Carrera und Arduino sind ein tolles Paar. Beides sind beliebte Spielzeuge für technikverliebte "Kinder" und in beiden verrichten Mikrocontroller der Atmel AVR Mega Familie ihren Dienst. Es liegt also nahe die beiden zu verheiraten, um die Kontrolle über Carrera zu übernehmen, die kleinen Flitzer selber zu steuern, die Bahn zu manipulieren oder nach eigenen Vorstellungen zu erweitern. Auf den nachfolgenden Seiten werde ich ein paar Grundlagen für eigene Spielereien mit der Carrera Bahn erklären. Ich hoffe auf zahlreiche Nachahmer, die mit diesen Grundlagen und viel Phantasie eigene Projekte realisieren und die Carrera Hacks weiterleben lassen.


Die nachfolgenden Seiten richten sich primär an Liebhaber der kleinen Schlitzrenner und nicht so sehr an Technik Experten aus der Mikrocontroller Szene. Zum Nachbau der drei Grundlagenhacks ist zunächst kein Lötkolben notwendig. Alles was man braucht ist ein Arduino, eine Steckplatine und eine Handvoll einfacher und billiger Elektronikbauteile. Hiermit lade ich alle aktiven Slotter zum Carrera-Hacking mit Spaßgarantie ein.


Theoretische Grundlage und Anregung für die Carrera Hacks sind die Webseiten von Stephan Heß. Stephan hat sich die Mühe gemacht und die gesamten Carrera Protokolle bis ins kleinste Detail im Internet veröffentlicht. Ich kann mittlerweile ungefähr abschätzen, wie viel Zeit dafür drauf gegangen sein muss. Daher schon mal ein ganz dickes Dankeschön an Stephan für seine hervorragende Arbeit. Die Seiten sind eine echte Bereicherung für alle Carrera Hacker und die Qualität der Beiträge setzt die Messlatte für andere sehr hoch.


Zentraler Baustein meiner Carrera Hacks ist ein Arduino. Die Arduino Plattform hat in den letzten Jahren einen großen Zulauf erhalten, sie ermöglicht Einsteigern und fachfremden Personen wie Künstlern und Designern die Verwendung von Mikrocontrollern ohne tiefgreifende technische Kenntnisse. Damit ist sie geradezu ideal zur Manipulation von technischem Spielzeug geeignet.


"Das kleine Board mit dem großen Namen trat schnell einen Siegeszug an – gerade weil es sich nicht so sehr an lötende Nerds, sondern an Quereinsteiger wie Designer oder Künstler richtete, die vorher nur in extremen Ausnahmefällen Software entwickelt oder gar eigene Hardware gebaut hatten. Das Netz ist voller Bauanleitungen für die Plattform, die von der Laserharfe über twitternde Topfpflanzen bis zu autonom fliegenden Luftschiffen reichen." Quelle: http://www.heise.de/ct/projekte/Arduino-Mikrocontroller-fuer-Einsteiger-284189.html. Hiermit möchte ich die Vielzahl an Arduino Bauanleitungen im Internet weiter erhöhen.


Die Grundlagen des Carrera Hardware Hackings
Nur drei grundlegende Bausteine sind für das Carrera Hacking notwendig. Das Lesen und Decodieren der übertragenen Daten, das Erzeugen von eigenen Steuerbefehlen sowie die Erkennung der Infrarotsignale der Fahrzeuge. Die Decodierung der Bahndaten ist sicherlich der wichtigste Baustein des Carrera Hardware Hackings. Beinahe alle Carrera Artikel, angefangen vom Wagen, der Weiche, der Startampel, der Pitlane, bis hin zu den Driverdisplays, lesen die auf der Bahn übertragenen Bits. Daher beleuchten die ersten beiden Artikel sehr ausführlich sowohl die Technik der Decodierung als auch die zugrunde liegende Theorie des Manchester Codes. Wenn man die Bits lesen kann, braucht man natürlich auch eine Möglichkeit eigene Bits zu erzeugen. Auf die Codierung konzentrieren sich die nächsten zwei Artikel. Der Codierbaustein ist dabei der erste Grundstein für eine eigene Carrduino CU. Der letzte Baustein ist die Erkennung der Fahrzeuge wenn sie einen Punkt überfahren, die Infraroterkennung. Die Kombination aus Decoder und Infraroterkenner ist beispielsweise die Grundlage für eine eigene Carrduino Weiche.














Erste Anwendung der Grundlagen
Mit dem oben gesammelten Wissen können die ersten Hacks für den Rennbetrieb entwickelt werden. Ganz wichtig war für mich eine Startampel für meine D143 Bahn. Ich fahre ausschließlich die kleinste Carrera Variante und ärgere mich regelmäßig darüber, dass bestimmte Artikel nicht für den Maßstab 1:43 verfügbar sind. Daher habe ich mich als erstes mit Hochdruck an die Entwicklung einer eigenen Ampel gemacht.


Weitere Hacks werden folgen, an weiteren Ideen mangelt es nicht, ich schaffe es nur nicht sie alle gleichzeitig umzusetzen. Die beiden nächsten wichtigen Basishacks werden die Carrduino Weiche und der Carrduino Fahrzeugdecoder sein.

Beim Carrduino Fahrzeugdecoder heißt es klein anfangen. Erst mal einen Decoder mit D143-Funktionen entwickeln, ohne Tank- und Pitstop-Funktionen. Der begrenzende Faktor zumindest im 143'er Bereich dürfte die Größe der Arduino Hardware sein. Ich vermute, dass man hierbei nicht um die Entwicklung einer eigenen Platine herum kommt.

Mit dem noch zu entwickelnden Baismodul der Carrduino Weiche können gleich mehrere Ideen einfach per Software umgesetzt werden. Als erstes fällt mir eine Antikollisionsweiche ein. Befinden sich zwei Fahrzeuge nebeneinander auf einer Weiche, so wird der Spurwechsel unterbunden. Die Zufallsweiche führt die Fahrzeug vollkommen willkürlich auf die andere Spur. Damit kann der Fahrer nicht ständig auf seiner Lieblingsspur kleben und wird zum aktiven Wechsel animiert. Die Ideallinie. An einer Weiche werden die Fahrzeuge automatisch auf die ideale Spur gelenkt, solange das keine Kollision verursacht.


Erzwungener Spurwechsel. Spurwechselfaule werden auf die andere Spur gezwungen, wenn sie an einer Weiche drei oder vier mal hintereinander auf der selben Spur ankommen ohne zu wechseln. Die blaue Flagge. Fahren zwei Fahrzeuge auf einer Weiche direkt hintereinander (Stoßstange an Stoßstange) so wird die Geschwindigkeit des vorderen Fahrzeugs für kurze Zeit gedrosselt, während das hintere Fahrzeug automatisch auf die Nebenspur gelenkt wird und somit überholen kann.

Wenn man Teilabschnitte der Rennbahn von dem Einfluss der CU abtrennt, eröffnen sich mit dem Codierer eine Reihe von Möglichkeiten. Der Decodierer liest die Daten der CU, die Daten werden manipuliert und über den Codierer auf dem abgegrenzten Teilabschnitt wieder ausgegeben. Ein erstes Beispiel wäre eine Baustelle. Auf einer Spur der 1:43 Engstelle oder des Einspurkreises wird die Geschwindigkeit entweder einfach um 2-3 Stufen verringert oder auf einen maximalen Wert begrenzt. In Kombination mit einer Weiche vor der Baustelle kann der Fahrer der Baustelle ausweichen. Die langsame Spur wird farblich gekennzeichnet oder mit typischen Baustellengeräten wie Pilonen, Ampeln versehen. Engstelle mit Vorfahrt. Die D143 Kreuzung oder die D124/132 Einspur Engstelle gibt dem ersten Fahrzeug, das in die Kreuzung einfährt, die Vorfahrt. Bei den nachkommenden Fahrzeugen wird die Geschwindigkeit für eine kurze Zeit um ein bis zwei Stufen gegenüber dem vorausfahrenden reduziert.

Geschwindigkeitsbeschränkung. In einem Streckenabschnitt wird die Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen, die maximale Geschwindigkeit wird mit kleinen Plastikschildern gekennzeichnet, auf denen z.B. die maximale Reglerposition in Prozent eingezeichnet ist. Überschreitet der Fahrer die vorgegebene Maximalgeschwindigkeit über eine gewisse Zeit, so wird er im nachfolgenden Abschnitt um 3-4 Stufen abgebremst oder sein Tank wird schlagartig geleert, so dass er einen Pitstop einlegen muss.

Die Ampelkreuzung. Die Carrera D143 Kreuzung wird mit Sensoren und einer Ampel so erweitert, dass sie die Rechts-Vor-Links-Regel umsetzt.


Handregler mit Beschleunigungs-/Lagemessung. Die Funktion von Drücker und Spurwechseltaste der Digital Regler werden durch eine Lage- und Beschleunigungsmessung ersetzt. Den Schieber gibt es nicht mehr, die Spurwechseltaste wird zu einem Ein-/Aus Taster mit gleichzeitigem Reset ersetzt. Drückt man den Taster, beginnt der Handregler zu senden. Abknicken des Handgelenks nach vorne beschleunigt, nach hinten bremst den Wagen. Eine Bewegung nach rechts oder links führt zu einem Spurwechsel.

Haptisch Taktiler Handregler. Der Handregler soll über Bewegungen eine Rückkopplung geben. Im ersten Schritt könnte der Regler mit unterschiedlicher Frequenz wie ein Handy vibrieren. Je schneller gefahren wird, desto höher ist die Vibrationsfrequenz. Im zweiten Schritt könnte man sogar eine Rückkopplung über die Fliehkräfte im Auto geben. Ein ADXL-3 Chip misst im Auto die Seitenbeschleunigung und sendet die Werte an den Handregler. Dieser gibt die Fliehkräfte über ein Kreiselsystem an die Hand weiter.

Visuelle Steuerung, die Carrera Wii-Hacks. Warum verzichten wir nicht ganz auf die lästigen Handregler und steuern über die Wii. Wii-Hacks und KnowHow gibt es mittlerweile genügend. Ich würde gerne mal prüfen, ob eine derartige Steuerung möglich ist.

Driver Display 2.0. Für die Hacks weiter oben benötigt der Fahrer die Anzeige der Geschwindigkeit, diese fehlt im aktuellen Driver Display . Zusätzlich hätte ich gerne eine Soundfunktion, die ein an die Geschwindigkeit und Beschleunigung des Wagens angepasstes Motorengeräusch erzeugt. Ein solches Display kann sehr einfach über LED's in einer bedruckten Holzplatte und einem Arduino umgesetzt werden. Alternativ bieten sich billige VGA-Bildschirme an, wie sie beispielsweise für Autos als Rückfahrkameras angeboten werden.

Die Carrduino Control Unit Es fehlt nur noch ein vollständiger Ersatz der bisherigen CU, den ich nach Belieben selber programmieren kann. Die Hardware rund um den Arduino ist durch die Grundlagen-Hacks schon weitgehend vorgegeben. Jetzt müsste man schrittweise die Funktionen der CU in Processing gießen. Dabei kann man erst mal mit einer kleinen D143-Version anfangen, das heißt ohne Tankfunktion, Pit Stop Lane und so weiter. Danach kann man diese Basisversion schrittweise ausbauen.



Weitere Carrera Hacks
Hier noch ein paar Anleitungen und Hacks, die nicht unbedingt etwas mit Arduino zu tun haben. Das Internet ist voll mit Anleitungen, Ideen, Videos zu diversen Carrera DIY-Themen. Anscheinend gibt es hier einen großen Bedarf.






Aktuell baue ich die Pit Stop Lane für die D143 Bahn um. Insbesondere die mechanische Ansteuerung der Weichen scheint nicht ganz trivial zu sein und es gibt nur sehr wenige Hinweise im Netz wie man die Magneten vernünftig einbauen könnte.