IT-System

ℹ️IT-System▶

Das Wohnmobil verfügt über ein eigenes IT- und Netzwerksystem mit einem Raspberry Pi als zentralem Rechner.

Die wesentlichen IT-Komponenten sind gemeinsam auf dem Pi-Board im Fahrzeug montiert.

Das IT-System stellt verschiedene lokale Dienste für Dokumentation, Sensorik, Datenerfassung und Fernzugriff bereit.

Als zentraler Rechner wird der Raspberry Pi tsg-bobil verwendet.

Die meisten Dienste werden als Docker-Container betrieben und können dadurch unabhängig voneinander gestartet, gestoppt und aktualisiert werden.

Aufgaben des IT-Systems

Das IT-System übernimmt unter anderem:

Bereitstellung des digitalen Womo-Handbuchs
Bereitstellung eines getrennten Gast-WLANs mit ausschließlich Zugriff auf das Womo-Handbuch
Kommunikation mit den Zigbee-Sensoren
Austausch von Messwerten über MQTT
Verarbeitung von Messwerten und Ereignissen
Bereitstellung aktueller Messwerte für das Womo-Handbuch
Speicherung historischer Messwerte
grafische Darstellung der Messwerte
Erfassung ausgewählter Systemwerte des Raspberry Pi
Abruf externer Daten wie Wetterinformationen
Nutzung der GPS-Position für standortabhängige Funktionen
Fernzugriff über VPN

Dienste

Auf tsg-bobil werden derzeit folgende Dienste betrieben:

Dienst	Aufgabe
VitePress	Bereitstellung des Womo-Handbuchs und Anzeige aktueller Daten
Node-RED	Verarbeitung und Verknüpfung von Daten sowie Bereitstellung von HTTP-Schnittstellen
Mosquitto	MQTT-Broker
Zigbee2MQTT	Anbindung der Zigbee-Sensoren
InfluxDB	Speicherung historischer Messwerte
Grafana	Darstellung und Auswertung historischer Messwerte
WireGuard	VPN-Fernzugriff

Datenfluss und Zusammenspiel der Dienste

Die einzelnen Dienste auf tsg-bobil arbeiten zusammen, um Sensordaten zu erfassen, zu verarbeiten, zu speichern und darzustellen.

Ein typischer Datenfluss der Raumklimasensoren sieht vereinfacht so aus:

text

                  Zigbee-Sensor
                       │
                       │ Zigbee
                       ▼
                  Zigbee2MQTT
                       │
                       │ MQTT
                       ▼
                   Mosquitto
                       │
                       ▼
                    Node-RED
                       │
              ┌────────┴────────┐
              │                 │
              ▼                 ▼
           InfluxDB          HTTP-API
              │                 │
              ▼                 ▼
           Grafana        Womo-Handbuch
                            (VitePress)

Dabei haben die einzelnen Komponenten unterschiedliche Aufgaben:

Zigbee2MQTT empfängt die Daten der Zigbee-Sensoren und veröffentlicht sie als MQTT-Nachrichten.
Mosquitto stellt den MQTT-Broker für den Austausch der Nachrichten bereit.
Node-RED empfängt und verarbeitet die Messwerte.
InfluxDB speichert Messwerte mit Zeitstempel für die historische Auswertung.
Grafana stellt die gespeicherten Werte und zeitlichen Verläufe grafisch dar.
VitePress stellt das Womo-Handbuch bereit und zeigt ausgewählte aktuelle Werte direkt auf der Startseite an.

Aktuelle und historische Messwerte

Node-RED stellt ausgewählte aktuelle Messwerte über HTTP-Schnittstellen für das Womo-Handbuch bereit.

Messwerte, die historisch gespeichert und ausgewertet werden sollen, werden zusätzlich in InfluxDB geschrieben. Grafana greift auf diese gespeicherten Daten zu und ermöglicht die Darstellung historischer Verläufe.

ℹ️Aktuelle und historische Daten▶

Das Womo-Handbuch verwendet Node-RED für die Anzeige der aktuellen Werte.

InfluxDB dient dagegen der Speicherung historischer Messwerte. Grafana verwendet diese gespeicherten Daten zur Darstellung zeitlicher Verläufe.

Dadurch bleiben aktuelle Anzeige und historische Datenauswertung voneinander getrennt.

Raumklimadaten

Das Raumklima wird in drei Bereichen des Wohnmobils erfasst:

Wohnraum – Sensor RTF_01_WR
Laderaum – Sensor RTF_02_LR
Fahrgastraum – Sensor RTF_03_FR

Die Sensoren liefern jeweils:

Temperatur
relative Luftfeuchtigkeit
Luftdruck
Batteriestand

Node-RED verarbeitet die eingehenden Sensordaten und stellt die jeweils aktuellen Werte für das Womo-Handbuch bereit.

Zusätzlich werden die Messwerte in InfluxDB gespeichert und stehen damit für die historische Auswertung in Grafana zur Verfügung.

Systemdaten des Raspberry Pi

Neben den eigentlichen Fahrzeug- und Sensordaten können auch Betriebsdaten des Raspberry Pi erfasst werden.

Derzeit wird die CPU-Temperatur des Raspberry Pi tsg-bobil einmal pro Minute durch Node-RED ausgelesen und in InfluxDB gespeichert.

Dadurch kann die Temperaturentwicklung des Raspberry Pi über längere Zeiträume in Grafana beobachtet werden.

Grafische Auswertung

Die in InfluxDB gespeicherten Daten werden mit Grafana ausgewertet.

Das Dashboard Womo-Raumklima enthält derzeit:

Temperaturverlauf von Wohnraum, Laderaum und Fahrgastraum
Verlauf der relativen Luftfeuchtigkeit von Wohnraum, Laderaum und Fahrgastraum
Luftdruckverlauf von Wohnraum, Laderaum und Fahrgastraum
aktuellen Batteriestand der drei Raumklimasensoren
Temperaturverlauf des Raspberry Pi

Die Zeitspanne der dargestellten Messwerte kann in Grafana frei gewählt werden.

Externe Daten

Node-RED kann zusätzlich Daten aus externen Diensten abrufen.

Für das Außenwetter verwendet Node-RED derzeit OpenWeatherMap.

Aus einem angegebenen Ortsnamen werden zunächst die geografischen Koordinaten ermittelt. Anschließend werden für diese Position die aktuellen Wetterdaten abgerufen.

text

Ortsangabe
    │
    ▼
Node-RED
    │
    ├──► OpenWeatherMap Geocoding
    │          │
    │          ▼
    │       Lat / Lon
    │
    └──► OpenWeatherMap Wetter
               │
               ▼
         aktuelle Wetterdaten
               │
               ▼
          Womo-Handbuch

Der Wetterstandort kann direkt auf der Startseite des Womo-Handbuchs geändert werden.

Neben der manuellen Ortswahl kann auch die aktuelle GPS-Position des Fahrzeugs als Wetterstandort verwendet werden.

Die GPS-Position wird dabei vom am Raspberry Pi angeschlossenen GPS-Empfänger ermittelt. Node-RED kann aus den Koordinaten über Reverse Geocoding den zugehörigen Ort bestimmen.

Um unnötig häufige externe Abfragen zu vermeiden, wird das Reverse Geocoding nicht mit jeder eintreffenden GPS-Meldung ausgeführt, sondern zeitlich begrenzt.

Live-Daten im Womo-Handbuch

Die Startseite des Womo-Handbuchs zeigt neben der Navigation aktuelle Innenraum- und Wetterdaten an.

Innenraum

Für die drei Bereiche Wohnraum, Laderaum und Fahrgastraum können die aktuellen Raumklimadaten angezeigt werden.

Über Schaltflächen auf der Startseite kann zwischen den drei Bereichen umgeschaltet werden.

Für den jeweils ausgewählten Bereich werden dargestellt:

Temperatur
relative Luftfeuchtigkeit
Luftdruck
Batteriestatus des Sensors
Zeitpunkt der letzten Sensormeldung

Außenwetter

Für das Außenwetter werden dargestellt:

gewählter Standort
Temperatur
gefühlte Temperatur
relative Luftfeuchtigkeit
Luftdruck
Windgeschwindigkeit
aktuelle Wetterlage
Zeitpunkt der Wetterdaten

Der Wetterstandort kann entweder manuell gewählt oder anhand der GPS-Position des Fahrzeugs bestimmt werden.

Die aktuellen Werte werden über HTTP-Schnittstellen von Node-RED bereitgestellt und von den Vue-Komponenten der VitePress-Startseite abgerufen.

Sind Messwerte älter als eine Stunde, wird dies auf der Startseite gekennzeichnet.

ℹ️Lokaler Betrieb▶

Die wesentlichen Dienste funktionieren innerhalb des Womo-Netzes auch ohne Internetverbindung.

Für Funktionen, die externe Daten benötigen, ist dagegen eine Internetverbindung erforderlich. Dazu gehören beispielsweise der Abruf der Wetterdaten von OpenWeatherMap und der Fernzugriff über WireGuard.

Bereits lokal gespeicherte Daten und die übrigen Dienste des Raspberry Pi bleiben auch ohne Internetverbindung erreichbar.

Für Gäste steht zusätzlich ein getrenntes Gast-WLAN zur Verfügung. Dieses ermöglicht ausschließlich den Zugriff auf das Womo-Handbuch. Ein Zugriff auf die übrigen Dienste des IT-Systems oder auf das Internet ist darüber nicht möglich.

IT-System ​

Aufgaben des IT-Systems ​

Dienste ​

Datenfluss und Zusammenspiel der Dienste ​

Aktuelle und historische Messwerte ​

Raumklimadaten ​

Systemdaten des Raspberry Pi ​

Grafische Auswertung ​

Externe Daten ​

Live-Daten im Womo-Handbuch ​

Innenraum ​

Außenwetter ​

Kapitel ​