7. Werkstattmonitor-Konzept
Allgemein
Zur Orientierung in der Werkstatt und im Verein allgemein befinden sich in jedem größeren Bereich werkstatttaugliche Touch-Monitore. Wir nutzen das Modell FT156TMBCAPOB von Faytech. Diese sind für Multitouch-Input geeignet und außerdem staub- sowie spritzwassergeschützt. An jedem Monitor befindet sich jeweils ein Raspberry Pi 4 Model B mit PoE-Stromversorgung, da wir PoE-LAN ausbauen und so auf extra Netzteile verzichten können. Auf den Monitoren sollen wichtige Dinge angezeigt werden können, die für Mitglieder relevant sind, sowie allgemeine Infos, die auch Besuchern der offenen Werkstatt angezeigt werden (Bsucherleitsystem). Das sind zum Beispiel aktuelle Veranstaltungen im Verein, ein Newsfeed unserer Blogs und sonstige Neuigkeiten aus der Werkstatt, wie neu hinzugekommenes Equipment oder der Stromverbrauch im Rückblick. Für diese Zwecke wurden mehrere Grafana Dashboards entwickelt und den Mitgliedern zur Verfügung gestellt. Die Raspberry Pi's sind so eingerichtet, dass sie beim Hochfahren automatisch einen Browser und die entsprechenden URLs öffnen. Auf diese Weise ist ein schnelles Zurechtfinden möglich und Mitglieder bzw. NutzerInnen können up to date bleiben.
Raspberry Pi 4 Model B als Werkstattmonitor-Leitsteuerung
Das zentrale Grafana Dashboard als Startseite
Inventar-Plattform als Schnellzugriff
Hardware-Konzept
Für die verwendeten Monitore wurden keine fertigen Wandhalterungen gekauft. Diese wurden stattdessen selbst als integrale Komplettgehäuse aus Sperrholzplatten und 3D-gedruckten Winkeln konzipziert. Dieses Konzept wird nachfolgend vorgestellt und dokumentiert.
Ein Werkstattmonitor in der Holzwerkstatt
Gedanken
- Solide Kapselung aller Komponenten (Monitor, Raspberry Pi mit PoE Hat und Gehäuse, HDMI-Kabel (Audio + Video), USB-Kabel vom Touch Device Input)
- Gehäuseinneres selbst ist nicht 100%ig staubgeschützt, jedoch die wichtigsten Komponenten selbst schon
- Kabelage (Ständiges An- und Abklemmen der KAbel an Raspberry Pi und Monitor soll nach Möglichkeit vermieden werden)
- Das Monitor-Netzteil befindet sich außerhalb vom selbst hergestellten Gehäuse. Das Netzteil bleibt dauerhaft am Display angeschlossen
- Ein Ethernet-Kabel bleibt dauerhaft mit dem Werkstattmonitor verbunden. Die Monitore werden in die Nähe der PoE Ethernet-Dosen installiert.
- Es gibt Aussparung zum Bedienen des An-/Aus-Knopfes und Hell/Dunkel, nicht jedoch der oberen beiden Buttons (Quellenauswahl / Scan), da diese die Grundkonfiguration des Displays unnötig verstellbar machen.
- Die Halterung ist so aufgebaut, dass sie einfach an der Wand festgeschraubt werden kann (3D-gedruckte Scharniere mit definierten Abmessungen). Das Gehäuse erlaubt zusammen mit den Wandwinkeln und dem Monitorhebel mehrere angenehme Positionen, wobei der geringste Winkel ca. -5° beträgt, der maximale ca. 55°
- Das Display ist rückseitig verschraubt und ebenbündig mit der vordersten Platte
- das Display wird so an die Wand befestigt, dass die hintere Verstellung zur Anpassung des Winkels genutzt werden kann.
- Die Wandhalterung besteht aus mehreren Sperrholzplatten (10 Stück) die nicht verleimt, sondern verschraubt wurden. Dadurch ist ein nachträgliches Anpassen der einzelnen Bauteilschichten einfacher. Insbesondere wenn eine der unten genannten Modifikationen eingebracht werden soll (z.B. externe USB-Zugang, extra Sensoren, etc.)
- Anschlüsse extern
- Stromversorgung Raspberry Pi via USB-C Netzteil oder PoE → die Raspis sollten permanent an bleiben
- Monitor separat mit Strom versorgt via Kaltgerätestecker → Monitor sollte ggf. manuell via Rückseite ausgeschalten werden und/oder per Schaltsteckdose ggf. zu bestimmten Uhrzeiten automatisch an-/abgeschalten werden
- Wartung des Monitorsystems: Falls man an die Hardware gelangen möchte, so muss die Rückseite abgeschraubt werden. Dazu müssen alle Schrauben gelockert werden (auch die von den 3D-gedruckten Halterungen)
Unsere Werkstattmonitorgehäuse wurden mit Inkscape angefertigt. Das 3D-Modell der Monitore findet sich in der vom Hersteller bereitgestellten 3D PDF Datei.
Source Files
Siehe https://gitea.fablabchemnitz.de/vmario/flc-werkstattmonitore/src/branch/master/README.md
Benötigtes Werkzeug
- Bandschleifer (zum Schleifen der zusammengeschraubten Platten, die das Gehäuse ergeben)
- Senker mit Begrenzung (zum individuellen Senken der Scharnierteile, falls Senkschrauben genutzt werden)
- Torx Bit (Größe T10 für 3 mm Holzschrauben)
- Akkuschrauber oder Schraubendreher mit Bit-Halterung
- Cuttermesser
- Lasercutter (ca. 33 Minuten reine Laserzeit)
- Sechskantschüssel SW 2,5 mm (zur Befestigung des Monitors an der Halteplatte (Platte 3)
- Farbroller (zum gleichmäßigen Auftragen des Klarlacks)
- Etikettiergerät (zum Beschriften von An/Laut/Leise Knöpfen)
Stückliste
| Nr | Teil | Menge | Bild | Hinweise |
| 1 | Sperrholz Platte #1 (Deckplatte mit Logo) | 1 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm |
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| 2 | Sperrholz Platte #2 (Rahmen) | 1 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm |
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| 3 | Sperrholz Platte #3 (Aufnahme für Monitor / Halteplatte) | 1 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm Die Platte liegt dauerhaft auf den Buttons Quellenauswahl und Scan des Monitors auf. Falls dies stört kann eine ca. 1 mm hohe Aussparung auf der Rückseite ausgekratzt werden |
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| 4 | Sperrholz Platte #4 (Zwischenplatte) | 4 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm |
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| 5 | Sperrholz Platte #5 (Zwischenplatte mit Haltenasen) | 1 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm |
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| 6 | Sperrholz Platte #6 (Versteifungsplatte) | 1 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm Die Löcher in dieser Platte sind enger als die aller anderen Platten. Sowohl die Schrauben aus Platte 10, als auch die der Platten 1 bis 8 werden in dieser "zentral" verankert. |
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| 7 | Sperrholz Platte #7 (Bodenplatte) | 1 Stück |
Sperrholzplatte Meranti - minimale Abmessungen: 295 x 435 x 5,6 mm |
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| 8 | Raspberry Pi 4 Model B | 1 Stück | ||
| 9 | Raspberry Pi 4 PoE Hat | 1 Stück | ||
| 10 | Raspberry Pi 4 Gehäuse "Argon Neo" | 1 Stück | ||
| 11 | Faytech Werkstattmonitor FT156TMBCAPOB | 1 Stück | ||
| 12 | SD-Karte 32 GB SDHC | 1 Stück | ||
| 13 | Faytech Werkstattmonitor Netzteil | 1 Stück | ||
| 14 | Faytech USB-Kabel für Touch Input | 1 Stück | wird zum Monitor mitgeliefert | |
| 15 | Faytech Monitor Tischhalterung | 1 Stück | wird zum Monitor mitgeliefert | |
| 16 | Faytech Monitor Tischhalterung Befestigungsschrauben | 4 Stück | wird zum Monitor mitgeliefert | |
| 17 | HDMI Kabel | 1 Stück | ||
| 18 | Ethernet Kabel RJ45 | 1 Stück | ||
| 19 | Zylinderkopfschraube ISO 4762 A2 - M3 x 10 mm | 8 Stück |
Fixieren das Display im Gehäuse
Warnung: keine längeren Schrauben verwenden! Dies kann das Display beschädigen |
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| 20 | Unterlegscheibe DIN 125 A - 3mm | 16 Stück | Für die Zylinderkopfschrauben (2 Stück je Schraube) - verhindern Durchrutschen der Schraubköpfe | |
| 21 | Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 16 mm | 19 Stück | zur Befestigung der Rückplatte (Platte 10) an Platte 9 - bei Bedarf können u.U. auch längere Schrauben verwendet werden (z.b. 3 x 20 mm) | |
| 22 | Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 20 mm | 8 Stück | zur Befestigung der Scharnierteile an der Rückseite des zusammengeschraubten Gehäuses | |
| 23 | Spanplattenschraube Senkkopf Torx T10 A2 3 x 50 mm | 13 Stück | für Verschraubung der Sperrholzplatten miteinander (Platten 1 bis 9) | |
| 24 | Scharnier (3D-Druck) | 2 Stück | ||
| 25 | Zylinderschraube ISO 4762 - A2 M5 x 70 mm | 1 Stück | Bolzen für 3D-gedruckte Wandhalterung (u.U. reichen Zylinderschrauben der Länge M5 x 65 mm) | |
| 26 | Sicherungsmutter ISO 10511 - A2 M5 | 1 Stück | Mutter für Bolzen Zylinderschraube M5 x 70 | |
| 27 | Unterlegscheibe DIN 125 A - 5mm | 2 Stück | Zwischenscheibe für M5 x 75 mm Bolzen | |
| 28 | Hornbach Wohnraumlasur, farblos 750 ml | 1 Dose | verhindert Schmutz und Eindringen von Feuchtigkeit; macht das Gehäuse abwaschbar. Lasur zum Pinseln / Auftragen mit Farbroller | |
| 29 | Bohrschablone | 1 Stück | Für die Befestigung an der Wand (DIN A3 Format) |
Mögliche Probleme und Nachbetrachtungen
Thermisches
Die Faytech Monitore sind für Betriebstemperaturen zwischen 10 °C und 60 °C laut Datenblatt ausgelegt. Die Kapselung in ein Holzgehäuse ist damit mit höchster Wahrscheinlichkeit völlig unproblematisch. Im Gegensatz kann es u.U. Kühlungsprobleme mit der Kombination aus Raspberry Pi 4 Model B, dem PoE Hat und den verwendeten Raspi-Gehäusen geben. Der PoE Hat hat einen 25mm Axiallüfter verbaut. Da der Lüfter nach oben zum Display zeigt erfüllt eine Ausparung im magnetischen Deckel keinen Zweck. Kleine seitliche Bohrungen (Ø5 - 8 mm) im Deckel können die Zuluft-Abluft-Thematik eventuell entschärfen.
Mechanisches
Die verwendeten Sperrholzplatten sind relativ weich und bieten keinen Schutz gegen starke mechanische Einwirkungen. Wahrscheinlich bekommen sie mit den Jahren ihren eigenen Chabby Chic Style.
Weitere Ideen zur langfristigen Ergänzung
Die Werkstattmonitore könnten noch um verschiedene Gadgets und Sensoren erweitert werden, um noch mehr nutzvolle Dinge zu verrichten.
Barcode Scanner
Durch eine USB Webcam oder eine RPi Cam und einem Python Script, welches aus permanenter Hintergrunddienst läuft, können Objekte mit Barcode aus der Werkstatt gescannt werden und analog zum 5. Scanner-Konzept zum entsprechenden Objekt in der Inventar-Instanz weiterleiten. Ein gutes Tutorial findet sich unter https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-barcode-scanner-qr-mit-kamera-selber-bauen. Ein passendes Python Codeschnipsel findet sich dort.
Medien darstellen
Eine USB-Verlängerung nach außen zu legen, um damit Geräte wie USB Sticks anzuschließen, kann bei der Werkstattnutzung praktisch sein. Nutzer könnten z.B. mitgebrachte technische Zeichnungen aufrufen und darstellen. So könnte der Monitor auch als temporäre Projekthilfe genutzt werden. Der Raspberry Pi 4 Model B ist leistungsfähig genug, um flüssig Videos von YouTube und Co. wiederzugeben. Eine weitere praktische Ergänzung könnte eine Maus-Tastatur-Kombination mit Funk-Empfänger/-Sender sein.
Durchpausen von Grafiken
Rollenhalter mit Pauspapier und Klemmleiste oben/unten anbringen könnte eine weitere Hilfe sein. Damit kann das Display als Durchpaus-Tool verwendet werden. An der Unterseite könnte ein Papierschneider angebracht werden, um das Pauspapier abzuschneiden. Da das Touch-Display auch reagiert, wenn ein Blatt Papier darauf liegt, muss die USB-Verbindung zwischenzeitlich manuell getrennt werden. Das kann mit einem Schalter passieren. Es gibt USB-Kabel mit an/aus Schalter zu kaufen. Ein kleiner Köcher an der Seite ergänzt das Display mit geeigneten Stiften.
Werkstattdaten per Sensoren / Monitoring
Ergänzen der Werkstattmonitore um Sensoren für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Helligkeit kann beim Monitoring helfen. Durch die gesammelten Daten ließe sich unter anderem ablesen bzw. deuten, ob Heizungen vergessen wurden auszuschalten, ob evtl. das Licht noch brennt oder ob gelüftet werden sollte. Für die Ressourcennutzung und den sparsamen Einsatz wäre dies ein u.U. sinnvoller Versuch. Die installierten PoE Hats der neu angeschafften Raspberry's verwenden bereits I2C Header, weshalb Sensoren mit 1-Wire (Digital Pin) Anschluss besser geeignet sind. Außerdem benötigen wir Passthrough Stecker (https://www.raspberrypi.org/blog/introducing-power-over-ethernet-poe-hat)und es müsste ein Loch in die Außenhülle des Gehäuses für die Kabel der Sensoren eingefeilt werden. Mögliche Sensoren zum Nachrüsten sind:
- https://eckstein-shop.de/DHT22-AM2302-Digital-Temperatur-Feuchtigkeit-Sensor-mit-Kabel-und-47-kOhm-Widerstand (1-Wire)
- http://www.uugear.com/portfolio/using-light-sensor-module-with-raspberry-pi (1-Wire mit 1x analog und/oder digital)
Software-Konzept
Die Software-Konfiguration der Raspberry Pi's findet sich im Admin-Bereich unter Werkstattmonitore mit Raspberry OS (überholt).
Förderungen
Die Anschaffung der Werkstattmonitore und Raspberry Pi's inklusive Netzwerksystem wurden gefördert von der Beauftragen der Bundesregierung für Kultur und Medien und dem Bundesverband Soziokultur im Rahmen der Initiative NEUSTART KULTUR im Jahr 2020
Die Erarbeitung der Werkstattmonitor-Befestigung (Lasercut Gehäuse und 3D-Druck Winkel) als technologisches Schaubeispiel und deren Dokumentation über Entwicklung, Bau und Installation wird mitfinanziert mit Steuermitteln auf Grundlage des vom Sächsischen Landtag beschlossenen Haushalts im Rahmen der Initiative Fachkräfteallianz.
