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Projekt: Implementierung eines Zweipunktreglers via MQTT

Dieses Projekt simuliert eine Kühlanlage mittels drei Raspberry Pis. Ein Sensor misst die Temperatur und ein Aktuator (LED) reagiert basierend auf Schwellenwerten.

Aufbau der Lernumgebung

Hardware: Drei Raspberry Pis, ein Temperatursensor und eine LED-Leuchte. Verkabelung: Die LED und der Sensor sind über Breadboards an separate Pis angeschlossen. Simulation: Die LED simuliert das Steuersignal zum Ein- und Ausschalten einer Kühlanlage.

Kommunikation (MQTT Protokoll)

Die Kommunikation erfolgt über das MQTT-Protokoll:

• Broker (Pi ohne Zusätze): Agiert als Zentrale und leitet Nachrichten an Subscribed-Clients weiter. Er hostet zudem ein Dashboard zur Visualisierung.
• Sensor-Pi (Publisher): Sendet regelmäßig die gemessene Temperatur unter einem bestimmten Topic an den Broker.
• LED-Pi (Subscriber): Abonniert das Topic, empfängt die Temperaturwerte und steuert die LED basierend auf einem Schwellenwert.

Code-Integration

Sensor-Skript (src/sensor_pi/send_temperature.py) Dieses Skript liest den Sensor aus und sendet die Daten an den Broker.

LED-Test ()

Basis-Skript zur Ansteuerung der LED über GPIO Pin 18.

Benutzeroberfläche (Node-RED)

Zur Überwachung der Anlage wurde auf dem Broker-Pi ein Dashboard eingerichtet.

Node-RED Dashboard (UI)

Der Broker-Pi (der Pi ohne zusätzliche Sensoren/Aktoren) übernimmt die Visualisierung der Daten. Hierfür wurde Node-RED eingesetzt, um ein browserbasiertes Dashboard zu erstellen.

Funktionen des Dashboards

Das Dashboard dient der Überwachung der Temperaturwerte in Echtzeit:

• Gauge (Anzeigeinstrument): Visualisiert die aktuelle Temperatur als Zeigerinstrument im Bereich von 0 bis 50°C. Im Screenshot ist ein aktueller Wert von 23.312°C zu sehen.
• Chart (Diagramm): Zeigt den zeitlichen Verlauf der Temperatur an. In der Dokumentation ist ein Verlauf zwischen ca. 07:38:00 und 08:37:00 Uhr dargestellt.

Visualisierung:

Die Daten werden sowohl als Momentanwert (Gauge) als auch als historischer Verlauf (Chart) dargestellt.

Zugriff:

Das Dashboard ist im lokalen Netzwerk über die IP des Brokers (Port 1880/ui) erreichbar.

Konfiguration des MQTT-Nodes

Um die Daten im UI anzuzeigen, muss der Node-RED Flow wie folgt konfiguriert sein:

• MQTT-In Node: Abonniert das Topic home/weather vom lokalen Broker.

• Dashboard-Nodes: Die empfangenen Daten werden direkt an einen Gauge-Node und einen Chart-Node weitergeleitet.