Reinhold S. fragte über das Kontakformular nach, ob ich ihn dabei unterstützen könne, die Kegel-Fall-Abfrage seiner selbst gebauten Mini-Kegelbahn mit einem Lichtschrankensystem zu modernisieren.

Reinhold berichtete davon, dass die Mini-Kegelbahn schon etliche Jahre gut liefe, aber dass ihm die Abfrage der fallenden Kegel nicht gefalle. Bislang hatte er das über eine Seilrolle mit Untersetzung gelöst. Diese Untersetzung jedoch erschien ihm etwas zu schwergängig zu sein und so kam er auf die Idee, die Untersetzung durch eine Art Lochscheibe mit einer Gabellichtschranke zu ersetzen.


Das Problem dabei war, dass ein Kegel erst bei etwa 45 Grad Neigung als "gefallen" detektiert werden sollte. Bislang übernahm die Untersetzung diese Überprüfung.

Jetzt soll ich also eine Schaltung zeigen, die mittels einer Gabellichtschranke und dem bekannten Zählerbaustein CD4017 die Überprüfung der 45-Grad-Neigung übernimmt.

Anstatt einer mechanischen Untersetzung sollen nun die Impulse gezählt werden, die die Lichtschranke zusammen mit einer rotierenden Lochblende erzeugt.

Reinhold hat aber keine konkreten Maßangaben und so soll der Auslösepunkt der Gesamtschaltung zudem noch variabel einstellbar sein.
(Schätzungsweise soll zwischen 3 und 10 Impulsen ein Relais geschaltet werden.)

Das Komplettkonzept läuft mit 12 Volt Gleichspannung, so dass kein zusätzlicher Spannungsregler nötig wird.

Links und unten rechts sind eine Reihe Ausgänge "0"bis "9" zu sehen. Daran erkennen wir, dass es sich um einen dekadischen Zähler (einen "10er-Zähler") handelt. Diese Ausgänge sind nichts Besonderes und würden bei 5 Volt betriebsspannung auch saubere TTL-Signale liefern. Oben rechts jedoch sehen wir noch die Eingänge "Reset", "Clock" und "Clock enable", sowie den Ausgang "Carry-Out".

Um zu erkennen wie wir die Eingänge belegen müssen hilft ein Blick auf das Signalbild, das sogenannte "Timing-Diagramm":

Wir sehen dort, dass die Freigabe des Taktes ("Clock-Enable") low-aktiv ist. Das heißt, dass wir also "Clock-Enable" auf Minus (logisch "0") ziehen müssen, damit der Takteingang "Clock" Wirkung zeigt. Der "Reset"-Eingang ist ebenfalls low-aktiv. Das bedeutet, dass alle Ausgänge bei einem Null-Signal (logisch "0") ebenfalls auf logisch "0"gesetzt werden. Der Ausgang "0" bildet dabei eine Ausnahme, denn er wird bei einem Reset auf logisch "1" gesetzt, da der dekadische Zähler mit der logischen "1" auf Ausgang "0" zu zählen beginnt. (Es handelt sich also um die "Grundstellung" des Zählers)

Eine Ausnahme bildet der "Carry-Out"-Ausgang, der bei einer positiven Flanke von "Clock" und einem Zählerstand von "4" (also mit dem fünften Ausgang) auf logisch "0" geht. Beim Übergang von Ausgang "9" zu Ausgang "0" geht "Carrry-Out" wiede auf logisch "1".

Unsere Aufgabe besteht nun darin, dass wir dem Takteingang "Clock" ein sauberes Taktsignal zur Verfügung stellen, nachdem der Reset-Eingang und der "Clock-Enable" (Taktfreigabe) richtig beschaltet wurden. Den Carry-Out-Ausgang benötigen wir für diese Anwendung nicht und können ihn einfach ohne Beschaltung lassen (NC => "No Connection").

Da der Zähler aufgabengemäß vor jedem Zählvorgang sowieso kurz spannungsfrei gemacht wird (kurz komplett abgeschaltet wird), kann der Reset-Eingang dauerhaft auf Minus gelegt werden. Der Zähler soll weiters in ständiger Zählbereitschaft sein, also setzen wir den "Clock-Enable"-Eingang dauerhaft ebenfalls auf Minus, also logisch "0".

Es mag sein, dass der Zählerbaustein beim einschalten der Versorgungsspannung einen beliebigen Zählwert annimmt. Um das zu verhindern genügt eine kleine, externe Beschaltung am Reset-Pin. Der Zähler sollte dann stets sauber mit dem Wert "1", also  mit einer logischen "1" am Ausgang "0" starten, so dass eine saubere Zählung möglich ist.

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Eine Gabellichtschranke ist eigentlich einfach erklärt. Sie besteht im Wesentlichen aus einer Infrarot-LED und einem dazu passenden Infratro-Empfänger in Form eines Fototransistors.