BoatOS & BoatOpenIO

Vorab ein paar wichtige Hinweise, die Sie unbedingt beachten sollten.

„Selbstgemacht ist wissen was drin ist – und bezahlbar.“

BoatOS startete als Experiment im Umgang mit KI-gestützter Softwareentwicklung. Ziel war ursprünglich, die eigene Motorüberwachung auf einem 1989 gebauten Stahlmotorboot zu digitalisieren – und dann wurde es plötzlich ein vollständiges Marine-Betriebssystem. Inzwischen läuft das System produktiv auf dem Boot und wird kontinuierlich weiterentwickelt.

BoatOpenIO entstand aus dem konkreten Bedarf, analoge VDO-Instrumente und andere 12-V-Sensoren günstig und flexibel in das System zu integrieren – ohne teure proprietäre Gateways.

Deck-Frontend im Browser
Deck-Frontend im Browser

Inhaltsverzeichnis

BoatOS – Einführung

BoatOS ist ein vollständiges Marine-Betriebssystem für den Raspberry Pi. Es kombiniert Offline-Navigation, Motorüberwachung, Wetterinformationen, Pegelstände und automatische Logbuchführung in einem lokal betriebenen System – ohne Cloud-Abhängigkeit und ohne Abo.

Das System besteht aus zwei Frontends, die ein gemeinsames Backend nutzen:

  • Helm – Flutter-App, läuft nativ auf dem Raspberry Pi. Gedacht für feste Touchscreen-Installationen im Armaturenbrett oder Cockpit.
  • Deck – Browser-Frontend, kein Install notwendig. Von jedem Gerät im Bootsnetz aus erreichbar – Handy, Tablet, Laptop.
  • Backend – FastAPI + WebSocket + MQTT (Mosquitto) als Kommunikations- und Datenschicht.
  • SignalK – als offene Datenschnittstelle für GPS und Sensordaten.

BoatOS ist kein zertifiziertes Navigationsprodukt. Es ist ein DIY-System, das für den Einsatz auf dem eigenen Boot entwickelt wurde und offen dokumentiert ist. Ziel ist Plug-and-play: das fertige Image auf die Karte, Pi starten, fertig. Linux-Kenntnisse sind kein Muss – wer irgendwo hängt, kommt mit den Anleitungen im Repository oder einer kurzen Google-Suche in der Regel weiter. Vorteilhaft sind solche Kenntnisse natürlich trotzdem, besonders wenn man das System erweitern oder anpassen möchte.

Funktionsumfang

  • Offline-Karten mit OpenSeaMap (MapLibre + Vektortiles, lokal auf SSD gespeichert)
  • AIS-Darstellung via AISStream.io (Internet) oder eigenem USB-AIS-Empfänger (offline)
  • Wasserwegrouting via OSRM (lokal auf dem Pi, keine Internetverbindung nötig)
  • GPS-Track-Aufzeichnung
  • Routensimulation (Faktor ×1 bis ×1000) zur Routenplanung und Reisezeitvorbereitung
Abb.: BoatOS Deck-Frontend – Offline-Navigation mit OpenSeaMap
Deck-Frontend Routenplaner
Abb.: BoatOS Deck-Frontend – AIS
Deck-Frontend AIS

Bordsystemüberwachung

  • Motorüberwachung live: Batteriespannung, Öldruck, Kühlwassertemperatur, Drehzahl
  • Erschütterungserkennung via MPU6050 (Impact Detection)
  • SOS/MOB-Button
BoatOS Dashboard – Motorüberwachung live
BoatOS Dashboard – Motorüberwachung live

Automatisches Logbuch

Das Logbuch ist ein Kernbereich von BoatOS. Es wird manuell gestartet und beendet – jeweils zu Fahrtbeginn und Fahrtende. Während einer aktiven Aufzeichnung protokolliert es GPS-Track, Motordaten, Sensordaten und Ereignisse mit Zeitstempel und Position. Das Logbuch lässt sich im Deck-Frontend einsehen und exportieren und dient als Grundlage für die Auswertung von Fahrten, Motorlaufzeiten und aufgezeichneten Ereignissen.

Logbuch Start Aufzeichnung
Logbuch Start Aufzeichnung mit Crew Auswahl

Weitere Funktionen

  • Wetterdaten via OpenWeatherMap
  • Pegelstände via PEGELONLINE (relevant für Binnengewässer)
  • Dashboard mit Widget-System und visuellem Editor
  • Horizont-Widget
  • Crew-Management
  • Integrierter OTA-Updater

Hardware

Hardwareempfehlung

BoatOS läuft auf verschiedenen Raspberry-Pi-Varianten. Die beste Kombination aus Leistung, Stromverbrauch und Marineeignung ist der Raspberry Pi 4 mit 4 GB RAM. Der Pi 5 ist schneller, zieht aber unter Last deutlich mehr Strom – was auf Booten mit begrenzter Bordstromversorgung relevant ist.

Hardware Unterstützt Bemerkung
Raspberry Pi 4B (4 GB) ✓ Empfohlen Gutes Leistungs-/Stromverhältnis für Marinebetrieb
Raspberry Pi 5 ✓ Schneller, aber höherer Stromverbrauch unter Last
Raspberry Pi 3B+ ✓ Ausreichend für Basisfunktionen, langsamere Navigation
Raspberry Pi Zero 2W ✓ (eingeschränkt) Für kompakte Installationen, nicht alle Features nutzbar

Speichermedium

Für den Dauerbetrieb wird eine SSD empfohlen. SD-Karten eignen sich für Tests und den Einstieg, sind aber durch häufige Schreibzyklen bei dauerhaftem Betrieb anfällig. Wer eine SD-Karte nutzt, sollte mit einer Klasse-10-Karte eines renommierten Herstellers (SanDisk, Samsung) und regelmäßigen Backups arbeiten.

Für die Offline-Navigation mit vollständigen OpenSeaMap-Vektortiles werden mindestens 32 GB empfohlen, für größere Kartenregionen entsprechend mehr. Eine SSD mit 128 GB bietet ausreichend Reserven.

GPS

Empfohlen wird die GlobalSat BU-353N5 (MediaTek AG3335MN, Multi-GNSS). Sie wird per USB angeschlossen und via gpsd und SignalK in BoatOS eingebunden. Standardmäßig liefert sie NMEA 0183 bei 4800 bps – dieser Wert ist wichtig für die gpsd-Konfiguration. Andere USB-GPS-Mäuse mit NMEA-0183-Ausgabe funktionieren ebenfalls, wurden aber nicht systematisch getestet.

Touchscreen (optional)

Für die Helm-App eignen sich 10,1″-Touchscreens mit HDMI-Eingang. Eine feste Empfehlung für ein bestimmtes Modell gibt es nicht, da das Angebot wechselt. Achten Sie auf ausreichende Helligkeit (mindestens 400 cd/m²) für den Außeneinsatz im Cockpit.

Übersicht Materialkosten

Komponente Geschätzte Kosten Bemerkung
Raspberry Pi 4B (4 GB) ca. 100 €
SSD 128 GB ca. 20–30 € M.2 oder extern über USB
GPS-Maus BU-353N5 ca. 50 €
10,1″ Touchscreen ab ca. 60 € (Einstieg) Optional, für Helm-App; für den Außeneinsatz Modelle mit >400 cd/m² empfohlen
Gehäuse, Kabel, Kleinteile ca. 20–30 €
Gesamt (geschätzt) ca. 250 € Je nach vorhandener Hardware und Displaywahl

Installation

BoatOS wird als fertiges Image bereitgestellt. Das Image enthält das Betriebssystem, das Backend, beide Frontends, SignalK, gpsd, OSRM und alle notwendigen Konfigurationen.

Aktuelle Version: v1.6.0

Das Image wird mit dem Raspberry Pi Imager auf die SD-Karte oder SSD übertragen:

  1. Raspberry Pi Imager herunterladen: raspberrypi.com/software
  2. Image herunterladen: archive.org – boatos_v1.5.21.img.gz
  3. Im Imager: „Eigenes Image“ → heruntergeladene Datei auswählen → auf Speichermedium schreiben
  4. Vor dem ersten Start: auf der Boot-Partition des Speichermediums die Datei wlan.txt mit den eigenen WLAN-Zugangsdaten (SSID und Passwort) befüllen. Beim ersten Start liest firstrun.sh diese Datei automatisch ein und richtet die WLAN-Verbindung ein. Wer das vergessen hat: per LAN-Kabel verbinden und die WLAN-Zugangsdaten nachträglich über die Einstellungen eintragen.
  5. Speichermedium in den Pi einsetzen und starten
  6. WLAN-Passwort sofort ändern (Standardpasswort im GitHub dokumentiert)

Detaillierte Installationshinweise befinden sich im GitHub-Repository.

Sicherheitshinweise

BoatOS ist für den Betrieb in lokalen Bootsnetzen ausgelegt. Folgende Punkte sind vor dem Betrieb zu beachten:

  • Kein zertifiziertes Navigationsgerät. BoatOS ersetzt keine amtlichen Seekarten und keine zugelassene Navigationssoftware. Es ist als Ergänzung zum vorhandenen Navigationsgerät gedacht, nicht als alleiniges Navigationsmittel.
  • Sensordaten sind nicht geeicht. Alle angezeigten Motorwerte, Batteriespannungen und Temperaturen dienen der Orientierung, nicht der sicherheitskritischen Überwachung.
  • WLAN-Passwort ändern. Das Standard-WLAN-Passwort muss nach der Ersteinrichtung geändert werden. Es ist öffentlich im Repository dokumentiert.
  • Keine Haftung. BoatOS ist ein privates Open-Source-Projekt. Es wird ohne jegliche Gewährleistung bereitgestellt. Für Schäden an Personen, Booten, Geräten oder sonstige Folgeschäden, die durch den Einsatz von BoatOS entstehen, wird keine Haftung übernommen. Die Nutzung erfolgt auf eigene Gefahr.

BoatOpenIO – Einführung

BoatOpenIO ist ein modulares Marine-IO-System zur Anbindung analoger Bootsensoren an BoatOS – oder an jedes andere System, das MQTT oder serielle Daten verarbeiten kann.

Ausgangspunkt war ein konkretes Problem: Ältere Boote haben analoge Instrumente (VDO und ähnliche), die 12-V-Spannungssignale liefern. Diese direkt an einen Mikrocontroller anzuschließen erfordert Spannungsteilung, gelegentlich galvanische Trennung und je nach Sensor unterschiedliche Signalaufbereitung. Fertige Lösungen dafür sind entweder teuer oder unflexibel. BoatOpenIO löst das mit einem Stecksystem: pro Kanal wird die passende Mini-Platine eingesetzt, der Rest läuft per Software.

Architektur

Das System besteht aus einem Hauptboard mit folgendem Aufbau:

  • ESP32 auf Sockel (tauschbar, flashbar per USB)
  • CD74HC4067 Multiplexer – 16 analoge Eingangskanäle auf einem Chip
  • Bis zu 4× ADS1115 ADC auf Sockeln (I²C-Adressen 0x48–0x4B = 16 unabhängige analoge Ziele mit 16-Bit-Auflösung)
  • MPU6050 auf Sockel (Lagesensor, Erschütterungserkennung)
  • 16 Sensorklemmen mit je einer steckbaren Mini-Platine
  • JST 2-Pin-Stecker je Kanal (Signal IN/OUT)
  • Getrennte VCC-Leisten für 5 V und 3,3 V

Die Zuordnung von Klemme zu ADC-Kanal und Signaltyp erfolgt über eine JSON-Konfigurationsdatei (kanaele.json). Für neue Sensoren oder geänderte Verdrahtung ist keine Firmware-Änderung notwendig.

Mini-Platinen-Bibliothek

Jede der 16 Klemmen bekommt eine steckbare Mini-Platine, die das Signal für den ADC aufbereitet. Aktuell verfügbare Typen:

Kürzel Funktion Typischer Einsatz
VT Spannungsteiler 12-V-VDO-Sensoren (Öldruck, Temperatur) → 3,3 V
PD / PU Pull-down / Pull-up Digitale Eingänge, Schalter, Geber ohne eigene Beschaltung
ST Schmitt-Trigger Pickup-Sensoren, Generatorimpulse, prellbehaftete Signale
ISP Impuls-Board (Arduino/ESP01) Drehzahlmessung, Durchflussmessung
OPT Optokoppler Galvanische Trennung bei empfindlichen Bordnetzen
DIR Jumper / Direkt Signaldurchschleifung ohne Aufbereitung

Die Mini-Platinen sind klein genug, um auf Lochraster aufgebaut zu werden. Für das Prototyping auf Lochraster-Basis ist das System vollständig geeignet; ein JLCPCB-Leiterplattenauftrag ist für spätere Versionen geplant.

Materialkosten

Die Materialkosten für das Hauptboard liegen bei etwa 30 €, abhängig von Einkaufsmengen und Lieferant. Die Mini-Platinen kommen je nach Typ auf wenige Cent bis ca. 2 € pro Stück. Damit lassen sich 16 Kanäle mit vollständiger Signalaufbereitung für unter 40 € realisieren – ohne proprietäre Gateways oder teure fertige Sensorinterfaces.

Komponente Geschätzte Kosten
ESP32 (Breakout) ca. 7–10 €
CD74HC4067 MUX ca. 3 €
ADS1115 × 4 (Breakouts) ca. 8–12 €
MPU6050 (Breakout) ca. 4 €
JST-Stecker, Klemmen, Passives ca. 5 €
Mini-Platinen (je Stück) 0,10–2,00 €
Gesamt Hauptboard ca. 30 €

Weitere geplante Projekte

Folgende Projekte sind in Entwicklung und werden zu einem späteren Zeitpunkt veröffentlicht:

  • Ventilheizung – 3D-gedruckte Heizringe für Frostschutz an Seewasser-Ventilen, ESP32-gesteuert
  • AutoSat – automatische Ausrichtung einer Satellitenschüssel über GPS-Daten aus BoatOS
  • Chinaheizung-Steuerung – Integration einer Webasto/Diesel-Standheizung in BoatOS mit Fernsteuerung über Deck
  • Echolot / Tiefenmessung – geplante Einbindung eines Tiefenmessers in BoatOS, voraussichtlich mit Unterstützung durch das Open-Source-Projekt OpenEcho

Dokumentation – Logbuch ohne Pose

Die gesamte Projektentwicklung – Hardware, Software, Fehlschläge und funktionierende Lösungen – wird in der Buchreihe „Logbuch ohne Pose“ dokumentiert. Die Bücher sind keine Hochglanz-Dokumentation, sondern ehrliche Aufzeichnungen aus dem laufenden DIY-Projekt: was warum so gebaut wurde, was nicht funktioniert hat, und wie es gelöst wurde.

Wer ein Buch kauft, unterstützt damit direkt die Weiterentwicklung von BoatOS und den zugehörigen Projekten. Die Einnahmen fließen in neue Hardware, weitere Experimente und die Zeit, die in Dokumentation und Entwicklung steckt. Es ist die einfachste Möglichkeit, das Projekt zu fördern – und man bekommt ein Buch dafür.

Bände 1–5 sind verfügbar (Deutsch und Englisch). Bände 6–8 sind in Arbeit und werden die BoatOpenIO-Entwicklung sowie weitere Projekte dokumentieren.

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