bis Q10 – entsprechen den Zählerstellen 1,2 und 4 - entsteht dann ein brauchbarer Takt für die Ampel. C1 ist als Abblockkondensator so nahe wie möglich an das IC angeschlossen. Über R1 ist am Reseteingang angeschlossen. Die Dioden D1 und D2 ziehen während der Zählerstände 0 bis 5 die Reseteingang nach Masse. Mit dem Zählerstand 6 sind sowohl Leitung 4 als auch Leitung 2 auf Pegel 1. Damit der Zähler über R1 wieder auf 0 gesetzt, so dass 6 Takte (Zählerstände 0 bis 5) für die Ampel zur Verfügung stehen. Wichtig dabei ist, dass Dioden mit möglichst geringer Durchlassspannung verwendet werden, damit der Reseteingang einen eindeutigen Pegel 0 erhalten. In der Versuchsphase habe ich auch mal weiße Dioden verwendet. Je nach Batteriezustand ist dabei der Reset irgendwann ausgelöst worden.

Die LED D3 bis D5 mit den Vorwiderständen R4 bis R6 stellen die MIV-Ampel dar. R6 ist größer gewählt um die Helligkeit der grünen LED den anderen LED anzupassen. Die Logik aus der Tabelle 3 kann sehr einfach aufgebaut werden. D3 (rot) ist an Batterieplus und Zählerstelle „2“ angeschlossen und leuchtet nur, wenn „2“ auf Logik 0 liegt. D4 (gelb) liegt zwischen „1“ und „4“ angeschlossen und leuchtet nur, wenn „1“ auf Logik 1 und „4“ auf Logik „0“ liegt. D5 (grün) liegt zwischen „2“ und „1“ und leuchtet nur, wenn 2 auf Logik 1 und 1 auf Logik 0 liegt.

Die LED D6 und D7 mit den Vorwiderständen R7 und R8 stellen die Fußgängerampel dar. Auch hier ist R8 zur Anpassung der Helligkeit höher gewählt. D6 (rot) ist mit der Anode an Batterieplus angeschlossen. Über die Dioden D8 und D9 an die Zählerleitungen „1“ und „4“ angeschlossen. Damit leuchtet D6 sobald einer der beiden Zählerleitungen auf Logik 0 liegt. D7 (grün) ist ebenfalls an Batterieplus und über D12 an Batterieminus angeschlossen. Die beiden Dioden D10 und D11sorgen dafür, dass die D7 nicht leuchtet, wenn einer der beiden Zählerleitungen „1“ oder „4“ auf Logik 0 liegt. Da für D10 und D11 nur noch LED mit hoher Durchlassspannung zur Verfügung stehen, sorgt D12 für eine hohen Spannungsbedarf für D7, so dass diese LED auch sicher dunkel wird.


Nachdem der Versuchsaufbau sicher funktioniert hat, wurde ein Prototyp für Playmobil aufgebaut.

Video mit dem Versuchsaufbau: https://youtu.be/xN9XcbcvrrE
Video mit dem Prototyp: https://youtu.be/EGT8VLMcORo

 

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