Im letzten Semester wurde neben den Teilsystemen „Pflanzenroboter“, „Transportsystem“ und „Regal & Liftsystem“ das „IT-Gesamtsystem“ ins Leben gerufen.
Dieses hat die Aufgabe, alle anderen Teilsysteme miteinander zu verknüpfen. Damit wird der Gesamtablauf des „Salat-O-Mat“ Projekts gesteuert.
Genaue Aufgaben ist die Steuerung und Überwachung jedes Teilsystems und die Koordinierung und Automatisierung aller untereinander. Diese Funktionen sollen über eine benutzerfreundliche Oberfläche zugänglich sein.

Stand aus Sommersemester 2023

Das Team aus dem letzten Semesters hat mit diesem Bereich neu angefangen und als erstes eine Technologie für das IT-Gesamtsystem ausgesucht.

Es wurde zunächst ein bereits vorhandener Flask Webserver zur Steuerung des Regalsystems untersucht. Dieser schied jedoch aufgrund einer zu hohen Komplexität aus, da das System bereits im darauffolgenden Semester fertiggestellt werden müsste.
Nach weiteren Analysen wurde das graphische Entwicklungstool „Node-RED“ analysiert. Dies ist eine Web-Anwendung, mit welcher mithilfe graphischer Programmierung schnell und intuitiv Dashboards zur Anzeige von Messdaten umgesetzt werden können.
Das Team konnte bestätigen, dass alle für das IT-Gesamtsystem geforderten Funktionen mit dem Tool umsetzbar sind.

Anschließend musste eine Schnittstelle definiert werden, mit der die Daten von den einzelnen Teilsystemen zum IT-Gesamtsystem gelangen.
Hierzu wurde MQTT ausgewählt. Dies ist ein Netzwerkprotokoll zur einfachen Übertragung von Messdaten und Kommandos. Alle Teilnehmer müssen sich lediglich innerhalb eines Netzwerks befinden. Dies ist in diesem Projekt gegeben, da jedes Teilsystem einen WLAN-fähigen Mikrocontoller besitzt, welche alle über einen WLAN-Router miteinander verbunden sind.

Mit den gewählten Technologien wurde ein erster Entwurf der Oberfläche in Form einer Webseite erstellt, welche bereits erste Funktionen wie eine vorbereitete Ansteuerung des Regalsystems und das Anzeigen mehrerer Kamerastreams ermöglicht.

Aufgaben für das aktuelle Wintersemester 2023/24

Dieses Semester wird das Projekt „Salat-O-Mat“ abgeschlossen und muss bis Januar in einen funktionsfähigen Zustand gebracht werden.
Das IT-Gesamtsystem stellt hierfür ein wichtiges Element dar, da hier der Gesamtablauf und das Zusammenspiel aller Teilsystem miteinander umgesetzt werden muss.

Als erstes müssen nochmal alle Schnittstellen der einzelnen Teilsysteme final definiert werden.
Das beinhaltet Sensor- und Statuswerte, die von den Teilsystemen zum IT-Gesamtsystem geschickt werden sollen, aber auch Kommandos, die das Gesamtsystem an die Teilsysteme schickt.
Da viele Teilsysteme noch nicht aufgebaut sind, müssen diese zunächst abgesprochen und dokumentiert werden. Dies wurde im letzten Semester von den System Engineers bereits vorbereitet und wird nur noch final synchronisiert.
Solange sich alle Teilsysteme an diese Definition halten, können sie unabhängig voneinander entwickelt und aufgebaut werden, ohne das am Ende das Zusammenspiel gefährdet ist.

Nach der Schnittstellendefinition werden diese nun in Node-RED umgesetzt. Es werden für alle Bereiche eigene Dashboards erstellt, welche alle erwarteten Daten visualisieren und das Setzen aller erforderlichen Kommandos ermöglichen. Mit diesem Stand können dann die Teilsysteme, sobald diese einsatzbereit sind, schnell auf ihre Funktionalität getestet werden. Mögliche Fehler können dabei schnell identifiziert und gemeinsam behoben werden.

Abschließend soll dann ein Dashboard entworfen werden, welches das Gesamtsystem „Salat-O-Mat“ abbildet.
Hier sollen nun alle Teilsysteme miteinander arbeiten. Es werden verschiedene Szenarien wie „das Ernten einer bestimmten Kisten aus dem Regal“ umgesetzt und die Abläufe aller Teilsysteme für die jeweilige Aufgabe koordiniert werden.

Am Ende des Semesters ist abschließend eine Präsentation des Gesamtsystems geplant. Dieses soll dann über die entwickelte Oberfläche des IT-Gesamtsystems möglichst automatisiert bedienbar seien.

Schon im letzten Semester wurde darüber nachgedacht, die Steuer- und Überwachungsfunktionen der Teilsysteme Pflanzenroboter und Regalsystem auf einer gemeinsamen Benutzeroberfläche zu integrieren. Dieses Vorhaben wurde aber vor einem halben Jahr aufgrund des zu geringen Fortschritts der bestehenden Softwareanteile vorerst zurückgestellt. Im Sommersemester 2023 soll nun das Team „IT-Gesamtsystem“ das aufgeschobene Konzept umsetzen. Die Aufgabe besteht darin, eine benutzerfreundliche Softwarelösung zur Steuerung und Überwachung des Gesamtsystems Salat-O-Mat zu entwickeln.

Aktueller Softwarestand

• Im abgeschlossenen Wintersemester konnte das Software-Team des Regalsystems einen großen Schritt nach vorn machen, als es am Semesterende die entwickelte Softwarestruktur erfolgreich testete: Ein Arduino-Mikrocontroller steuert die Aktoren, ein Display und empfängt die Sensorwerte. Es wurde ein Kommunikationsprotokoll für eine serielle Schnittstelle definiert, über das der Arduino mit einem Raspberry Pi kommuniziert. Dieser speichert die erhaltenen Daten in einer Datenbank und synchronisiert sie mit einer Website. Auf der Website können die Sensorwerte abgerufen und Aktoreinstellungen vorgenommen werden.
• Die Software des Pflanzenroboters besteht derzeit aus einigen Skripten auf einem Raspberry Pi, mit denen die Achsen bewegt werden können. Dafür kommuniziert der Raspberry Pi mit Motorcontrollern über CAN. Die Controller sind dann wiederum mit den Motoren verbunden. Die Skripte und ein erarbeitetes Konzept für eine GUI wurden noch nicht integriert.
• Für das Liftsystem existiert noch kein Softwarecode. Da das Liftsystem direkt an das Regal angebaut wird, können die Aktoren voraussichtlich vom Arduino des Regalsystems angesteuert werden. Dementsprechend müssen dort die Softwareanteile nur angepasst werden und zum IT-Gesamtsystem entsteht keine weitere Schnittstelle.
• Das Transportsystem startet erst dieses Semester mit der Konzeptphase und daher wurde auch hier noch keine Software geplant oder entwickelt. Es ist anzunehmen, dass hier eine zusätzliche Schnittstelle zum IT-Gesamtsystem entsteht.

Festlegung der Architektur und Schnittstellen

Einer der ersten Schritte besteht in der Festlegung einer geeigneten Architektur des IT-Gesamtsystems. Für die zu entwickelnde Weboberfläche könnte entweder der Raspberry Pi des Pflanzenroboters oder der Raspberry Pi des Regalsystems als Server dienen. Will man die Abhängigkeiten minimieren, könnte man die Website auch auf eine gesonderte Hardware auslagern. Zusätzlich müssen die Schnittstellen zwischen den Softwareanteilen des Pflanzenroboters, des Regalsystems und der Weboberfläche des Gesamtsystems definiert werden.

Entwicklung des IT-Gesamtsystems

Das Ziel dieses Teilprojektteams besteht in der Ausarbeitung eines Konzepts für eine Oberfläche, auf der die Funktionen der Teilsysteme zentral zusammenlaufen. Am Ende des Semesters soll ein Softwarestand erreicht werden, auf dessen Grundlage das IT-Gesamtsystem im nächsten Wintersemester fertiggestellt werden kann. Um den Zeitplan einhalten zu können, wird möglichst viel der bestehenden Software beibehalten. Die Weboberfläche des Regalsystems kann als Grundlage für das IT-Gesamtsystem dienen und muss nur in der Funktionalität erweitert werden. Die Überschneidung der Hardwarenutzung und der Softwareanteile zwischen dem Team des IT-Gesamtsystems und der Software-Teams der Teilsysteme setzen eine gute Kommunikation und Zusammenarbeit voraus.