Drinks Storage

Das Projekt Drinks Storage versucht, den Nachschub an Mate vollkommen zu automatisieren. Dafür werden auf einzelnen, sortenreinen Getränkekistenstapeln die Anzahl der sich darauf befindlichen Kisten gemessen. Ein Programm prüft regelmäßig, ob noch genug Getränke vorhanden sind und überprüft das an Hand einer Soll-Zustandsliste. Wenn genug Kisten für eine Bestellung zusammengekommen sind, wird diese an den CEOB (Chief Executive Of Boozyness) übermittelt der die Bestellung dann prüft. Falls die Maschinen alles richtig gemacht haben, kann die Bestellung an den Getränkelieferanten gemailt werden. Dieser kann dann mit eigenem Gebäudezugang die Getränke nachfüllen.

Historische Daten der Getränkewaagen sind im Grafana zu finden, wobei man auch dem Lieferanten live aus der Ferne zuschauen kann, wie er Mate stapelt. In der Industrie würde das Projekt wohl als Supply Chain Management für Spirituosen benannt werden.

Schema

Das folgende Diagramm soll helfen zu erklären, wie die einzelnen Teile des Projekts ineinander greifen:

Datei auch als .dia-Datei vorhanden

Waagen

Video

Auf dem Video sollte gut zu erkennen sein, wie die MQTT-Nachrichten bei einer Veränderung der Kastenanzahl eintreffen.

Frästeil

Die aktuelle Iteration der Waagen sind beidseitig aus MDF-Platten gefräst und mit einigen Millimetern Spiel auf die einzelnen Kistenböden angepasst. Auf der Unterseite sind passgenaue Taschen für die jeweils 4 Gewichtssensoren. Gefräste Kabelkanäle führen die Kabel von den Sensoren in die Mitte und von dort aus gebündelt zur Seite. An der Seite ist ein Einschub für ein 3D-Druck-Gehäuse in dem sich das Sensor-Board befindet.

Erstellt wurde das 3D-Modell mit Rhino. Die Konturlinien für die einzelnen Kistenböden sind aus den jeweiligen abfotografierten Kisten entstanden. Oben sieht man die schematische Nachzeichnung. Hier 3D-Frästeile ohne den seitlichen Einschub

Und die fertig gefrästen Teile:

3D-Druck-Gehäuse

Das Gehäuse für das PCB ist 3D-gedruckt auf unserem space-eigenen 3D-Drucker. Es war schwerer erfolgreich zu drucken als anfangs gedacht. Das liegt hauptsächlich daran, dass das nicht fehlen dürfende flipdot-Logo zu häufigen Überhängen an der Oberfläche führt. Das 3D-Modell wurde in Rhino erstellt und von dort aus als .stl-Datei exportiert. Die .stl-Datei wurde dann in Cura importiert wovon dann die zu druckende .gcode-Datei erstellt wurde.

Board

Auf dem kruden selbstgeätzten und -gebohrten PCB befindet sich ein ESP und ADC. Das Board prüft regelmäßig die Werte der Gewichtssensoren und bildet den Median über mehrere Messpunkte. Dieser Median hat den Vorteil gegenüber einem gemittelten Wert, dass er statistisch robust ist. Der Median wird mit einem Zähler an bereits erfolgreich übertragenen Paketen im MQTT-Topic sensors/cellar/drinks_scale_measurements_raw veröffentlicht. Der Zähler bringt den Vorteil, dass man aus der Ferne erkennen kann, wenn eine Waage zu hohen Packet Loss hat oder eine schlechte Stromversorgung. Gesendet wird durch eine etwa halben Meter dicke tragende Wand aus Backstein, bzw. durch eine dicke Eisentür. Der daraus resultierende Packet Loss stellt allerdings kein Problem dar, da die Daten nicht zeitkritisch sind.

Datenpfad

Space-Intern

Der von den Waagen jeweils übertragene Sensorrohwert wird von einem MQTT-Client (drinks-storage-mqtt auf Github) eingelesen. An Hand der Konfiguration wird erkannt, wievielen Kästen der Sensorwert entspricht. Hierfür muss einmalig jede Waage einzeln mit zuerst keinem Gewicht und danach mit möglichst vielen Kästen der gleichen Sorte belastet werden. Die gemittelten Werte bieten einem zum Einen einen Nullpunkt und zum andern das spezifische Tara der jeweiligen Getränkesorte angepasst auf den speziellen Sensor. Dieser ermittelte Wert für die Anzahl der Kästen wird dann periodisch im MQTT-Topic sensors/cellar/drinks_crate_counts veröffentlicht.

Web-Server

Das Projekt iod-api-bridge sorgt dafür, dass die Anzahl der Kästen an unsere Space-API übertragen wird, wo sie auch aus dem Internet aus abrufbar sind.

Statistiken

Die nächste Station ist zum einen unsre Grafana-Instanz, die die Daten von der Space-API minütlich pollt und die historischen Daten der Öffentlichkeit anbietet. Auf dem entsprechenden Dashboard findet man aktuelle Daten.

Bevor Grafana integriert war in das System wurde mit einem Python-Skript ein Mitschnitt des MQTT-Verkehrs der entsprechenden Channel analysiert. Ziel der Analyse war festzustellen, ob temperaturbedingter Drift vorhanden ist. An folgendem Plot kann man dabei erkennen, dass dem nicht so ist. Da eine einzelne Kiste etwa einen rohen Sensorwert von 25k hat, ist das Rauschen selbst bei fritz_cola zu vernachlässigen:

Bestellungen

Zum andern gibt es noch ein Skript (drinks-storage-order auf Github) was täglich die von der API gepollten Daten überprüft. Dabei wird der aktuelle Bestand mit einer Soll-Liste abgeglichen. Wenn dann die insgesamte Anzahl der zu bestellenden Kästen einen Schwellwert übersteigt, wird eine Bestellung per Mail Versand. Der PDF-Anhang für unsre allererste Bestellung sah so aus:

Diese wird von unserem CEOB (Chief Executive Of Boozyness) entgegengenommen, auf Richtigkeit geprüft und anschliessend an den Getränkehändler weitergereicht.

Debugging

Die Waagen haben das Problem, dass sie regelmäßig neu tariert werden müssen, da einige Sensordrift aufweisen. Das Problem wird bei genauer Analyse der Rohwerte erkennbar. Der Sensordrift kann dadurch entstehen, dass die Verkabelung der Verstärker eine lose Verbindung hat, was irgendwann mal zu prüfen ist.

Tarieren

Um die Waagen zu tarieren muss wie folgt vorgegangen werden:

1. Github-Repo klonen
2. Betroffene Waagen leeren.
3. Werte aufnehmen

   mosquitto_sub -h mqtt.fd -t 'sensors/cellar/drinks_scale_measurements_raw' >> drinks-storage-$(date -I).log
   

4. Werte in einzelne Dateien pro Waage schreiben

   DRINKS_STORAGE_MQTT=/path/to/cloned/github/directory
   while read -r esp_id; do esp_int=$(printf "%i" "$esp_id"); grep $esp_int *.log | sed -r 's/.+scale_value":([0-9]+),".+/\1/' > $esp_id.values; done <<< $(grep -Eo '0x[0-9a-f]+' $DRINKS_STORAGE_MQTT/config.yaml)
   

5. Mittelwert ausgeben lassen

   for esp_id in *.values; do awk "{a+=\$1} END{printf "${esp_id%%.values} %i\n", a/NR}" $esp_id; done
   

Um jetzt den Wert für crate_raw zu berechnen, muss das obige Vorgehen wiederholt werden mit n Kisten. Dann muss man im Taschenrechner der Wahl jeweils folgendes berechnen:

(value_1st - value_2nd) / n_crates

Nach dem Tarieren muss nur ein entsprechender Commit für die Config-Datei (config.yaml) im Github-Repo erstellt und gepusht werden.

Deployment

Wenn die Waagen neu tariert wurden, muss neu deployt werden. Hierfür muss man sich auf power-pi.fd verbinden, pullen und den Daemon neu starten, in anderen Worten:

$ ssh pi@power-pi.fd
$ cd ~/iod/drinks-storage-mqtt
$ git pull
$ sudo systemctl restart drinks-storage-mqtt

MQTT-Fehlernachrichten

Nach erfolgreichem Deployment sollte auf Fehlernachrichten im Kanal errors geprüft werden. In anderen Worten:

$ mosquitto_sub -h mqtt.fd -t "errors" -v

Wenn man Wasserfälle mag und mehr Noise sehen will, kann man auch alle Kanäle prüfen:

$ mosquitto_sub -h mqtt.fd -t "#" -v