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)

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

  • 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

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

  • 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
  • Aktueller Schaltplan
  • Platine ist bei Aisler bestellbar
  • Aktuelle Software: Quellcode, Binärfile

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

Platinen-Layout von Hans-Jürgen

Bestückte Platine

 

10-Zoll Plotter (1000 nits)

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb. 10″ Plotter mit Raspberry Pi und OpenCPN

Auf der Boot 2020 in Düsseldorf hat Christian seinen 10″ Plotter auf Raspberry Pi Basis vorgestellt. Dabei wurde der Versuch unternommen eine marinetaugliches Gerät zu erstellen mit dem man auf einem Boot navigieren kann.

Hardware

Abb. Komponenten des 10″ Plotters

Als zentrale Recheneinheit wurde das Compute-Modul CM3 light verwendet und eine Reihe weiterer notwendiger Hardwarekomponenten auf einer Basis-Platine untergebracht.

Die große Basis-Platine enthält folgende Komponenten:

  • Raspberry Pi Compute-Modul CM3 lite (BCM2837, Quad Core, 1.2GHz, 1GB RAM)
  • SD-Card Connector für 32GB SD-Card
  • HDMI Decoder
  • HDMI Schalter
  • Display-Ansteuerung
  • 5-fach UBS Hub
  • Tastatur-Ansteuerung
  • Stromversorgung

Neben der Basisplatine gibt es noch drei andere Platinen:

  • Tastatur-Platine mit IR-Empfänger für Fernbedienung und Lautsprecher
  • Touch-Controller für TFT-Display
  • Erweiterungsplatine für NMEA0182, NMEA2000

Display:

  • 10″ TFT
  • 1000 nits (tageslichttauglich)
  • 1280 x 1024 Pixel
  • 10 Finger Touchpad optisch verklebt mit dem TFT

Frontplatte:

  • Gegossene 2mm Plexiglasplatte
  • entspiegelt
  • hartbeschichtet, kratzunempfindlich
  • Anti Finger Print Veredelung
  • rückseitig bedrucktes Cover
  • wasserdicht im Gehäuse verklebt

Erweiterungsmöglichkeiten über interne USB-Ports:

  • GPS-Maus
  • AIS-Empfänger üebr DVBT-Stick
  • BT-Dongle
  • USB-Flashspeicher für Karten
  • Lizenz-Dongle für O-Charts Kartenmaterial
  • Maus / Tastatur-Dongle zur externen Bedienung

Abb: Geräteaufbau

Das Gehäuse besteht aus mikrogeschäumten Kunststoff, das auf einer CNC-Fräse aufwendig bearbeitet wurde. Um die Oberfläche glatt und wasserdicht zu bekommen, wurde das Gehäuse lackiert. Für die Platinen und den Gehäusedeckel wurden Gewindeeinsätze aus Messing im Gehäuse vorgesehen. Die Rückseite besteht aus einer beschichteten Aluminium-Platte und enthält die nötigen Steckverbinder zur Außenwelt. Die Bedienung erfolgt über ein wasserdichtes Membrane Keyboard, das aus einer 0,2mm dicken Kunststofffolie mit darunterliegenden Tastatur-Platine besteht. Alternativ kann der Plotter auch mit einer Bluetooth oder IR-Fernbedienung bedient werden.

Software

Abb. oben AVnav, unten OpenCPN

Das Betriebssystem-Image  Raspberry Pi OS Buster mit Toutchpad-Erweiterungen befindet sich in einer 32GB SD-Card auf der Basis-Platine. Christian hat zwei Imageversionen erstellt. Einmal für AVnav und einmal für OpenCPN als Navigationssoftware. Die Software-Varianten unterscheiden sich hinsichtlich der Bedienbarkeit und unterstützen die Besonderheiten der Navigationssoftware. Während AVnav voll browserbasiert auf Touchbedienung setzt, ist OpenCPN hingegen eine Desktopanwendung die mit Maus und Tastatur bedient wird. Damit OpenCPN sich ohne Maus und Tastatur bedienen lässt, wurde eine weite angepasste Fernbedienungen mit einer Maus-Emulation gebaut. Zusätzlich wurden die wichtigsten Tastenfunktionen von OpenCPN wie zoomen und diverse Ansichten auf Tasten gelegt. Raspberry Pi OS Buster hat dazu einige Software-Erweiterungen erhalten.

Weiterführende Infos

Christian hatte in 2020 eine Kleinserie zum Plotter als Bausatz aufgelegt und an interessierte Segler verkauft. Aktuell wird das Projekt nicht weiter verfolgt, da sich die Herstellung der Teile für den Plotter als zu aufwändig und kostenintensiv herausgestellt hat. Zudem konnte kaum ein Interessierter das Projekt selbst umsetzen und war auf die Vorarbeiten von Christian angewiesen. Ende 2021 hat Christian einen neuen Anlauf unternommen kostengünstigere und einfacher zu bauende Plotter zu entwickeln. Dabei konnte er die vielen Erfahrungen dieses Projektes berücksichtigen. Besonders schmerzlich war die Abkündigung des Raspberri Pi Compute Modules CM3 kurz nach der Fertigstellung des Platinensatzes. Das hätte es erforderlich gemacht eine komplett neue Basis-Platine zu entwickeln. Es stellte sich auch heraus, dass das Konzept des HDMI Videocontrollers mit Quellenumschalter für die Anwendung als Plotter überdimensioniert war und man die Funktionalität nicht richtig nutzen konnte. Insgesamt erforderte die Verwendung des CM3 Moduls eine aufwändige und teure Basis-Platine, um die fehlende Funktionalität bereitzustellen. Ein Standard Raspberry Pi hätte im Vergleich schon viele Dinge on Board gehabt, die man hätte nutzen können. Sein neues Konzept für einen 7″ Plotter basiert diesmal auf einem Standard Raspberry Pi mit wenigen Zusatzkomponenten und einem Standard-Gehäuse, welches man kommerziell beziehen kann. Damit reduziert sich der Aufwand wesentlich und auch weniger erfahrene Maker können das Projekt selbst umsetzen.

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)

Bilder

 

Abb. Bauteilset

Abb. Rückseite aus Plexiglas (Messe Version)

Abb. AVnav und OpenCPN

Abb. oben Fernbedienung für AVnav, unten für OpenCPN

 

DIY Plotter Android-Radio

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

  • Basis 2 DIN Android Autoradio
  • Touchfähiges 7” – 10″ Display, 1024 x 600 Pixel, ca. 400 nits
  • Touch Funktionstasten
  • Cortex A7 QuadCore ARM-Prozessor, 1,2 GHz
  • Je nach Modell Android 8, 9 oder 10
  • Je nach Modell 1…4 GB RAM
  • Je nach Modell 16 / 32 GB ROM
  • Kabelgebundenes, leistungsstarkes GPS enthalten
  • Bluetooth, WiFi 802.11b/g/n, 2,4 GHz
  • CAN-Bus integriert (Lenkradfernsteuerung)
  • 12V-Versorgung
  • 10…15 W im aktiven Betrieb
  • 0,5 W im Standby
  • 3 s Aufwachzeit aus Standby
  • 2x USB 2.0 (ext. GPS, NMEA0183, NMEA2000, NAVTEX, DVBT-Stick für AIS, etc )
  • 4 Kanal Audio-Verstärker, 4 x 50W
  • UKW-Radio, DSR bei einigen teureren Modellen
  • Optionale Rückfahrkamera als Mastkamera verwendbar
  • Google Play Store integriert
  • Mit beliebigen Apps erweiterbar
  • Nicht wasserdicht
  • Kosten: 60-200 EUR

https://www.segeln-forum.de/board1-rund-ums-segeln/board35-bootstechnik-und-elektronik/73496-plotter-diy/#post2077437

 

7″ Android Autoradio mit AvNav, gut für Innenbenutzung geeignet, zu dunkel für Außeneinsatz

10″ Android Autoradio mit AvNav, gute Displaygröße, hell genug für Außeneinsatz

Innen konventionelle, sparsame Tabett-Technik

Verwendbar als Zweitdisplay für kommerzielle Plotter (z.B. Raymarine)

Wasserdichtheit mit zusätzlichen Displayrahmen möglich

Mit AvNav auch als WLAN-Display-Server für externe Tabletts einsetzbar

Neue Plotter-Firmware als Web-Anwendung

AvNav als Navigations-Software

Canvas-Intrumente zur Visualisierung von Messdaten

Intergation von Grafana, erfordert einen Raspi4 mit OpenPlotter 2.0, InfluxDB und Grafana

Integration von Sonoff-Modulen zur Boots-Automation

Wetterdaten von www.windy.com

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 WiFi 1000

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

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
  • Ersatz für einen Windex
  • Witterungsfest und UV-stabil
  • Sichtbarkeit bei Nacht durch Reflektoren an der Unterseite
  • Keine Kabelverlegung für Sensorsignale
  • Reine Digitalübertragung und Signalverarbeitung
  • 12V Stromversorgung über Toplicht (50mA, 0.5W)
  • 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 30 Systeme nachgebaut und im Einsatz

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

Abb: Konzept Windsensor mit Raspi und M5Stack

Abb: Mechanisches Funktionsprinzip

 

Android App (Boat-Mode und Wetterstation-Mode)

Abb: Einzelteile Windsensor

 

pyPilot

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

Abb.: PyPilot-Komponenten

Video: PyPilot in Aktion

pyPilot ist eine quelloffene Autopilot Hard- und Software von Sean D’Epagnier.
Eigenschaften:

  • automatische Sensor-Kalibration
  • Modi
    • Kompass
    • GPS
    • scheinbarer Wind
    • wahrer Wind
  • SignalK und Nmea0183 Protokoll
  • OpenCPN Integration
  • geringer Stromverbrauch

user-experiance: http://phoenixketch.blogspot.com
video: https://youtu.be/IMqUmcTbQOE
IBT-2 based motor-controller: https://hackaday.io/project/168592-opencpn-chart-plotter-w-autopilot-and-waypoints

Andreas aus dem Segeln-Forum hat eine Hardwarebasis zum Nachbau des pyPilot erstellt. Er hat den Aufbau in drei Einheiten aufgeteilt:

  • Kompassmodul
    • MPU9260 / 6500
  • Basisplatine
    • Raspi Zero W
    • Arduino Uno (Aktuator-Regelung)
    • BTS7960B H-Brücke IBT-2 (Aktuator-Leistungsansteuerung)
  • Bedieneinheit mit Display
    • 8 Touch-Tasten TTP223
    • LCD-Display JLX12864

Die verwendeten Komponenten sind größtenteils Module die im Bastelbereich frei erhältlich sind.
Link zu seiner umfangreiche Anleitung: https://github.com/AndreasW29/pypilot-tinypilot-mysolution-infos/tree/main/guide

Das Projekt ist natürlich auch im Segeln-Forum zu finden:
https://www.segeln-forum.de/board194-boot-technik/board35-elektrik-und-elektronik/board195-open-boat-projects-org/p2227341-pypilot/#post2227341

Ein umfangreiches Workbook in englischer Sparche ist hier zu finden:

https://github.com/pypilotWorkbook/workbook/wiki

Abb.: Testaufbau

Abb.: Testaufbau

Abb.: Hauptplatine unbestückt

Abb.: Hauptplatine betsückt

Abb.: 9-Achs AHRS

Abb.: Bedieneinheit mit wasserdichten Touch-Tasten

Abb.: LCD-Display in Bedieneinheit (der Anguss-Stutzen stört noch ein wenig)

Abb.: Einbaufertige Controllereinheit mit Leistungstreiber, Arduino Uno und Raspberry Zero

Abb.: Controllereinheit, Bedieneinheit, Gyro und Aktuator von pcnautic

Abb.: Fertig eingebauter PyPilot

Wer den PyPilot nicht selber aufbauen möchte, der kann auch bei pcnautic ein fertig aufgebautes und programmiertes System kaufen. Der Raspberry Pi und der 9-Achs-Bewegungssensor befinden sich im Bediengehäuse. Das erfordert damit eine fixe Installation des Bedienteils, um eine feste Ausrichtung des Bewegungssensors zum Boot zu gewährleisten. Auf der Rückseite des Bedienteils befindet sich eine USB-Buchse über die ein NMEA0183-Bus über ein RS485/USB-Adapter angeschlossen werden kann. Darüber lassen sich dann Kursdaten von einem Plotter, GPS- oder Winddaten einspeisen, die dann in die Kursberechnung einfließen können. Es lassen sich auch SeaTalk und NMEA2000 über entsprechende USB-Gateway-Module anbinden, die ebenfalls über pcnautic bezogen werden können.

Abb.: PyPilot Komponenten von pcnautic

 

Abb.: Aktuator, Bedien- und Controllereinheit und Leistungstreiber von pcnautic

Abb.: Rückseite Bedien- und Controllereinheit mit USB-Port und Anschluss für Steuerkabel zur Leistungseinheit

Wer sich nur den Linearaktuator von pcnautic gekauft hat, um ihn am PyPilot zu verwenden und Probleme mit dem Ruderlagengeber hat, findet hier eine Reparaturanleitung von Michael: Reparaturanleitung Ruderlagengeber

Als Ruderlage wird intern ein 10kOhm 10-Gang-Poti verwendet. Wenn es falsch angeschlossen wird, kann in den Endlagen das Poti durchbrennen, weil dann der Widerstand zu klein wird und der hohe Strom das Poti thermisch zerstört. Man kann das Ganze verhindern, indem man am Mittelanschluss einen 1kOhm Widerstand in Reihe einbaut, der den Strom begrenzt. Hier noch ein  Datenblatt zum Linearaktuator.

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/

open-boat-projects LIVE:
https://youtu.be/iXSZ0MWErC0

 


NMEA2000 und ESP32

Vorab ein paar wichtige Hinweise die sie unbedingt beachten sollten.

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.