DIY Pinnenpilot

  • Neustart 08/2018
  • weitere Projekte
  • Standby seit 09/2019
  • aktuell keine weiteren Aktivitäten, da Probleme der Sensorkalibrierung nicht befriedigend gelöst sind
  • aktueller Ansatz Aufteilung:
    • AHRS 9-Achs-Digitalsesor (Kompass, Gyro, Beschleunigungssensor)
    • Controllereinheit ESP32 (ggf Kombination aus Fuzzyregelung / klassischen Regelalgorithmen)
    • Aktuator Industrie-Lineareinheit
  • Stand: Tests am Lagesensor AHRS (Altitude and Heading Reference Sensor)
  • Projekte befinden sich noch größtenteils in Konzeptfindungsphase
  • Derzeit gibt es drei Projekte, die das Thema bearbeiten:

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/69164-pinnenpilot-diy/

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/68916-pypilot/

Konzept 1 mit Raspi als Controller und externen Sensornetzwerk

Konzept 2 mit ESP32 als Controller

Konzept 3 autarker kompakter Pinnenpilot

Prototyp AHRS GY953 mit ESP8266

Daten des Prototypen AHRS in OpenPlotter

 

Funktionsprinzip der Fusion mit Komplementärfiltern

Ruderlagengeber aus 3D gedruckten Teilen von Malte

Prototyp mit GPS-Sensor von Malte

Linearaktuator zerlegt

 

 

DIY Bordcontroller

Der Bordcontroller überwacht und steuert das Energiesystem einer Yacht

Ziele der Entwicklung

  • Erhöhung der Betriebssicherheit
  • Erhöhung der Akkumulatorlebensdauer
  • Schnelle Ladung der Akkumulatoren

Erhöhung der Betriebssicherheit

Durch die Anzeige der Akkumulatorzustände wird der Betreiber jederzeit über die Verfügbarkeit des Akkumulatorsystems informiert. Ein altersbedingter Defekt des Akkumulators lässt sich durch stetiges Nachlassen der Kapazität diagnostizieren, ein Akkumulatorwechsel ist so rechtzeitig zu planen. Vor unzulässigen Betriebszuständen des Energiesystems wird im Klartext gewarnt. So können Maßnahmen ergriffen werden, bevor es zum Ausfall der elektrischen Energieversorgung und der damit verbundenen Sicherheitsrisiken an Bord einer Yacht kommt.

Erhöhung der Akkumulatorlebensdauer

Der Akkumulator wird mit einer speziellen, temperaturabhängigen Kennlinie geladen, dadurch erhöht sich die Lebensdauer. Mit der Erhöhung der Lebensdauer sind Kosteneinsparungen verbunden. Yachtakkumulatoren werden in vergleichsweise kleinen Serien hergestellt und sind mit aufwändigen Gehäusekonstruktionen (Auslaufsicherheit) versehen, wodurch ihr Preisniveau deutlich über dem von KFZ-Akkumulatoren liegt. Die verwendeten Kapazitäten liegen zwischen 100-1000Ah. Größere Batteriebänke verursachen beim Wechsel nicht unerhebliche Installationskosten. Eine seltenere Entsorgung trägt zur Umweltentlastung bei.

Schnelle Ladung

Der Akkumulator erhält während der Ladung immer den optimalen Strom, den er aufgrund seines Zustandes (Ladezustand, Temperatur) verträgt. Wenn die Antriebsmaschine zum Zweck der Batterieaufladung gestartet wird, soll der Ladevorgang so schnell wie möglich ablaufen, da der Betrieb der Antriebsmaschine an Bord einer Yacht eine erhebliche Lärmbelästigung darstellt. Eine kurze Ladezeit vermindert die Umweltbelastung.

Funktionen:

  • Regelung des KFZ-Drehstromgenerators entsprechend den speziellen Erfordernissen der elektrischen Energieversorgung an Bord von Yachten
  • Überwachung des Energiesystems und Schutz vor unzulässigen Betriebszuständen
  • Anzeigen wichtiger Systemzustände (Ladestrom, Spannung, Strom und Restkapazität, Warnmeldungen)
  • Freie Auswahl von 3 Messwerten im Display
  • Kompaktes Einbaugerät, 12V / 3W

Regelung des Drehstromgenerators mit optimierter Kennlinie

  • Laden mit maximalem Strom bis zur temperaturabhängigen Gasungsspannung UGAS von ca. 14,4V.
  • Mit dieser Spannung weiterladen, bis sich der Strom eine Zeit (tik) nicht mehr ändert.
  • Der Akkumulator erhält nun eine temperaturabhängige Erhaltungsladespannung UERH von ca. 13,5 V.
  • Bei Erreichen einer Batterietemperatur von 50 °C wird die Ladung unterbrochen.

Übersichtsschaltbild

  • G1 Bordbatterie
  • G2 Starterbatterie
  • RSI Messshunt
  • SI Hauptschalter Bordbatterie
  • S2 Hauptschalter Starterbatterie
  • S3 Zündschalter
  • S4 Kühlwassergeber
  • S5 Öldruckgeber
  • D1 Trenndioden
  • H1 Ladekontrolleuchte
  • H2 Alarmmelder
  • E1 Verbraucher
  • E2 Batterie- bzw. Motorraumlüfter

Bilder

Kontakt:

Oliver Bast

oliver(at)basthome.de

DIY Fernbedienung für Autopilot (Raymarine)

  • OpenSource Seatalk Funk-Fernbedienung für Raymarine Autopiloten
  • Basis: Arduino ProMicro und 433MHz Funkmodul
  • Einfache 433MHz 4-Kanal-Funksender verwendbar
  • Plus/Minus 1 und Plus/Minus 10 Grad Schritte
  • Auch mit OLED-Display als Anzeige kombinierbar (z.B. für Windanzeige)
  • Einfache Lötbarkeit durch Verwendung konventioneller Bauelemente in Durchstecktechnik
  • Programmierung mit Arduino IDE
  • Kosten (Platine und Bauteile): ca. 50 EUR
  • Platinen bestellbar bei aisler.net (https://aisler.net/p/LCDCUVMF)

Vollständige Dokumentation und Programm auf GitHub verfügbar: https://github.com/AK-Homberger/Seatalk-Autopilot-Remote-Control

Viele erfolgreiche Nachbauten/Erweiterungen im Segeln-Forum:

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/p1899961-raymarine-seatalk-autopilot-fernbedienung-mit-arduino-neue-version/#post1899961

 

Beispiele für Nachbauten/Modifizierungen:

Testaufbau mit Display.

 

Integration in älteren Autopiloten.

 

Integration in NMEA2000-Bus über Seatalk-Adapter.

 

 

DIY Motordiagnose

  • Nachrüstung bei allen Motortypen, da unabhängige Sensoren verwendet werden
  • Verwendung günstiger Sensoren
  • Messungen diverser Motorparameter
  • Durchfluss Kühlwasser (Impuls, YF-S201B)
  • Temperatur Kühlkreisläufe (1Wire, DS18B20)
  • Temperatur Motorraum (1Wire, DS18B20)
  • Motordrehzahl (Impuls, GB2A26 Sharp)
  • Drehzahl der Abtriebswelle (Impuls, GB2A26 Sharp)
  • Motorbetriebsstunden (über Drehzahlerkennung)
  • Stromversorgung über 12V Bordnetz
  • Datenverarbeitung mit ESP8266
  • Datenübertragung per WLAN
  • Datenprotokoll NMEA0183, teilweise mit kundenspezifischen Telegrammen
  • Datenanzeige über OpenPlotter
  • Einfaches Webfrontend zur Bedienung und Anzeige über Handy
  • Wasserdichtes Gehäuse
  • Einbauort im Motorraum für kurze Leitungen
  • Alle Sensoren per Kabel angebunden
  • Preis kleiner 120 Euro für Material

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/71890-motormanagement-diy/#post2031351

Elektronikbox

Elektronikbox

Elekronikbox Prototyp

Drehzahlsensor mit Lichtschranke

Durchflusssensor

Messwerte in OpenPlotter

Motordrehzahl-Sensor an Riemenscheibe

Durchlusssensor Seewasserkreis mit Gardena-Kupplungen zur schnellen Überbrückung

Drehzahlmesssung Wellenabgang

10-Zoll Plotter (1000 nits)

  • high brigtness display (Alibaba)
  • milled plastic housing (Renshape)
  • anti glare, anti fingerprint protective film screen ( ANTIFLEX-AR3-AR5/2h, 3M 468MP bonding)
  • touch screen
  • membrane keyboard (TroLase Foil 0.2mm)
  • Bluetooth remote (kradex)
  • CM3L core

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/73813-10-plotter-im-eigenbau/ (german)

http://forum.openmarine.net/showthread.php?tid=1547 (english)

Parts List (minimal! /wo shipping, customs, VAT, work, etc.) sum ~ 230,00 €

  • Bauteile Main pcb v1.1 1 pos.  35,05 €
  • Platine Main pcb v1.1 1 pcs. 4,50 €
  • Bauteile Keyboard pcb v1.0 1 pcs. 2,90 €
  • Platine Keyboard pcb v1.0 1 pcs. 1,20 €
  • Bauteile NMEA pcb v1.0 1 pos. 3,60 €
  • Platine NMEA pcb v1.0 1 pcs. 0,70 €
  • Frontscheibe 0.8 mm 1 pcs. 36,00 €
  • Frontscheibe passepartout Folierung 1 pcs. 22,00 €
  • Klebefilme 3M DIN A4 1 pcs. 8,50 €
  • Dichtung Rückplatte 2 mm DIN A4 1 pcs. 0,60 €
  • Tastenfolie Keyboard Trotec 0.2 mm 1 pcs. 5,00 €
  • Gehäusematerial Renshape 650 1 pcs. 16,00 €
  • Einpressmuttern M4 Messing 20 pcs. 4,00 €
  • Rückplatte Alu weiß beschichtet 1 pcs. 11,00 €
  • M12 Buchse für Rückplatte 1 pcs. 7,50 €
  • Druckausgleich-Membran 1 pcs. 1,60 €
  • Rückplatte Keyboard PS 1.5 mm 1 pcs. 2,00 €
  • Schrauben M4x8 Edelstahl TX 24 pcs. 2,20 €
  • Blindnietmuttern M4 Alu 4 pcs. 1,00 €
  • Beilagscheiben M4 Nylon 24 pcs. 1,70 €
  • LiPo-Akku 804262 2600 mAh 1 pcs. 10,00 €
  • Raspberry CM3L Modul 1 pcs. 27,50 €
  • SD-Karte Sandisk 16 GB 1 pcs. 8,00 €
  • WLAN-Stick Edimax 1 pcs. 8,00 €
  • Verbindungskabel Touch-Panel 1 pcs. 5,00 €
  • Silikonpad für CPU 1 pcs. 2,50 €

DIY Vordeckkamera

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/72312-abstandssensor-diy/index3.html#post2076812

  • Projekt gestartet in 06/2019
  • Projektstart als Ultraschall-Abstandssensor mit zwei Frontsensoren
  • ESP8266 als Auswerteeinheit mit WLAN
  • 12V / 80mA

Nach einigen Diskussionen im Forum kam die Idee, eine Kamera einzusetzen, die in Salingshöhe installiert ist und auf das Vordeck blickt. Dazu gibt es bereits kommerzielle Produkte wie z.B. von Raymarine die CAM100, die aber ca. 700 EUR kostet und sich nur in deren Plotter einbinden lässt. Die Idee mit der Kamera wurde weiter verfeinert und der Einsatz eines ESP32Cam-Moduls in einem Vordeck-Lampengehäuse favorisiert. Das ursprüngliche Projekt mit den Ultraschall-Abstandssensoren wurde zugunsten des Kameraprojektes eingestellt.

  • ESP32CAM Modul und LED Decksbeleuchtung kombiniert
  • Weiße 3W Cree-LED als Vordeckbeleuchtung
  • 1W IR-LED für Nachtbild
  • PIR- und Helligkeitssensor für Lichtautomatik und Alarmanlagenfunktion
  • Wetterdaten mit BME280 (Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchte)
  • Stromversorgung über Vordeckbeleuchtung (ca. 1,5W, ohne Beleuchtung)
  • WLAN Bildübertragung
  • Bedienung und Darstellung im Webbrowser eines Handys oder Tabletts
  • Integration in kommerzielle Produkte grundsätzlich möglich (z.B. Plotter)
  • Mögliche einstellbare Bildauflösungen:
    • 1024 x 786 5 fps @ 350 kB/s
    • 800 x 600 8 fps @ 350 kB/s
    • 640 x 480 11 fps @ 350 kB/s (Optimum)
    • 400 x 295 20 fps @ 350 kB/s
    • 320 x 240 22 fps @ 350 kB/s
    • 240 x 176 25 fps @ 350 kB/s
    • 160 x 120 25 fps @ 350 kB/s
  • Blickwinkel der Kamera ca. 50°, Fixfokus-Objektiv
  • Vordecklicht per App oder über PIR-Sensor aktivierbar
  • Einstellbare Nachlaufzeit bei Bewegungserkennung (Treppenlichtautomatik)
  • Kamera auch zur Fernüberwachung des Bootes verwendbar

Grundsätzlich ließen sich noch mehr Funktionen mit der intelligenten Kamera realisieren:

  • Bildweiterleitung bei Bewegungsdetektion auf dem Vordeck möglich
  • Optische Abstandsmessung über Bildauswertung
  • Bildliche Vordecküberwachung einer ausgewählten Zone
  • Bildliche Bewegungserkennung
  • Optische Fahrtrichtungsanzeige in Verbindung des Ruderausschlages (ähnlich Rückfahrkamera beim Auto)

Abstandssensor mit Ultraschall-Sensoren

Kamera in Vordeckbeleuchtung integriert

Konzeptstudien

Erster Prototyp

Platine

Fertig bestückter Prototyp

Integration in Plotter-Software

DIY Windsensor

Windsensor 3D Modell

openHardware gitlab.com
  • Messung von Windrichtung und Windspeed
  • Robuste Mechanik
  • Gewicht <= 250g
  • Klein genug, um auf einem 6,60m Segelboot angebaut werden zu können
  • Witterungsfest und UV-stabil
  • Sichtbarkeit bei Nacht durch Reflektoren an der Unterseite
  • Keine Kabelverlegung für Sensorsignale
  • Reine Digitalübertragung und Signalverarbeitung
  • 12V Stromversorgung über Toplicht
  • Übertragung der Daten per WLAN (ESP8266)
  • Updaterate: 1-2 Messungen je Sekunde
  • Kein Einbauinstrument nötig
  • Anzeige in OpenPlotter über Laptop oder auf dem Handy oder Tablett
  • Keine Installation von Software nötig (Darstellung auf Webseite im Browser)
  • Android-App verfügbar
  • Unterstützung gängiger Protokolle wie NMEA 0183 (seriell, TCP/IP)
  • Bereits mehr als 15 Systeme nachgebaut und im Einsatz
  • Bausatz erhältlich (150 Euro)

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/p1870903-windsensor-diy/#post1870903

Konzept Windsensor mit Raspi und M5Stack

Android App (Boat-Mode und Wetterstation-Mode)

Einzelteile Windsensor

 

Marine Control Server

 

GeDaD MCS // Marine Control Server

 


Der MCS ist ein Schnittstellenmodul für marine Anwendungen. Mit seinen sechs seriellen Schnittstellen (NMEA0183 kompatibel), seiner CAN-Schnittstelle (NMEA2000 kompatibel), seiner 1-Wire-Schnittstelle sowie seiner I2C-Schnittstelle bietet er ideale Integrationsmöglichkeiten in sämtliche Systeme. Als Gehirn des Systems kommt ein Raspberry-Pi zum Einsatz, über welchen sämtliche Daten verarbeitet werden können. Für das System stehen fertige Programme für „Openplotter“ sowie „Signal K“ bereit, so dass die Integration und Datenverarbeitung zum Kinderspiel wird.


  • Einfach zu handhabendes Adapter Board für marine Anwendungen
  • Kombiniert unterschiedliche Schnittellen
  • Passend zum Raspberry Pi4
  • Hohe Eingangspannungstoleranz (8-28V)
  • Integrierter 5V Schaltregler
  • Automatikmodus zum Herunterfahren des Raspberry Pi sowie zum Abschalten des MCS
  • 6x NMEA0183® kompatible Schnittstelle (Konfigurierbar als Ein- oder Ausgang)
  • 1x NMEA2000® kompatible Schnittstelle
  • 1x 1-Wire® Schnittstelle mit echtem 1-Wire
  • 1x 5V tolerante I²C® Schnittstelle
  • Fertige Open Source App für Openplotter
  • fertig konfektioniert ohne Gehäuse
  • offene Entwicklung
  • Kosten: ca 75 EUR (Fertig bestückte Platine inkl Montagematerial für Raspberry Pi4 inkl. Rechnung), Gehäuse Extra

 

 


Weiterführende Informationen:

Hersteller-Homepage:

https://www.gedad.de/projekte/projekte-f%C3%BCr-privat/gedad-marine-control-server/

Github-Projekt für OpenPlotter:

https://github.com/Thomas-GeDaD/openplotter-MCS

Segel-Forum.de Thread:

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/73843-raspberry-schnitstellen-openplotter-signalk-marinecontrolserver/

 


NMEA2000 und ESP32

NMEA2000 verdrängt zunehmend NMEA0183 als Standard. Leider ist NMEA2000 ein recht komplexes Protokoll und lange war es kaum möglich eigene Projekte zu realisieren. Das hat sich mit der NMEA2000 Library von Timo Lappalainen geändert (https://github.com/ttlappalainen/NMEA2000).

Die Library unterstützt unterschiedliche Microcontroller, darunter den ESP32. Der ESP32 von Espressiv ist sehr leistungsfähig und dank WLAN und CAN-Bus-Schnittstelle bestens für eigene Projekte geeignet.

Die hier beschriebenen Projekte nutzen die NMEA2000 Library und den ESP32 (ESP32 NODE MCU). Die Programmierung erfolgt sehr einfach in der Arduino Entwicklungsumgebung.

Die Projekte sind im Detail auf GitHub (inklusive Hard- und Software) dokumentiert: https://github.com/AK-Homberger.

Folgende Projekte sind bisher umgesetzt und können leicht nachgebaut oder modifiziert/erweitert werden:

  • NMEA2000 zu NMEA0183 WLAN-Gateway
  • NMEA2000 M5Stack Daten-Display
  • NMEA2000 Daten-Sender
  • NMEA2000 Daten-Recorder

Für die Messe wurden die wesentlichen Komponenten auf einem Demo-Board zusammengestellt. Damit lässt sich das Zusammenspiel der Komponenten anschaulich darstellen:

Die Seatalk-Autopilot-Fernbedienung ist ebenfalls auf dem Demo-Board enthalten, wird aber auf einer eigenen Seite erklärt (https://open-boat-projects.org/diy-fernbedienung-fur-autopilot-raymarine/).

Das Simulator-Board ist nur für die Messe und dient Demonstrationszwecken. Es empfängt simulierte Daten über USB-Seriell von einem PC, wandelt sie in NMEA2000 PGNs und sendet sie an den CAN-Bus. Der Simulator wurde mit dem ActisenseListenerSender von Timo Lappalainen realisiert. Das Wifi-Gateway empfängt die NMEA2000-Daten vom CAN-Bus und versorgt damit andere Exponate auf dem Messestand mit simulierten Daten.

NMEA2000 zu NMEA0183 WLAN-Gateway

  • Das WiFi-Gateway empfängt die Daten vom NMEA2000 CAN-Bus und wandelt sie zu NMEA0183.
  • Die NMEA0183-Daten werden per WLAN bereitgestellt (NMEA0183 über TCP, Port 2222).
  • Die Daten können von vielen Komponenten dargestellt/genutzt werden. Zum Beispiel: OpenCPN, AVnav, Tablet mit NMEA-Software, …).
  • Das Gateway liefert die Daten auch im JSON-Format. Die Daten können dann drahtlos mit dem M5Stack Daten-Display angezeigt werden.
  • Das Projekt auf GitHub enthält zusätzlich noch einen NMEA0183 Multiplexer (serieller Eingang für AIS Daten) und Spannungs-/Temperaturüberwachung. Diese Funktionen sind jedoch optional.

WiFi-Gateway Prototype:

M5Stack und AVnav auf 7“ Autoradio mit Daten vom WiFi-Gateway:

 

NMEA2000 M5Stack Daten-Display

  • Der M5Stack ist ein fertiges Produkt mit einem ESP32 und Gehäuse. Durch das integrierte Display, den eingebauten Akku und die Tasten eignet es sich besonders gut zur Anzeige von NMEA-Daten.
  • Die auf dem Demo-Board enthaltene Version des Daten-Displays (oben links) empfängt die Daten im JSON-Format drahtlos vom WiFi-Gateway.
  • Die Datentypen können leicht erweitert werden. Bisher werden folgende Daten angezeigt: LAT/LON, COG, SOG, Heading, STW, Ruderwinkel, Wassertiefe, Triplog, Sumlog sowie die Daten vom NMEA2000 Daten-Sender: Temperatur, Dieseltank und Motordrehzahl.
  • Auf GitHub ist auch eine Version des Displays verfügbar, das die Daten direkt vom NMEA2000 Bus liest und anzeigt. Optional fungiert das M5Stack-Modul auch als WiFi-Gateway. Damit ist ein NMEA2000 zu NMEA0183 WLAN-Gateway ohne Lötarbeiten zu realisieren.


NMEA2000 Daten-Sender

  • Der NMEA2000 Daten-Sender misst unterschiedliche Werte im Boot (hier Temperatur, Tanklevel, Motordrehzahl) und sendet sie als NMEA2000-Daten.
  • Diese NMEA2000-Daten können von nahezu allen modernen Multifunktionsdisplays empfangen und angezeigt werden.
  • Die Temperatur wird über einen DS18B20-Sensor gemessen (leicht durch weitere Sensoren erweiterbar).
  • Die Schaltung auf GitHub ist für einen Tankgeber TGT 200 von Philippi ausgelegt (Widerstand 5-180 Ohm).
  • Die Motordrehzahl wird an der Lichtmaschine gemessen (Klemme W).
  • Die Schaltung und das Programm können leicht für weitere Messdaten erweitert werden.
  • Für das Demo-Board wird der Tanklevel und die Motordrehzahl über Potentiometer simuliert.


NMEA2000 Daten-Recorder

  • Der NMEA2000 Daten-Recorder liest sämtliche Daten vom NMEA2000 Bus und speichert sie auf einer SD-Karte.
  • Die Daten können in unterschiedlichen Formaten gespeichert werden: NMEA0183, Seasmart, Actisense).
  • Neben dem ESP32 (hier Node MCU) wird nur eine SD-Karte und ein CAN-Bus-Transceiver benötigt.
  • Optional kann auch ein M5Stack-Modul eingesetzt werden. Dieses enthält bereits einen SD-Kartenleser.
  • Der Daten-Recorder ist nicht auf dem Demo-Board enthalten.