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Einleitung PiCastle/Allgemeines

Das PiCastle Projekt wurde geschaffen, um die Grundlage für die Digitalisierung von Unternehmen zu schaffen. Leider sind aktuell am Markt keine Komponenten erhältlich welche unseren Anforderungen dafür entsprechen. Also haben wir beschlossen, diese Komponenten vollständig neu zu entwickeln. Die grundlegenden Anforderungen für eine erfolgreiche Digitalisierung sind auf der Hardware- und Softwareseite:

• Quelloffenheit: Sämtliche Komponenten müssen vollständig verstanden werden können, was nur durch vollständige Quelloffenheit erreicht werden kann. Dies beinhaltet Softwareprogramme, Firmware, Baupläne
• Lizenzfreiheit: Die Nutzung von allen Komponenten muss frei von Lizenzkosten sein können und außerdem nicht in der Nutzbarkeit eingeschränkt sein, insbesondere gilt dies für die Veränderung des bestehenden Zustandes
• Vollständigkeit: Alle Einzelheiten der Entstehung des Gerätes oder der Software müssen nachvollziehbar und dokumentiert sein, so das auf dieser Entwicklung aufgebaut werden kann

Damit ist nicht notwendigerweise eingeschlossen, dass alles kostenlos sein muss, jedoch ist jegliche Einschränkung in der Benutzbarkeit aller einzelnen Teile zu vermeiden. Dies beinhaltet den Einsatz von nicht quelloffener Software, weil bei dieser eine Weiternutzung nicht sichergestellt ist, wenn z.B. der Hersteller die Entwicklung einstellt und z.B. die aktualisierte Version eines Betriebssystems nicht mehr kompatibel ist. Das Selbe gilt für patentgeschützte oder einer ähnlichen Weise in der Nutzbarkeit eingeschränkten Geräten oder Verfahren. Beispielhaft sehe man hier ein Gerät, welches eine Firmware hat, welche nicht quelloffen ist und weder der Weg des Firmwareupdates noch die Dokumentation der Funktionen des Gerätes zugänglich ist. Man ist dann auf die Mithilfe des Herstellers angewiesen, wenn es ein Problem mit dem Gerät gibt. Dies gilt es von vorne herein zu vermeiden.

Warum der Name?

Der Projektname ist zusammengesetzt aus folgenden beiden Dingen:

Ziel des Projektes

Für die durchgängige Digitalisierung und damit die Vernetzung aller Systeme benötigen wir Komponenten, die dies überhaupt erst ermöglichen. Zum Beispiel müssen alle Leuchten im Gebäude digital gesteuert werden können und alle Schalter im Gebäude digital erfasst werden können. Ebenso ist es wünschenswert, dass alle Leuchten durch Bewegungsmelder aktiviert werden können. Melden auch diese die Bewegung digital, sind alle Funktionen programmierbar und damit frei anpassbar. Wenn es nun die Möglichkeit gibt, eine Alarmsirene digital anzusteuern und einen Anruf beim Wachschutz zu tätigen, so haben wir nicht nur eine optimale Möglichkeit, das Licht zu steuern sondern auch gleichzeitig eine Alarmanlage mit dem nahezu selben Aufwand. Voraussetzung dafür ist, das alle Signale an ein zentrales System geleitet werden können und dieses zentrale System alle Komponenten vollständig steuern kann. Da wir mit dem Graphen bereits dieses zentrale System besitzen und alle am Markt verfügbaren Lösungen entweder in der Benutzbarkeit zu sehr eingeschränkt waren (z.B. nur durch eine bestimmte App nutzbar oder nur mit einer bestimmten Software, welche wiederum keine vollständigen API Funktionen für alle denkbaren Manipulationen bereitstellte), erschien uns der einfachste Weg die Schaffung eines neuen Geräts:

Der LightPi

Um alle Anforderungen zu erfüllen, brauchten wir nur ein Gerät, welches auf einem standardisierten Weg Geräte ein/ausschalten kann und digitale Sensorsignale auswerten kann. Mit Hilfe eines RaspberryPi und eines 16-fach Relais für diesen ließ sich das Ganze umsetzen. Das Gerät hat 16 Ausgänge, welche vom Gerät selbst mit 230V versorgt werden. Hier schließen wir mit dem industriellen Steckersystem Toughcon die Verbraucher, in unserem Fall LED Leuchten mit einer Leistung von jeweils 20Watt an. Diese Leuchten haben wir mit einem Steckverbinder versehen, so dass die Hardwareschnittstelle eindeutig ist. Mit dem selben System können an die verbleibenden 12 Ports der Raspberry Pi als digitale Eingänge verwendet werden. Für die Sensoren wird vom Raspberry Pi noch 12 Volt Spannungsversorgung bereitgestellt, so das auch aktive Sensoren angeschlossen werden können. Eine genaue Beschreibung des Raspberry Pi gibt es hier im Wiki.

Erkenntnisse

Auch wenn die Entwicklung des LightPi und der Bau doch aufwendig war, so haben wir heute einen Zustand erreicht, welchen wir auf herkömmlichem Wege nicht hätten erreichen können. Aber anstatt am Ende des Weges befinden wir uns erst am Anfang, die Möglichkeiten alleine des LightPi sind riesig und hätten wir eine herkömmlich Beleuchtungsanlage installiert, wären diese Dinge alle nicht möglich. Deshalb haben wir an dieser Stelle die Möglichkeit geschaffen, an dieser Entwicklung teilzuhaben und für uns selbst als Qualitätssicherungsmaßnahme auferlegt, die oben genannten Regeln auch alle zu erfüllen. Dies beinhaltet die Dokumentation aller Komponenten mit Schritt für Schritt Anleitungen und die Herstellung der Verfügbarkeit aller Komponenten von der kleinsten Schraube bis zum größten Gerät sowie die Veröffentlichung sämtlicher eingesetzter Software und Werkzeuge.

Liste der Geräte

Dies ist eine Liste aller Geräte, welche auf der höchsten Ebene eingesetzt werden und mit dem Graphen kommunizieren.

LightPi	Steuern der Beleuchtung von Gebäuden mit Alarmfunktion
PressePi	Überwachen und Steuern einer Doppeldruck Bolzenpresse zur Herstellung von Schraubenbolzen
KioskPi	Webbasierte Visualisierung von Informationen über ein Kiosksystem
Liste aller Teile	Dies ist die Liste aller Teile, aus welchen man alle Komponenten selbst herstellen kann, sowie kleinere Geräte

Verfahren und Systeme

Dies ist eine Liste von Verfahren und Systemen, die eingesetzt werden, um die Komplexität der Digitalisierung meistern zu können

Beschriftungssystem	Wie alle Komponenten beschriftet werden, damit kein Chaos entsteht
Graph	Der Graph ist die zentrale Softwarekomponente, eine graphenbasierte Datenbank und noch viel mehr, das Herz des gesamten Systems