Kampen om den digitale modeltogsstyring

Efter årtiers kamp er der opstået en gensidig systemkompatibilitet og borgfred mellem de to dominerende systemer til digital modeltogskontrol. Udgangspunktet var adgangen til prisbillige mikrocontrollere – og i store træk var kampen mellem Microchip og Motorola

Artiklen har været bragt i Aktuel Elektronik nr. 3 – 2025 og kan læses herunder uden illustrationer
(læs originaludgaven her)

Af Rolf Sylvester-Hvid

Mon ikke mange af de lidt ældre ingeniører og teknikere har en fortid med modeltog på ét eller andet tidspunkt i deres liv? Megen interesse for ingeniørfaget udspringer jo af behovet, og hi-fi, instrumenter og RC-modeller eller modeltog har givet en stor del af æren for at have sendt raske unge mænd – og procentuelt lidt færre kvinder – ind på ingeniørstudiet. Teknologisk er modeltoget særdeles interessant og i høj grad en ”first user” af nye komponentteknologier.
Lad os lige starte med en genopfriskning af modeltogssystemerne: De ”store” har historisk været ”tabletop-størrelsen” H0/00 (skala 1:87 eller briternes foretrukne 1:76) på 16,5mm sporvidde på skinnerne. To systemer har domineret denne skala: Det ene er 2-skinne DC, hvor tog og retning styres af en analog jævnspænding til de to skinner, typisk 0-14VDC, og hvor polariteten bestemmer retningen. Det andet system, hvor især tyske Märklin har været en stor spiller, er 3-skinne AC med fremmedmagnetiserede to-spole lokomotiver til 0-16VAC, og hvor man med et overspændingsrelæ og 24VAC+ har skiftet spole i motoren – og dermed retningen af lokomotivet. Strømforsyning har traditionelt været med fasen i en midterleder mellem skinnerne og en slæbesko på lokomotivet og de to skinner som én samlet 0-leder.
Drømmen har altid eksisteret blandt både producenter og brugere om at køre med flere tog og lokomotiver på samme skinnestrækning, men fortidens analoge systemer gjorde ikke løsningerne lette. Der var forsøg med at have delefiltre i lokomotiverne og styringer med multiple frekvenser, men det var ikke specielt effektivt. Svaret på alle bønnerne kom, da mikrocontrollerne til forbrugerapplikationer blev så små – og billige – at de kunne bruges i de små lokomotivmodeller. Den første kommercielle løsning var Märklin Digital, som blev præsenteret på legetøjsmessen i Nürnberg i 1979 – og produceret/solgt i volumen fra 1985 til et først afventende og siden meget begejstret marked.
Udgangspunktet var en Motorola-mikrocontroller, der egentlig var udviklet til infrarøde fjernbetjeninger, men som kunne styre to effekttransistorer i et modellokomotivs AC-motor via et pulsbreddemoduleret (PWM) signal. Og med et ”museklaver” (otte DIP-switche) kunne man indstille lokomotivets adresse. I stedet for en gængs transformer kunne man så taste lokomotivets adresse og indstille hastigheden i 14 trin samt retning via LSB (Least Significant Bits) i kommunikationen til lokomotivet. Og med ét tog sendt afsted, kunne man så køre med flere andre på samme anlæg og skinnestrækning.

NMRA-standard
Modsat Märklin havde DC-markedet ikke én stor producent, men flere små – bortset fra amerikanske Lionel, der oprindeligt fremstillede tog i den rundt regnet dobbelt så store 0-størrelse (H0 betyder halv-nul). Men USA havde også kig på H0-markedet og havde desuden en vis standardisering i NMRA-samarbejdet (Northamerican Model Railroad Association). NMRA havde også tænkt i digitale baner, men en DC-motor kræver en helt anden styring med en H-bro bestående af fire transistorer, og hvor ”tværgrenen” i H’et er den elektrisk svævende DC-motor. Rotationsretningen er bestemt af, hvilke to transistorer i H-broen, der er aktive, og hastigheden er også hér bestemt af et PWM-signal.
Konkurrence er jo dét, der driver markedet fremad, og standardisering fremmer forbrugernes lyst til at tage en given teknologi til sig, men producenterne af modeltog har omvendt i årtier benyttet den manglende kompatibilitet mellem Märklin Digital og NMRA’s fælles DCC-platform (Digital Command Control) til at få kunderne til at vælge Märklin eller ”de andre” for derefter at fastholde forbrugerne hos den ene eller anden producent. Hvor man i ”analogtiden” med lidt teknisk snilde kunne ombygge lokomotiver til konkurrerende skinnesystemer, så blev det straks sværere med digitalstyringerne. Det vil sige, indtil de første tredjeparts leverandører af digitale dekodere til lokomotiver og -styringer begyndte at tænke i ”multiprotokol”, og de enkelte større modeltogsproducenter begyndte at opkøbe mindre, konkurrerende producenter – uanset skinne- og styringssystem.
Hvor der fra 1985 til ca. år 2000 var en ret skarp opdeling imellem Märklins Motorola-baserede digitaldekodere og de primært Microchip-baserede DCC-digitaldekodere, så dukkede virksomheder som blandt andre Lenz og Uhlenbrock op med styringer, hvor man ved tastetryk kunne vælge det ene eller andet digitale format. Og med komponentudviklingen forsvandt Märklins ”museklaver” også, så styringerne gradvist blev meget mere avancerede. Blandt andet kan man nu programmere motorernes PI/PID-parametre for acceleration, opbremsning, maksimalhastighed og moment gennem adgangen til rundt regnet 100 CV-registre i dekoderne.
Den mangeårige krig mellem systemerne gav en kompleksitet, som ikke gjorde legen lettere på modelbanerne, selv om der opstod flere muligheder. Så i dag er der fred, og de fleste systemer kan ret let kommunikere indbyrdes, uanset om vi taler om 2- eller 3-skinnedrift. Og de fleste motorer er i dag af (BL)DC-typen (BL = børsteløs/elektronisk kommuteret), og man kan tilkøbe et utal af funktioner som taktslagstyret røgudvikling i damplokomotiverne, lyd som kan uploades til en aktuel maskine via et SOSU-interface, digitalkameraer med gyrostyring, simple bremsetrækninger foran signalerne og meget mere. Kampen er slut – og som altid kommer standardisering forbrugerne til undsætning.
Åh, og hvis man vil se modeltog i højeste potens, så tag en tur til Miniatur Wunderland i Hamburg. Det er hele Tyskland som modeltogsanlæg, gigantisk og rigtig sjovt – faktisk for hele familien. Det er vistnok også Tysklands næststørste turistattraktion, og man bør bestille billet og adgangstidspunkt hjemmefra.

Billedtekst:
Digitalisering af modeltog er blevet særdeles enkelt. Stort set alt er digitalt som udgangspunkt, og lokomotiverne melder sig selv ind til styringerne. Gamle analoge tog kan på minutter gøres digitale med meget prisbillige dekodere, som monteres med et 8- eller 21-/22-pin stik i lokomotivets styreprint.