Multichannel-Datenlogger mit Raspberry Pi bauen – Teil 1: Anforderungen & Architektur

Für den vollständigen Bau siehe Teil 2 (Hardware) und Teil 3 (Software). In diesem Artikel skizzieren wir die Kernkonzepte hinter einem Multichannel-Datenlogger, der Spannung, Strom und Temperatur in konfigurierbaren Intervallen aufzeichnet.

Ziel ist zu demonstrieren, dass ein Raspberry Pi vom Bildungsspielzeug zu einem robusten, feldtauglichen Instrument übergehen kann, das professionelle Messaufgaben bewältigt. Laut Wikipedia ist ein Datenlogger „ein elektronisches Gerät, das Daten über Zeit oder in Bezug auf Ort aufzeichnet, entweder mit eingebautem Instrument oder Sensor oder über externe Instrumente und Sensoren.“

Systemanforderungen

Als Feld- oder Serviceingenieur benötigen Sie ein Gerät mit folgenden Fähigkeiten:

• Acht Temperatur-Eingänge abdeckend 0–260 °C (32–500 °F)
• Acht vielseitige Eingänge für entweder Spannung (30 mV – 30 V, ±2 mV Genauigkeit) oder Strom (10 mA – 500 A)
• Konfigurierbares Sampling-Intervall von 1 s bis 60 s
• Persistente Konfigurationsspeicherung über Neustarts hinweg
• Intuitive Datenabfrage und grafische Darstellung

Gewünschte Features:

• Batteriebetrieben, leicht und portabel
• Einsatzfähig in Feld- und Laborumgebungen
• Keine Abhängigkeit von externem Desktop oder Laptop für Datenerfassung

Diese Spezifikationen ermöglichen vielfältige Anwendungen – vom Abstimmen von E-Fahrzeug-Schaltungen und Überwachen von Brutkästen bis zur Bewertung von Solarbatterien und Gewächshausbedingungen.

Architektur & Design-Überblick

Kernplattform ist ein Raspberry Pi unter Raspbian Linux. Wir erweitern es mit einem kundenspezifischen Carrier-Board, das ADC, Shunt-Anschlüsse, Temperatursensoren, Stromstabilisator und Stromausfall-Melder für Batteriebetrieb hostet.

Konnektivität ist Wi-Fi-basiert. Ein USB-Wi-Fi-Dongle wird im AP (Host) Modus konfiguriert, sodass der Logger als Netzwerk-Access-Point auf jedem Handy oder Tablet erscheint. Im Labor kann ein Ethernet-Kabel den Pi in einen kostenlosen Wi-Fi-Router oder Extender verwandeln.

Software-Architektur zentriert auf Web-basierter UI. Nutzer können Logging-Intervalle, Kanäle und Triggerbedingungen im Browser konfigurieren. Echtzeitdaten erscheinen als dynamische Graphen, komplette Datensätze als CSV exportierbar für externe Analyse (z. B. Excel).

Kernkomponenten umfassen:

• ADC via GPIO für hochpräzise Messungen
• Hintergrunddienst, der ADC bei benutzerdefinierten Intervallen abfragt, Rohdaten speichert und Konfigurationspersistenz managt
• RESTful API, die Konfigurations- und Datenendpunkte für Web-UI exponiert
• Zwei primäre UI-Screens: Konfiguration (Parameter setzen) und Status (Daten, Graphen, Exportoptionen ansehen)

Für tiefere Einblicke siehe Teil 1 der Serie „Multichannel Professional Data Logger on Raspberry Pi“.