Multifunktionsdisplay OBP 60

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Display in Aktion

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/p2200913-multifunktionsdisplay-diy/#post2200913

open-boat-projects LIVE:
Videovortrag in Deutsch zum Multifunktionsdisplay OBP 60 (45min Vortrag, 30min Diskussion)

Nachdem wir uns in 2019 mit dem M5Stack als Multifunktionsdisplay beschäftigt haben und einige Anwendungen auf der Boot 2020 zeigen konnten, unternehmen wir hier einen neuen Ansatz für ein neues Multifunktionsdisplay. Der M5Stack war nicht schlecht, unterlag aber gewissen Einschränkungen für die einige Marineanwendungen nicht möglich waren.

Zu den Nachteilen des M5Stack zählen:

  • Zu kleines, nicht sonnenlichttaugliches Display
  • Nur 3 Bedientasten
  • Nicht wasserdicht
  • Zu geringe Akkuleistung für autarke Anwendungen

Einige sinnvolle Anwendungen konnten jedoch umgesetzt werden:

Der M5Stack ist sehr flexibel einsetzbar und gut dokumentiert, konnte jedoch nicht in der Großzahl der Marineanwendungen überzeugen. In Anlehnung an die weit verbreitete und beliebte ST60-Geräteserie von Raymarine wurde ein neuer Versuch unternommen ein geeigneteres Multifunktionsdisplay zu bauen. Von den Gehäusemaßen her ist das neue Multifunktionsdisplay identisch zur ST60-Geräteserie. So kann das Multifunktionsdisplay als direkter Ersatz für alte und defekte Geräte dienen. Duch Unterstützung alter Busssysteme wie NMEA0183 und SeaTalk soll eine Brücke in die neue Welt mit NMEA2000 bereitgestellt werden, um auch ältere Systeme weiterhin betreiben zu können. Die WLAN-fähigkeit erlaubt auch komplett neue Wege in der Signalübertragung zu gehen mit Anbindung z.B. an SignalK. Kommerziell gibt es eine gute Auswahl an Multifunktionsdisplays, jedoch sind sie bezüglich Erweiterbarkeit und Anpassbarkeit an individuelle Bedürfnisse sehr eingeschränkt. Man kann nur Dinge mit dem Multifunktionsdisplay machen für die die Hersteller Funktionen vorgesehen haben. Modifiziert oder erweitert werden kann vom Nutzer leider nichts. Ziel der ganzen Entwicklung soll ein offenes System werden wo der Nutzer Zugriff auf alle Funktionen des Multifunktionsdisplays hat und eigenen Ideen durch Anpassung der Software und zusätzliche Hardware umsetzen kann. Die Standard-Elektronik ist so konzipiert, dass zukünftig durch weitere Gehäuseformen auch anderer Geräteserien ersetzt werden können. Somit ist maximale Flexibilität und Offenheit gegeben.

Aktuell befindet sich das Projekt noch in der Entwicklung.

Spezifikation

Beim Design des neue Displays wurde auf folgende Punkte Wert gelegt:

  • Standardgröße für ein Multifunktionsdisplay (110 x 110 mm)
  • Tageslichttauglich
  • Wasserdicht
  • 6 Tasten
  • Unterstützung folgender Bussysteme:
    • NMEA0183
    • NMEA2000
    • SeaTalk
    • I2C
    • 1Wire
  • Geringer Stromverbrauch
  • WLAN-fähig
  • Bluetooth-fähig
  • Erweiterbarkeit über I2C-Bus und 1Wire
  • Hardwareerweiterungen über I/O-Port
  • Autark mit Akkusatz über mehrere Tage nutzbar
  • Standardelektronik für Kompatibilität zu anderen Geräteserien (NASA, Clipper, Navman, etc…)
  • Frei gestaltbares Gehäuse und damit anpassbar an andere Geräteserien
  • Offenheit (OpenSource, OpenHardware)
  • Nachbaubarkeit mit Hobby-Mitteln durch einfache Konstruktion
  • Verwendung von fertigen Elektronikmodulen
  • Anpassbarkeit an verschiedene Bedürfnisse
  • Software-Bibliothek für die Arduino-IDE (ähnlich dem M5Stack)
  • Softwareaktualisierungen über Micro-USB und WiFi

Video zum Aufbau des Multifunktionsdisplays

Video zu Platine

Umsetzung

Konkret wurde das Multifunktionsdisplay mit folgenden Komponenten und folgender Spezifikation umgesetzt:

  • NodeMCU-32S als CPU-Einheit
  • E-Ink Display (400 x 300 Pixel, 4.2″, tageslichttauglich)
  • NMEA 2000 (vollduplex)
  • NMEA 0183 (RX oder TX, konfigurierbar)
  • SeaTalk (vollduplex)
  • I2C
  • 1Wire
  • 8x I/O Erweiterungsport (intern)
  • 6x Touch-Tasten (wischgestentauglich)
  • 2x Digital Out (12V, 4A)
  • 2x Digital In (12V)
  • 2x Analog In (Tankgeber 0…180 Ohm, Batterie etc.)
  • Batteriemonitor (12V Spannungsmessung)
  • Akustischer Signalgeber (Buzzer)
  • Optischer Signalgeber (rote LED)
  • LED Displaybeleuchtung (rote LEDs)
  • BME280 (Temperatur, Luftdruck, Luftfeuchtigkeit)
  • GPS-Empfänger (NEO-6M mit interner Mini GPS-Antenne)
  • WiFi 2.4GHz (HTTP, TCP)
  • Bluetooth
  • Stromverbrauch ca. 2W (ohne Hintergrundbeleuchtung)
  • Stromverbrauch ca. 3W (mit Hintergrundbeleuchtung)
  • Batterie Tiefentladeschutz < 9.0V (Deep Sleep, 0,2W)
  • Low Power Modus (Deep Sleep mit WeakUp 0,2W, 15mA @ 12V)
  • Anschlüsse für optionalen LiPo-Batterie-Pack (50Wh, ca. 24h autark)
  • Erweiterungsanschlüsse 8x digital IO, RX, TX, I2C, 5V 0,5A, GND

Das nächste Bild zeigt schematisch die Funktionsblöcke und deren Verschaltung.

Abb. Funktionsschaltbild

Die Platine ist mit diversen SMD-Bauelementen bestückt und wird damit nicht mehr selbst ohne Weiteres lötbar sein. Einige Elektronikmodule können individuell bestückt werden ( E-Ink-Display, NodeMCU-32S, BME280, GPS) Die Platine soll später fertig bestückt ohne Elektronikmodule zum Kauf angeboten werden.

Abb. Frontseite Platine

Abb. Rückseite Platine

 

Abb. Elektronik Vorderseite

Abb. Elektronik mit E-Ink Display

Abb. Elektronik Rückseite

Abb. Frontgehäuse mit Display-Scheibe und Kontaktfedern für Tastatur

Abb. Rückseite des MFD

Schaltplan

Einsatzmöglichkeiten

Grundsätzlich ließen sich mit dem Multifunktionsdisplay folgende Dinge realisieren:

  • Instrumentenanzeige der Busdaten aus NMEA2000, NMEA0183, SeaTalk, WiFi
  • Gateway zwischen NMEA2000, NMEA0183 und SeaTalk
  • Export aller Sensordaten über WiFi für Tablets
  • SignalK-Anbindung
  • Wetteranzeige mit Wetterhistorie (BME280)
  • GPS-Anzeige
  • Aktuelle Positionsanzeige in Seekarte (mit Internetverbindung über OpenSeaMap)
  • Windanzeige (wahrer Wind)
  • Einfacher GPS-Autopilot (mit Gleichstrommotor als Aktuator)
  • Ankerwache
  • Batteriemonitor (mit I2C-Stromsensor auch Ladungsüberwachung)
  • Solar-Monitor (mit I2C-Stromsensor)
  • Motordiagnose (Temperatur, Drehzahl)
  • Speedmesser (mit gängigen Pulsgeber)
  • AIS-Anzeige grafisch (mit AIS-Receiver)
  • Infoanzeige für Email, Messenger-Dienste
  • Anzeige für Uhr (UTC, Local Time), Datum, Sonnenauf- und Untergang
  • Segeltimer (Entfernung und Zeit bis zur Startline)
  • Wache-Timer
  • Anzeige Next Treckpoint mit XTR und akustischem Alarm
  • Tank Füllstandsanzeige
  • Bilgenüberwachung mit Pumpensteuerung
  • Alarmanlage mit Meldung über WLAN inklusive GPS-Tracker
  • Wettervorhersage (bei Internet-Verbindung)
  • Bootsautomation (mit Sonoff-Komponenten)
  • Empfang von Befehlen einer Bluetooth-Fernbedieung mit Weiterleitung ins Bordnetz
  • Empfang von Bluetooth-Windsensor-Signalen von Raymarine (sofern die Signale dekodiert werden können)
  • Steuerung von Audio-Mediaplayern (DLNA)
  • Firmware-Update über WiFi
  • und, und, und ….

Zur Realisierung der möglichen Anwendungsfälle braucht es allerdings eine Software die noch programmiert werden muss und in Form einer Firmware ins Multifunktionsdisplay übertragen werden muss. Die Firmware wird aber nicht gleichzeitig alle Funktionen realisieren können. Je nach Anwendung läd man sich per USB oder WiFi-Verbindung eine passige Firmware auf das Gerät und kann damit dann eine oder mehrere Funktionen realisieren. Wir hoffen, dass das Multifunktionsdisplay großes Interesse findet und sich einige an der Software-Entwicklung beteiligen werden.

Aktueller Stand

In der Zwischenzeit konnte jetzt eine erste Firmware realisiert werden. Dank des großartigen Softwareprojektes NMEA2000-Gateways von Andreas konnten ich auf eine Core-Software aufsetzen, die schon viele Teile abdeckt, die ich ebenfalls für meine Firmware benötigte. Das NMEA2000-Gateway beinhaltet ein vollständiges Gateway zur Konvertierung der Daten zwischen NMEA2000 und NMEA0183 und unterstützt dabei die Übertragungs-Layer CAN-Bus, RS485, RS422, TCP und USB seriell. Die Core-Softare wurde von Andreas für ESP32 Mikrocontroller in C++ geschrieben und war ursprünglich für einen M5Stack Atom gedacht. Da im Multifunktionsdisplay ebenfalls ein ESP32 als CPU benutzt, entschloss ich mich kurzer Hand Erweiterungen für Andreas Gateway-Software zu programmieren. Damit können die Hardware-Funktionalitäten des Multifunktions-Displays genutzt und Daten angezeigt werden. Andreas musste verschiedene Erweiterungen und Software-Funktionalitäten in seiner Software für mich hinzufügen. Innerhalb kurzer Zeit ist eine recht brauchbare Firmware für das Multifunktions-Displays entstanden mit folgender Funktionalität:

  • Instrumentenanzeige der Busdaten aus NMEA2000, NMEA0183, WiFi, USB
  • Gateway zwischen NMEA2000, NMEA0183
  • Generierung von beliebigen userdefinierten XDR-Daten für NMEA0183
  • WiFi AccessPoint zur Konfiguration
  • Web User Interface (passwortgeschützt)
  • Statuszeile im Display
  • Ein- und ausschaltbare rote Hintergrundbeleuchtung
  • Einfaches Dashboard zur Anzeige und Diagnose von Busdaten
  • Firmware-Update über WiFi und USB
  • Export aller Sensordaten über WiFi für Tablets
  • Wetteranzeige (BME280)
  • GPS-Anzeige
  • Einfacher Batteriemonitor (Spannungsanzeige)

Momentan können 4 Anzeigeseiten durch die Web-Konfiguration parametriert werden, die über Wischgesten aufgerufen werden können. Es gibt verschiedene Typen der Anzeigeseiten die folgendermaßen definiert sind:

  • Frei konfigurierbare Anzeigeseiten
    • Ein-Wert Anzeige
    • Zwei-Wert Anzeige
    • Drei-Wert Anzeige
    • Vier-Wert Anzeige
  • Nicht konfigurierbare Anzeigeseiten
    • Batterie-Spannungsanzeige
    • Wahrer Wind mit Instrumentenanzeige

Alle verfügbaren Busdaten könne dann auf die Anzeigeseiten gebracht werden. Die aktuelle Firmware ist bei GitHub zu finden: https://github.com/norbert-walter/esp32-nmea2000

Eine genaue Beschreibung wie man die Firmware aufspielt ist im Projekt zum NMEA2000 Gateway zu finden.

Abb. Status

Abb. Config

Abb. Data

Abb. Update

Eine der größten Hürden war die Beleuchung des E-Ink Displays für den Nachtbetrieb. Es kann nur von vorn beleuchtet werden und benötigt spezielle Frontgläser, die das seitlich über LEDs eingekoppelte Licht auf das E-Ink Display um 90° umlenkt. Das als Maker selber herzustellen war nicht ganz einfach. Industriell gefertigte E-Ink Displays mit Beleuchtung verwenden Frontgläser die mikrostrukturiert sind. Solche Gläser kann man nicht im normalen Fachhandel kaufen. Ziel war es, die Mikrostrukturierung mit Hilfe eines Lasers selber aufzubringen. Für Maker käufliche Lasergeräte bringen aber nicht eine so hohe Auflösung mit und wir mussten einige Kompromisse bezüglich Effizienz und Sichtbarkeit machen. Die besten Ergebnisse brachte nach vielen Versuchen ein gedithertes Laserpunktraser mit einem eingebrachten Punktdichte-Gradienten. Ein Laserpunkt ist ein Störkörper an der Oberfläche der Frontscheibe, der das Licht  in alle Richtungen ablenkt. Die Effizienz ist nicht sonderlich gut, da das Licht nicht gerichtet umgelenkt werden kann und nur allseits im Raum abgestrahlt wird und damit nur ein kleiner Teil des Streulichtes genutzt werden kann. Wir konnten mit dem Laser eine minimale Punktgröße von ca. 200 µm realisieren. Um einen Gradienten zu erzeugen benutzten wir ein Grafikprogramm und haben uns einen Graustufenkeil mit 0…12% Grauanteil erzeugt und anschließend gedithert. Die Bildauflösung betrug dabei 600dpi. Diese Bild-Vorlage haben wir für den Laservorgang benutzt. Aufgrund der hohen Anzahl der Punkte dauerte der Laservorgang bei einem Laser mit XY-Verfahreinheit gut 45 min, da der Laser das Bild Linie für Linie aufbauen musste. Das Ergebnis kann sich sehen lassen. Das Licht wird wie gewünscht auf die Oberfläche des E-Ink Displays umgelenkt.

Abb. Laserpunkte unter dem Mikroskop (1% Grauanteil)

Abb.: Geditherte Bildvorlage für den Laservorgang

Abb. E-Ink Frontbeleuchtung

Als Frontscheibe wird eine 3 mm dicke Plexiglas-Scheibe verwendet. Die laser-stukturierte Seite befindet sich auf der Außenseite. Alternativ kann man auch spezielle Plexiglasscheiben für die Werbeindustrie verwenden. Dieses Plexiglas wird verwendet, um Werbeplakate von hinten zu durchleuchten und wird oft in Schaukästen oder bei Leuchtbildern verwendet. Dieses spezielle Plexiglas ist transparent und man kann seitlich in die Stirnkante der Scheibe Licht einkoppeln, das dann gestreut wird. Dabei wirkt das gesamte Volumen des Plexiglases als Streukörper. Solche Spezialgläser stellt die Fa. Röhm unter der Bezeichnung Plexiglas LED Platte 0E010SM (4 mm) her. Die Beleuchtungsergebnisse sind aber nicht so gut wie bei der laser-strukturierten Frontscheibe. Der Kontrast des beleuchteten Displays ist zu gering und das Bild verrauscht.

Abb. links laser-strukturiere Scheibe, rechts Röhm Scheibe

Die Plexiglasscheibe hat aber neben der Schutz- und Beleuchtungsfunktion noch eine weitere Aufgabe. Sie soll das E-Ink Display vor UV-Strahlung (UVB, UVC) schützen, damit das Display nicht erblindet. Laut Spezifikation darf das E-Ink Display nicht direktem Sonnen- und UV-Licht ausgesetzt werden. Hintergrund ist, dass die kleinen vorgeladenen Farbkügelchen im Display durch UV-Strahlung ihre Ladung verlieren und dann nicht mehr ausgerichtet werden können. Gewöhnliches Plexiglas hat die für uns nützliche Eigenschaft, UV-Licht zu unterdrücken.

Abb. UV-Transmission verschiedener Gläser (2.v.r. Plexiglas)

Bilder

Abb. Multifunktionsdisplay mit geladener Demo-Seekarte

Abb. Inbus-Senkkopfschrauben als Touch-Tasten

Abb. Viton-Dichtung als Feuchtigkeitsschutz

Abb. Raymarine Standard-Befestigungen

Abb. Abschlussdichtung gegenüber Cockpitwand mit 2mm dicken Mosgummi

Abb. Gesamtdicke entspricht dem Original

Abb. 3D-Druckvorgang

Abb. 3D Frontgehäuse

 

Abb. Frontgehäuse mit E-Ink-Display

 

Abb. Beleuchtetes E-Ink-Display

IR Fernbedienung

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/p2237852-fernbedienung-f%C3%BCr-den-raspberry/#post2237852

Nachdem Christian auf der Boot 2020 im Zusammenhang mit seinem Plotter eine Bluetooth-Fernbedienung vorgestellt hatte gibt es jetzt eine neue IR-Fernbedienung. Es hatte sich gezeigt, dass Bluetooth doch nicht so geeignet für eine Fernbedienung ist, da es erhebliche Probleme unter Linux mit der Verbindungserstellung gab und die Fernbedienung nicht so funktionierte wie man es erwartet. Der Wechsel zu Infrarot ermöglicht die Verwendung günstiger Elektronikkomponenten in Verbindung mit einer langen Laufzeit, da bei der IR-Fernbedienung keine Kommunikation kontinuierlich aufrecht erhalten werden muss. Die Fernbedienung funktioniert genau so wie die Fernbedienungen im Home Entertainment Bereich. Einziger Unterschied ist, dass die Fernbedienung wasserdicht ist. Um die Implementierung unter Linux oder in Mikrocontroller-Umgebungen zu vereinfachen wurde ein intelligenter Empfänger mit einem Mikrocontroller verwendete, der die empfangenen Signale nach I2C umsetzt.

Die Fernbedienung hat folgende Spezifikationen:

  • IR Signale zur Datenübertragung mit 36kHz
  • 14 Tasten mit frei definierbaren Spezialfunktionen
  • 2 sendestarke IR-Dioden
  • Kopfzelle CR2032 als Stromquelle
  • Kostengünstige Hardware mit Standard.Komponenten
  • Wasserdichtes, robustes Gehäuse mit Handcordel
  • 2 unterschiedliche Fernbedienungen gleichzeitig nutzbar durch Codierung
  • IR-Empfänger mit Mikrocontroller zur Dekodierung der Signale
  • Weiterleitung empfangener Signale über I2C-Bus
  • Maße: (L x B x H) 140 x 45 x 25 mm
  • Gewicht: ca 100g
  • Kosten. ca. 35 Euro
  • Schaltplan für Fernbedienung
  • Schaltplan für Empfänger

Denkbare Anwendungen:

  • Fernbedienung für
    • Plotter
    • Autopilot
    • Multifunktionsdisplay
    • Audio
    • Licht
    • Automation

 

I2C Module zur Bootsautomation

 

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/78183-i2c-io-module-f%C3%BCr-signalk-und-zur-bootsautomation/

Die I2C-Module der Firma Horter (LxB 65x45mm) lassen sich gut zur Bootsautomation verwenden, da sie an beliebige Mikrocontroller und den Rasperry Pi angeschlossen werden können. Eigentlich ist der I2C-Bus für die Kommunikation zwischen ICs auf einer Platine gedacht. Es gibt aber auch zahlreiche Erweiterungen mit denen die Bussignale verstärkt und elektrisch isoliert werden können, so dass man weitere Entfernungen mit geschirmten Kabeln bis zu 50m überbrücken kann. Die I2C-Module der Fa. Horter sind so aufgebaut, dass man sie in Trägerrahmen zur Befestigung einbauen kann. Alternativ können sie auch auf Hutschienen montiert werden. Bei Horter können bis zu 28 verschiedene Hutschienenmodule und noch weitere andere Module erworben werden. Die Module werden größtenteils als Bausätze mit Preisen zwischen 10…30 Euro angeboten. Durch die Vielzahl der Module können unterschiedlich komplexe Anwendungen realisiert werden.

Folgende Module wären für die Bootsautomation interessant:

  • I2C Digital Eingangsmodul 8x 0…24V mit Optokoppler
  • I2C Digital Ausgangsmodul 8x 0…24V 1A mit Optokoppler
  • I2C Analog Eingangsmodul 4x 0…2V, 0…10V, +/-10V, 20mA (jeder Eingang einzeln konfigurierbar), 18 Bit Auflösung
  • I2C Analog Ausgangsmodul 4x 0…10V, 40 mA, kurzschlussfest, 10 Bit Auflösung
  • I2C 433MHz Funksender (zur Ansteuerung von Funkschaltdosen)
  • 5V/3A-Netzteil für I2C-Module
  • I2C Repeater mit Pegelanpassung für Raspi 2/3/4
  • I2C Modul für Arduino Pro Micro
  • I2C Modul für Wemos D1 mini (ESP8266)
  • Versorgungsspannung Eingang 7V…40V, Ausgangsspannung 5V/3A

Damit lassen sich einige nette Dinge realisieren wie:

  • Bootsautomation mit Arduino Pro Micro- Modul
  • Bootsautomation mit ESP8266 und ESP32 über WLAN
  • Bootsautomation mit Raspi und NodeRed
  • Erweiterungen für den Marine Control Server (MCS)
  • Signalerfassung und Ausgabe für SignalK (ein entsprechendes Plugin müsste noch programmiert werden)
  • Erweiterungsmodule für das Multifunktionsdisplay
  • Ansteuerung analoger Zeiger-Instrumente über analoge Ausgänge für historische Boote
  • und, und, und….

DIY Kielsensor

 

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/p2190274-hubkielsensor-diy/#post2190274

 

Gerry aus dem Segeln-Forum hat einen Kielsensor gebaut, um die ausgefahrene Tiefe eines aufholbaren Kiels anzuzeigen. Neben der Kieltiefe wird auch die Kängung angezeigt. Die Kieltiefe wird mit Hilfe eines Utraschallsensors gemessen. Dazu ist der Sensor im Inneren des Kielkastens angebracht und sieht von oben auf den abgesenkten Kiel. Die Messdaten können über WLAN z.B. in einem Handy-Browser angezeigt werden. Für den Kielsensor hat erfolgende Komponenten verwendet:

  • ESP32 NodeMCU (WLAN-fähiger Mikrocontroller)
  • MB1043 HRLV-MaxSonar-EZ4 (Ultraschallsensor mit schmaler Keule)
  • MMA8452 (3-Achs Gyrosensor für Krängungsanzeige)
  • D24V10F5 (Spannungsregler)

Das Ganze kann recht einfach auf einer Lochrasterplatine aufgebaut werden. Im Schaltplan ist die Verdrahtung zu sehen.

MAIANA™: The Open Source AIS Transponder

Abb. MAIANA AIS Transponder Sende- und Empgangsteil mit fester Antenne (Open Marine)

Peter Antypas hat einen selbst gebauten AIS Klasse B Empfänger / Sender gebaut und auf Github vorgestellt:

https://github.com/peterantypas/ais_transponder

Funktionsweise

Das Gerät vereint folgende Funktionen:

  • AIS Klasse B Empfänger / Sender
  • 161,975 MHz (Kanal 87B), 162,025 MHz (Kanal 88B)
  • 2W Sendeleistung
  • Silicon Labs 4463 transceiver ICs
  • STM32L412 Mikrocontroller 80MHz
  • GPS Quectel L70R Modul,  Keramik SMD Antenne (für eigene Standortübermittlung)
  • 3.3V UART Ausgang mit 38.4Kbps
  • NMEA0183 Datentelegramme
  • Updaterate 1 Hz
  • 12V / 30 mA
  • Offenlegung der Bauunterlagen und der Software auf Github

Der AIS-Transponder besteht aus einem Sende- und Empfangsteil mit fest angebauter Antenne, das über eine geschirmtes Kabel mit einer Adapterbox verbunden ist. Das Sende- und Empfangsteil empfängt und decodiert die AIS-Signale und überträgt sie als NMEA0183 Datenstrom mit 3.3V Spannungspegel zur Adapterbox, die den NMEA0183 Datenstrom auf drei verschiedenen Arten weiterleiten kann:

  • NMEA0183 USB-Ausgang für PC oder Raspi
  • NMEA0183 RS422
  • NMEA2000

Für die jeweilige Ausgabeart gibt es eine eigene Adapterbox. Als Verbindungskabel wird gewöhnliches geschirmtes CAT5 Netzwerkkabel mit RJ45 Steckern verwendet. Neben dem Empfang von AIS-Signalen kan MAIANA auch AIS-Signale senden. Da das Gerät keine CE-Zertifizierung und Funkzulassung für den AIS-Betrieb hat, darf es in Europa nur im Empfangsbetrieb verwendet werden. Grundsätzlich ist auch ein Sendebetrieb möglich, der über einen Schalter an der Adapterbox zugeschaltet werden kann.

Der AIS-Transponder wird über OpenMarine vertrieben. Auf der Webseite wird der Käufer darauf hingewiesen, dass er ein nicht CE zertifiziertes und zugelassenes Gerät kauft. Dem Käufer obliegt die Einhaltung der jeweiligen Zulassungen in seinem Verwendungsgebiet. Schließlich darf das Gerät den AIS-Datenverkehr nicht stören oder beeinträchtigen, wenn gesendet wird. Das hätte sonst fatale Folgen. In Europa stellt der Empfang von AIS-Signalen kein Problem dar, wogegen der Sendebetrieb eine Zulassungserlaubnis benötigt. Laut Aussagen von Peter Anypas sieht die Situation in den USA rechtlich anders aus. Dort darf man selbst gebaute Geräte auch im Sendebetrieb benutzen, wenn die Sendeleistung limitiert ist

Diskussion: https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/78130-maiana%E2%84%A2-the-open-source-ais-transponder/

Bilder

Abb. MAIANA AIS Transponder Sende- und Empgangsteil

Abb. Sende- und Empfabgsteil (Open Marine)

(Open Marine)

 

Abb. Adapter-Platine USB-Version (Open Marine)

Abb. Adapter USB-Version (Open Marine)

Abb. Adapter RS422-Version (Open Marine)

Abb. Adapter CAN-Version (Open Marine)

Abb. AIS-Transponder hinter Radargerät (Open Marine)

Abb. MAIANA AIS Transponder Heckmontage (Open Marine)

DIY E-Antrieb 3 kW

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

3 kW E-Antrieb für ein 25er Segelboot Make 25 (alle Bilder von www.linguini.eu)

PePeSail aus dem Segeln-Forum hat uns angesprochen und auf sein DIY-Projekt zum Einbau eines E-Antriebes in ein 25 Fuß Segelboot hingewiesen, ob wir es hier veröffentlichen wollen. In dem Projekt wurde ein Einbaudiesel gegen einen 3 kW Elektroantrieb getauscht. Der Umbau erfolgte in Eigenregie. Dazu musste der E-Motor über ein Getriebe an eine neue Kardan-Wellenanlage gekoppelt werden. Zur Aufnahme der Wellenlager mussten auch einige Laminierarbeiten im Bootsrumpf durchgeführt werden. Das ganze Projekt ist hier ausführlich beschrieben:

https://www.linguini.eu/category/projekt-e-antrieb/

Im Segler-Forum hat das Projekt angefangen. Dort sind auch viele grundsätzliche Überlegungen und Fragestellungen zum E-Antrieb auf Booten besprochen worden:

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/p1674171-diesel-raus-e-motor-rein/#post1674171

Hier noch ein Video zum laufenden E-Antrieb: https://www.youtube.com/embed/VRyZeKXmpVQ

Technischen Randdaten zum Projekt:

  • 3 kW bürstenloser E-Motor 48V mit elektronischer Ansteuerung
  • Zahnriemengetriebe
  • 4x 12V 60AH LiFePo4 Akkus
  • 2x 18A Laderegler
  • Kardanwelle mit Durchgangslager

 

Getriebe

Wellenanlage und Wellendurchlass

Batteriebox 4x 12V 60Ah LiFePo4 Akkus mit Balancer

DIY Wasseraufbereitung

Quelle: www.linguine.eu

Hervorgerufen durch die Corona-Kriese konnten viele Segler keine Sanitäranlagen nutzen und auf sauberes Wasser zum Duschen oder Geschirrspülen zugreifen. Es entstand in einer Diskussion im Segeln-Forum von PePeSail eine Lösung zur Wasseraufbereitung von Oberflächen-Süßwasser wie man es im Binnenbereich in Seen oder Flüssen vorfindet. Auf der Homepage www.linguini.eu hat er das System näher vorgestellt. Ziel sollte es sein mit einfachen Mitteln das Oberflächen-Süßwasser so aufzubereiten, dass man es für einfache Anwendungen benutzen kann. Um es gleich vorweg zu nehmen, Trinkwasser kann damit nicht gewonnen werden, da biologische Rückstände nicht in ausreichendem Maße entfernt werden können. Das einstufige Aktivkohle-Filtersystem saugt mit einer Elektropumpe Seewasser an und drückt es durch einen Aktivkohlefilter. Das Filtersystem besteht nur aus wenigen Teilen und kann recht einfach im Innenbereich des Bootes untergebracht werden. Folgende Eigenschaften besitzt das System:

  • Aktivkohle-Filter 0,3µm zur Entfernung von
    • Chlor
    • Kalk
    • Pestiziden
    • Insektiziden
    • Öl, Benzin, Lösungsmittel
    • Geschmacksbeeinträchtigungen
    • Geruchsbeeinträchtigungen
  • Elektrische Tauchpumpe mit Filterleistung von 4 l/min
  • Einfaches Schlauchsystem
  • Der Aktivkohle-Filter schützt nicht gegen Legionellen
  • Es entsteht kein Trinkwasser

Den Filter könnte man auch gut zur Nachreinigung des gebunkerten Trinkwassers verwenden, da oft die Trinkwasserqualität an Stegen nicht all zu gut ist.

LoRa-Bootsmonitor

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/p2124488-lora-monitoring-und-alarmserver/#post2124488

https://gitlab.com/norbertwalter67/lora-boat-monitor

Der LoRa-Bootsmonitor dient zur Überwachung des Bootes bei Abwesenheit. Es werden verschiedene Messwerte kontinuierlich in frei einstellbaren Zeitabständen aufgezeichnet und über die LoRa-Funktechnik (Long Range) in das LoRaWAN weitergeleitet. Die Daten werden vom TTN-Server (The Thinks Network) in Amsterdam empfangen und zwischengespeichert sowie dann an Ubidots als Web-Frontend weitergeleitet. Die Datenübertragung ist bis zu Ubidots durch Verschlüsselung gesichert. In Ubidots werden die Messdaten angezeigt und es können verschiedene Benachrichtigungen per Mail bei Grenzwertüberschreitungen von Messwerten versandt werden. Weltweit gibt es eine große Anzahl von LoRa-Gateways die die versendeten Messdaten empfangen können und an den TTN-Server weiterleiten. Viele LoRa-Gateways werden gemeinnützig durch Privatleute betrieben. Jeder der möchte kann ein eigenes Gateway betreiben und der Allgemeinheit zur Verfügung stellen. Die Funktechnik benutzt den lizenzfreien Frequenzbereich um 868 MHz und verwendet eine spezielle Sendetechnik (Chirp), um große Reichweiten von bis zu 50 km bei geringen Datenraten zu erzielen. Die Reichweiten sind von der Sendeart, der Antennenhöhe und der Umgebung abhängig. In bebauten Umgebungen wie Städten sind typische Reichweiten von1…4 km möglich. In offenen Umgebungen wie auf Seen und dem Meer werden bis zu 50km erreicht. Kosten für die Datenübertragung fallen bei der Versendung von LoRa-Telegrammen nicht an. Das ist der große Unterschied zu anderen Long Range Übertragungstechniken wie SIGFOX und mobile Datennetze wie 3G/4G/5G. Sollte kein LoRa-Gateway in Reichweite sein, so kann mit der selben Platine ein einfaches 1-Kanal- bzw. 3-Kanal-LoRa-Gateway aufgebaut werden. Es werden dann lediglich einige Bauteile weggelassen und eine andere Firmware verwendet. Alternativ können auch die Messwerte über WLAN nach Ubidots direkt versendet werden, sofern ein WLAN in Reichweite ist.

Bild: LoRa-Datenübertragung Semtech GmbH

Bild: Blockschaltbild LoRa Bootsmonitor

Der LoRa-Bootsmonitor hat folgende Funktionen:

  • 10…32V Versorgungsspannung
  • 1,2W Stromverbrauch
  • LoRa Sender und Empfänger mit OLED Display
  • 868 MHz, SF7…SF12, 100 mW Sendeleistung
  • Dynamischer Spreeding-Faktor einstellbar SF7…FS10
  • Unterstützt Kanäle 0…7 dynamisch und fix
  • Datenübertragungsrate: 0,3 bis 50 kbit/s
  • Max. Telegrammlänge für Nutzdaten: 200 Byte
  • Reichweiten: bebaute Umgebung 1…4km, offene Umgebung bis 50km
  • LoRa-Sendeintervall 30s…2.1h
  • Einkanal-, Dreikanal- und Achtkanal-Mode einstellbar
  • Einspeisung der Daten ins The Thinks Network (TTN)
  • Parametrierung des LoRa-Bootsmonitors über Rückkanal möglich (Kanal, SF, Sendeintervall, Relais)
  • WLAN (2.4 GHz) zur alternativen Datenübertragung
  • Weboberfläche zur Bedienung
  • Firmwareupdate über WLAN und Internet möglich
  • GPS Sensor für Geo-Ortskoordinaten
  • BME280 zur Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck
  • 1x Batteriespannungsmessung (0…32V Servicebatterie)
  • 1x potentialfreier Alarmkontakt z.B. für Bilgen- und Tür-Überwachung
  • 2x Tanksensor (0…180 Ohm) mit Prozentanzeige
  • Kalibrierbare Tank und Spannungssensoren
  • 1x Reais-Ausgang zum potentialfreien schalten von Lasten mit Zeitvorgabe (5min…21h) bis 3A (12V oder 230V)
  • 2x 1Wire-Anschluss für Temperatursensoren DS18B20 für die Batterieüberwachung und Kühlschrank
  • Monitoring und Alarmierung über Ubidots-Webfrontend
  • Alarmierung per E-Mail bei Grenzwertüberschreitung über Ubidots
  • Automatische Datenspeicherung für die letzten 31 Tage bei Ubidots
  • Verwendung von günstigen Embedded Modulen
  • Keine SMD Bauelemente auf der Platine
  • Platine hier bestellbar: https://aisler.net/p/TUFQWBEF
  • Android-App: LoRa_Boatmonitor_1.apk

Abb.: Hauptmenü

Abb.: LoRa Infos

Abb.: Sensor Infos

 

LoRa 32 Heltec Funk-Modul als Basis

LoRa Gateway

Ubidots Webfrontend mit Messwerten und Geodaten

Leiterplatte zum Bootsmonitor

Bestückte Paltinen (links LoRa-Bootsmonitor, rechtes LoRa-Gateway)

LoRa-Bootsmonitor

Lora-Gateway

 

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