Schaltplan Aufbau des Visualisierungsterminals

Der Aufbau des Terminals erfolgte auf Basis des im Vorfeld erstellten Schaltplans sowie der geplanten Anordnung auf der Montageplatte. Zunächst wurden alle benötigten Komponenten – darunter FI/LS-Kombination, Netzteil, Steckdose, Raspberry Pi und Display – gemäß den Sicherheitsvorgaben und Normen montiert.

Zur mechanischen Befestigung des Displays wurde eine individuelle Halterung mithilfe der webbasierten Software TinkerCAD konstruiert und anschließend mit einem 3D-Drucker gefertigt. Die Komponenten wurden auf einer Hutschiene montiert, und die elektrische Verdrahtung erfolgte unter Beachtung der fünf Sicherheitsregeln der Elektrotechnik.

EPLAN-Schaltplan

Einrichtung des Raspberry Pi 5

Parallel zum mechanischen Aufbau des Terminals wurde der Raspberry Pi 5 als zentrale Recheneinheit des Systems vorbereitet. Zunächst wurde eine geeignete Initialisierungssoftware (z. B. Raspberry Pi OS) auf eine microSD-Karte aufgespielt. Diese Karte wurde anschließend in den Raspberry Pi eingesetzt, woraufhin die Erstinbetriebnahme des Systems erfolgen konnte. Während der Grundkonfiguration wurden grundlegende Einstellungen wie Benutzername, Passwort, Sprache, Zeitzone sowie die WLAN-Verbindung festgelegt.

Im nächsten Schritt wurde der MQTT-Broker Mosquitto installiert. Mosquitto dient als Vermittlungsinstanz im Netzwerk und ermöglicht es, dass der im ClimateCube verbaute Mikrocontroller (ESP32) seine Messdaten an den Raspberry Pi überträgt. Dazu wurde die Konfigurationsdatei von Mosquitto angepasst, um die Verbindung zu sichern (z. B. durch Benutzername/Passwort) und die Kommunikation über definierte Ports zu ermöglichen.

Anschließend wurde die Entwicklungsumgebung Node-RED auf dem Raspberry Pi eingerichtet. Node-RED ist eine visuelle Programmieroberfläche, die speziell für die Vernetzung von Geräten und Datenflüssen im IoT-Bereich konzipiert ist. Über zusätzliche Bibliotheken wurde das Node-RED Dashboard installiert, um eine übersichtliche Benutzeroberfläche für die Visualisierung der Umweltdaten zu schaffen.

Im Node-RED-Programm wurden verschiedene Funktionsblöcke erstellt, unter anderem:

  • Empfang der MQTT-Daten (z. B. Temperatur, CO₂-Werte, Luftfeuchtigkeit)

  • Speicherung der Daten in CSV-Dateien mit Tageszuordnung

  • Darstellung in Echtzeit auf dem Dashboard

  • Bereitstellung eines File-Browsers, mit dem die CSV-Dateien angezeigt und heruntergeladen werden können

Alle relevanten Komponenten – MQTT-Broker, Node-RED und Dashboard – wurden so konfiguriert, dass sie beim Systemstart automatisch geladen werden. Dadurch ist das Terminal nach jedem Einschalten sofort betriebsbereit.

Zugriff auf die Node-RED-Oberfläche zur Programmierung

Nachdem Node-RED erfolgreich auf dem Raspberry Pi 5 installiert wurde, erfolgt der Zugriff auf die Programmieroberfläche über einen Webbrowser. Dazu muss sich das verwendete Gerät im gleichen WLAN-Netzwerk wie der Raspberry Pi befinden – in diesem Fall im WLAN der BBS2 Wolfsburg.

Die Benutzeroberfläche von Node-RED ist über die IP-Adresse des Raspberry Pi aufrufbar. Die Adresse lautet:

http://192.168.221.98:1880

Nach dem Aufruf dieser Adresse im Browser öffnet sich die grafische Entwicklungsumgebung von Node-RED. Dort können mithilfe von Drag-and-drop sogenannte „Flows“ erstellt, angepasst und erweitert werden. Diese bestehen aus verschiedenen Funktionsblöcken (Nodes), die zum Beispiel für den Empfang von MQTT-Daten, deren Weiterverarbeitung, Speicherung oder Visualisierung zuständig sind.

Änderungen am Programm können direkt im Browser vorgenommen und sofort getestet werden. Nach dem Speichern eines Flows wird die Änderung sofort aktiv. So lässt sich die gesamte Funktionalität des Visualisierungsterminals flexibel anpassen und erweitern.

Um das fertige Dashboard zur Datenanzeige aufzurufen, wird dieselbe IP-Adresse mit einem zusätzlichen Pfad verwendet:

http://192.168.221.98:1880/ui

Dieses Dashboard stellt die aktuellen Messdaten des ClimateCubes übersichtlich in Echtzeit dar. Hier können Nutzer*innen beispielsweise Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder CO₂-Konzentration direkt ablesen. Zusätzlich bietet das Dashboard Funktionen zum Durchsuchen und Herunterladen der gespeicherten CSV-Dateien.

Das Dashboard eignet sich ideal für die Verwendung auf internetfähigen Geräten wie Laptops, Tablets oder Smartphones innerhalb des Schulnetzwerks.











Zuletzt geändert: Donnerstag, 26. Juni 2025, 13:08