Benutzerhandbuch Startampel Modell S60

Einleitung

Bei der COMTiming.net-Startampel handelt es sich um eine quarzgesteuerte Startampel mit verschiedenen Modi. Es besteht die Möglichkeit die Uhrzeit automatisch per eingebautem GPS-Sensor zu synchronisieren. Die Ampel kann mit einer Fernbedienung oder per "Kabel" gesteuert werden. Zudem gibt es ein "Blocking-Fernbedienung". Wird diese aktiviert, so lässt sich die Ampel nicht mehr auf grün schalten, bis diese wieder deaktiviert wurde (Bedienung z.B. durch den WP-Leiter oder den Hauptfunkposten am Rallye-Start).
Die Startampel wird mit einer Powerbank betrieben. Idealerweise nutzt man eine Powerbank mit Low-Current-Mode ("Always-On" oder "Kleinstverbraucher-Modus"), da die Ampel so wenig Strom verbraucht, dass die Powerbank sonst unter Umständen abschaltet (z.B. in einer Pause, in der die Ampel nicht genutzt wird).

Technische Daten

RP2040 Microcontroller mit individueller C++ Firmware
256-Pixel RGB-LED-Matrix
Realtimeclock-Chip DS3231 mit temperaturkompensiertem Quarz (Datasheet: 🔗 )
neo6m GPS-Sensor (Datasheet: 🔗 )
433MHz-Funkempfänger
kabellose Fernbedienung für Start/Stopp/Abbruch
Blockingfernbedienung
Bananenbuchsen für Signalein- und ausgang
separate GPS-Antenne
interne Batterie zur Speicherung der Uhrzeit

Der verwendete DS3231-Chip wird vor dem Einbau individuell mit Hilfe von GPS über mehrere Stunden kalibriert. Der ermittelte Aging-Wert wird in der Firmware der Ampel gespeichert und bei jedem Start in den Chip geschrieben. Dadurch kann eine individuelle Genauigkeit von unter 1ppm erreicht werden (mit Prüf-/ Messprotokoll).

Stromversorgung

Die Stromversorgung erfolgt über das eingebaute Anschlusskabel mit USB-A-Stecker. Idealerweise nutzt man eine Powerbank mit Low-Current-Mode ("Always-On" oder "Kleinstverbraucher-Modus"), da die Ampel so wenig Strom verbraucht, dass die Powerbank sonst unter Umständen abschaltet. Helfen kann hier auch ein USB-A auf USB-C-Adapter. Diese sind in der Regel auch so gebaut, dass sie dauerhaft auch sehr kleine Ströme aus einer USB-C-Powerbank ziehen können.
Eine Messung des Stromverbrauches über eine Stunde im Start-Ziel-Modus mit der zweitgrößten Helligkeitsstufe ergab folgende Parameter:

maximale Stromstärke: 450mA bei 5V
durchschnittliche Stromstärke: 300mA bei 5V
durchschnittliche Leistungsaufnahme von 1,5 Watt

Eine Powerbank mit einer Leistungsangabe von 20.000mAh könnte die Startampel also ca. 60 Stunden versorgen.

Bedienelemente

Auf der Unterseite der Ampel befinden sich folgende Bedienelemente:

[1] Eingangskabel (Wago-Klemmen)
und Stromversorgung (USB-A)
[2] Ausgangsbuchsen
[3] Stativgewinde 3/8 Zoll
[4] Bedientaster
[5] Eingangsbuchsen

Über die Ausgangsbuchsen wird zu jedem Startsignal ein Impuls ausgegeben. Dieses kann zum Beispiel zum Synchronisieren anderer Geräte oder zum Überprüfen der Genauigkeit des Startsignals genutzt werden.
Die Eingangsbuchsen, die Eingangskabel und der Bedientaster haben alle die gleichen Funktion und können alternativ genutzt werden.
Sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsbuchsen sind stromlos und durch Optokoppler galvanisch vom System getrennt. Bei den Buchsen ist auf die korrekte Polung zu achten (schwarz = Masse).

Menüstruktur und Einrichtung

Sobald die Startampel mit einer Powerbank verbunden wird, beginnt diese automatisch durch das Einrichtungsmenü zu gehen. Die Auswahl erfolgt über einen Taster oder mit der Fernbedienung. Jeder Druck auf Taster oder Fernbedienung wählt die nächste Option der jeweiligen Einstellung. Erfolgt 6 Sekunden lang keine Eingabe, wird der aktuelle Wert übernommen und es erfolgt die nächste Eingabe, bis alle Einstellungen vorgenommen wurden. Der Ablauf der 6 Sekunden ist anhand der blauen Balkens am unteren Rand erkennbar. Die Übernahme eines Wertes wird durch einen grünen Haken signalisiert:

Sollte man einen Wert falsch eingegeben haben, so beginnt man mit der Eingabe von vorne (Ampel kurz vom Strom nehmen und neu starten).
Im ersten Eingabebildschirm wählt man Farbe und Helligkeit der Ampel. Es stehen die Farben rot und grün für die Ziffern in jeweils 4 Helligkeitsstufen zur Verfügung:

Normalerweise empfiehlt sich hier die Übernahme des Standardwertes (82: rot in der zweithellsten Stufe). Bei Nacht empfiehlt sich eine dunklere Stufe, bei direkter Sonneneinstrahlung eine höhere.
Als nächstes folgt die Eingabe des Modus der Startampel. Dabei stehen die folgenden Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung:

AE: Start-Ziel-Prüfung (Start zur vollen Minute)
RK: Rundkurs (vorgegebener Countdown, der individuell gestartet werden kann)
MF: Mehrfachstart (vorgegebener Countdown, der mehrfach hintereinander mit einem vorgegeben Abstand angezeigt wird)
AMP: Ampel (einfaches Umschalten zwischen "rot" und "grün")

Durch die automatische Übernahme des aktuell abgefragten Wertes werden ohne manuelle Eingaben ("Ampel einschalten und einfach warten") die folgenden Standardwerte übernommen:
Start-Zielprüfung -> GPS-Sync
und das Gerät beginnt automatisch mit der Synchronisation und geht danach automatisch in den Betrieb für eine Start-Ziel-Prüfung.

Programmmodi

Start-Ziel-Prüfung

Nach Auswahl des Menüpunktes "AE" (Start-Zielprüfung) erfolgt die Abfrage, wie die Synchronisation der internen Uhr erfolgen soll. Dabei stehen folgende Auswahlmöglichkeiten zur Verfügung:

GPS: es erfolgt eine automatische Synchronisation per GPS-Sensor (einmalig)
GPS+: es erfolgt eine automatische Synchronisation per GPS-Sensor (regelmäßig)
MAN: manuelle Synchronisation per Bedientaster oder externem Syncgerät über die Bananenbuchsen

Bei der Auswahl von GPS und GPS+ beginnt die Ampel im nächsten Schritt automatisch damit, den GPS-Empfang herzustellen:

Dieser Vorgang kann mehrere Minuten dauern. Sobald ausreichend Satelliten-Daten empfangen wurden, wird die interne Uhr automatisch synchronisiert und die Ampel geht in den Betriebsmodus.
Im Modus "GPS+" wird die interne Uhr zusätzlich jede Minute mit dem GPS-Sensor kalibriert. Dies geschieht in der 10-Sekunden-Pause zwischen Ende der Startphase und dem Start des nächsten 30-Sekunden-Countdowns.
Wird "manuelle Synchronisation" ausgewählt, wartet die Ampel im nächsten Schritt auf das Synchronisationssignal (zur vollen Minute):

Das Signal kann über den Bedientaster an der Unterseite der Ampel, einen angeschlossenen Handtaster oder ein externes Syncgerät über die Bananenbuchsen (Eingang) erfolgen. Sobald das Signal empfangen wurde, wird die interne Uhr auf "0" Sekunden gestellt und die Startampel geht in den Betriebsmodus.
Die Uhr zeigt nun jede Minute einen Countdown an (30 bis 0). Zur vollen Minute springt die Ampel auf grün. Nach 20 Sekunden wird wieder rot angezeigt, wobei sich der grüne Balken im Verlauf der 20-Sekunden-Startphase langsam abbaut.

Minutencountdown — Countdown und Startphase

Durch die Taste an der Ampel oder mit Hilfe der Fernbedienung kann die Ampel im Modus "AE" auf Pause gestellt werden. Dies wird durch einen waagerechten Strich signalisiert:

Durch einen erneuten Druck auf den Taster oder die Fernbedienung geht die Ampel wieder in den Normalbetrieb. Dabei wird zunächst geprüft, wieviel Sekunden aktuell bis zur nächsten vollen Minute verbleiben. Sind dies weniger als 25 Sekunden, so erfolgt das nächste Startsignal erst zur übernächsten Minute und die Ampel beginnt sofort mit dem Countdown zu dieser Minute (80, 79, 78, 77, ..., 2, 1, 0).

Rundkurs

Nach Auswahl des Menüpunktes "RK" für "Rundkurs" werden noch folgende Einstellungen abgefragt:

Countdown in Sekunden (0 bis 19): Countdown der auf dem Display angezeigt wird [Standardwert: 10]
Vorlaufzeit in Sekunden (0 bis 10): Zeit vom Drücken des Tasters bis der gewählte Countdown startet. Bei der Eingabe von 0 startet der Countdown sofort. [Standardwert: 0]

Wenn ein Countdown gestartet wurde, kann dieser jederzeit durch eine erneute Betätgung des Tasters gestoppt werden ("Startabbruch"). Die Ampel zeigt dann sofort ein rotes "X" und bleibt danach dauerhaft rot, bis ein neuer Countdown gestartet wird.

Solange kein Countdown läuft, wird der rote Bereich der Ampel nur umrandet dargestellt. Erst wenn man den Startvorgang auslöst (Taster oder Fernbedienung) wird der rote Bereich vollständig dargestellt. Dadurch erkennt man, ob das Auslösen des Startvorganges erfolgreich war (insbes. bei einer Vorlaufzeit > 0 Sekunden)

Mehrfachstart

Nach Auswahl des Menüpunktes "MF" für "Mehrfachstart" werden noch folgende Einstellungen abgefragt:

Countdown in Sekunden (0 bis 19): Countdown der auf dem Display angezeigt wird [Standardwert: 10]
Vorlaufzeit in Sekunden (0 bis 10): Zeit vom Drücken des Tasters bis der (erste!) gewählte Countdown startet. Bei der Eingabe von 0 startet der Countdown sofort. [Standardwert: 0]
Anzahl der nacheinander (in einer Startgruppe) startenden Fahrzeuge [Standardwert: 4]

Ampel

Nach Auswahl des Menüpunktes "AMP" für "Ampelbetrieb" werden noch folgende Einstellungen abgefragt:

Größe der darzustellenden Ampel

Blocking-Fernbedienung

Mit Hilfe der Blockingfernbedienung kann die Ampel blockiert werden, dass heißt sie schaltet nicht mehr auf grün, egal welcher der oben genannten Modi genutzt wird. Die Fernbedienung hat einen einrastenden Druckschalter. Solange dieser aktiviert ist, sendet die Fernbedienung jede Sekunde ein Signal per Funk. Erst wenn die Ampel diese Signal für mehr als 2 Sekunden nicht mehr empfangen hat, lässt sich diese wieder normal bedienen.
Im Modus AE (Start-Ziel-Prüfung mit einem automatischen Startsignal jede Minute) wird nach dem Wegfall des Blockingsignals geprüft, wieviel Sekunden aktuell bis zur nächsten vollen Minute verbleiben. Sind dies weniger als 25 Sekunden, so erfolgt das nächste Startsignal erst zur übernächsten Minute und die Ampel beginnt sofort mit dem Countdown zu dieser Minute (80, 79, 78, 77, ..., 2, 1, 0).

Anzeige solange die Blockingfernbedienung auf "rot" steht:

Messungen Genauigkeit

Messung der Startsignale der Ampel mit einer Timy3 über die Ausgangsbuchsen (Modus: AE mit GPS+)