Wie Node-RED die Temperaturregelung auf Raspberry-Pi-Systemen vereinfacht
Ein Low-Code-Raspberry-Pi-Projekt zeigt, wie Node-RED und der DS18B20-Sensor einen kompakten Temperaturregler erstellen können. Das Design hebt die schnelle Implementierung, die GPIO-Integration un...
Low-Code-Steuerung rückt näher an die industrielle Automatisierung heran
Low-Code-Engineering-Plattformen verändern weiterhin, wie Techniker und Automatisierungsingenieure kleine Steuerungsprojekte angehen. Was früher umfangreiches Skripting erforderte, kann jetzt über grafische Programmierumgebungen wie Node-RED bereitgestellt werden.
In diesem Projekt bilden ein Raspberry Pi und ein DS18B20 Temperatursensor die Grundlage eines kompakten Temperaturreglers. Die Einrichtung zeigt, wie moderne Low-Code-Tools die DIY-Entwicklung und praktische industrielle Automatisierungskonzepte verbinden können.
Abbildung 1. Raspberry Pi Hardwareplattformen unterstützen zunehmend leichte Automatisierungs- und Überwachungsaufgaben.
Warum Temperaturregelung eine grundlegende ingenieurtechnische Übung bleibt
Temperaturregelung führt Ingenieure an Kernkonzepte der Automatisierung heran, einschließlich Sensorerfassung, digitale Ausgänge und Steuerungslogik. Selbst einfache Projekte zeigen, wie Rückkopplungsbedingungen das Verhalten von Geräten in Echtzeit beeinflussen.
Das Projekt verwendet einen Raspberry Pi Controller, einen digitalen DS18B20 Sensor und die Programmierumgebung Node-RED. Diese Kombination reduziert die Entwicklungskomplexität und erhält gleichzeitig die Transparenz des zugrundeliegenden Steuerungsprozesses.
Abbildung 2. Kompakte Sensorverdrahtungs-Layouts ermöglichen schnelles Prototyping für Umweltüberwachungssysteme.
Digitale Sensoren reduzieren die Integrationskomplexität
Der Vorteil des DS18B20
Traditionelle Temperaturgeräte wie RTDs und Thermoelemente erfordern oft zusätzliche Signalaufbereitungs-Hardware. Der DS18B20 vereinfacht die Integration, da er digital über das 1-Wire-Protokoll kommuniziert.
Eine einzelne Signalleitung unterstützt mehrere Sensoren auf derselben Kommunikationsleitung. Diese Architektur reduziert die Verdrahtungsdichte und macht das Design für verteilte Sensoranwendungen attraktiv.
Für Ingenieure, die mit verteilten Steuerungsplattformen arbeiten, bleibt die skalierbare Sensorintegration ein zentrales Thema in modernen DCS-Steuerungssysteme und Edge-Automatisierungsumgebungen.
Sensorverdrahtung und GPIO-Verbindungen
Der Sensor benötigt eine einfache Verdrahtung mit einem 4,7 kΩ Pull-up-Widerstand. Stromversorgung und Masse sind direkt mit dem Raspberry Pi verbunden, während die Signalleitung zu einem GPIO-Eingangspin führt.
Mehrere Sensoren können dieselbe Eingangsleitung teilen, was die Konfiguration für kompakte Systeme mit begrenzten I/O-Ressourcen effizient macht.
Abbildung 3. Richtige Platzierung des Pull-up-Widerstands gewährleistet stabile 1-Wire-Kommunikationsleistung.
Node-RED verwandelt Steuerlogik in einen visuellen Workflow
Aufbau der Laufzeitumgebung
Node-RED beseitigt viele der Programmierbarrieren, die mit Linux-basierten Embedded-Systemen verbunden sind. Die browserbasierte Oberfläche erlaubt es Nutzern, Logikflüsse mit Drag-and-Drop-Funktionsblöcken zu erstellen.
Nach der Installation ermöglichen zusätzliche Pakete die Kommunikation mit dem DS18B20-Sensor und der Raspberry Pi GPIO-Hardware. Die Schnittstelle wird lokal über die Standard-Node-RED-Laufzeitadresse verfügbar.
Abbildung 4. Node-RED ersetzt traditionelle Skripte durch visuelle Programmierblöcke und Live-Diagnosen.
Live-Temperaturdaten auslesen
Der erste Programmierschritt besteht darin, den DS18B20-Knoten in den Flow einzufügen und den Ziel-Sensor zuzuweisen. Ein Debug-Knoten zeigt dann Live-Temperaturwerte zur Verifikation und Fehlersuche an.
Die periodische Scanzeit muss ebenfalls sorgfältig konfiguriert werden. Zu hohe Abfrageraten können die Prozessorbelastung auf eingebetteter Hardware unnötig erhöhen.
Abbildung 5. Debug-Knoten bieten sofortige Sichtbarkeit der Sensordaten während der Inbetriebnahme.
Erstellung der Temperaturlogik
Verwendung von Schaltbedingungen zur Ausgangssteuerung
Der Switch-Knoten fungiert als Entscheidungsinstanz für die Anwendung. Wenn die gemessene Temperatur den konfigurierten Schwellenwert überschreitet, leitet die Logik die Nutzlast zum Ausgangspfad.
Eine zweite Bedingung behandelt Temperaturen unter dem Sollwert und stellt sicher, dass die Ausgabe beim Abkühlen korrekt zurückgesetzt wird.
Abbildung 6. Schwellenwertlogik erzeugt eine einfache, aber effektive Regelkreisreaktion.
Ansteuerung von GPIO-Ausgängen
GPIO-Ausgabeknoten benötigen binäre Werte, daher wandeln Change-Knoten das Logikergebnis in entweder 1 oder 0 um. Diese Werte steuern dann den ausgewählten Raspberry Pi Ausgangspin.
Dieser Ansatz spiegelt die Logikstruktur wider, die in größeren SPS-Umgebungen verwendet wird, einschließlich modularer SPS- und PAC-Systeme, die in Fertigungsanlagen eingesetzt werden.
Abbildung 7. Die Payload-Konvertierung gewährleistet die Kompatibilität zwischen Logikfunktionen und physischen Ausgängen.
Sobald verbunden, aktiviert der Ausgangsknoten den GPIO-Pin, wann immer die gemessene Temperatur den konfigurierten Schwellenwert überschreitet. Das System schaltet den Ausgang dann auf einen niedrigen Zustand, nachdem die Temperatur unter den Grenzwert gefallen ist.
Abbildung 8. Der vollständige Workflow kombiniert Sensorik, Entscheidungslogik und physische Ausgangssteuerung.
Vom DIY-Prototyp zum industriellen Edge-Control
Das Projekt bleibt bewusst einfach, spiegelt jedoch eine breitere Bewegung in der industriellen Automatisierung wider. Low-Code-Umgebungen erscheinen zunehmend in Edge-Gateways, IIoT-Systemen und verteilten Überwachungsanwendungen.
Ingenieure können die Plattform mit Dashboards, Cloud-Datenbanken, Alarmmanagement oder Historian-Anbindung erweitern. Zusätzliche Filterlogik kann auch Kurzzyklen reduzieren und die Betriebssicherheit verbessern.
Abbildung 9. Dashboard-Visualisierung erhöht die Sichtbarkeit für Bediener und ermöglicht Fernüberwachung.
Die wahre Bedeutung von Node-RED in der Automatisierung
Die Bedeutung von Node-RED geht über Hobbyprojekte hinaus. Seine visuelle Architektur senkt die Barriere zwischen Betriebstechnologie und softwaregesteuerter Automatisierung.
Da Hersteller weiterhin Edge-Computing und IIoT-Infrastrukturen übernehmen, werden Low-Code-Entwicklungstools wahrscheinlich zu Standardbegleitern traditioneller SPS- und DCS-Umgebungen. Für Ingenieure, die heute in die Automatisierung einsteigen, wird das Verständnis dieser hybriden Plattformen zunehmend wertvoll.
In der Praxis zeigt dieser Temperaturregler, wie schnell funktionale Automatisierung heute bereitgestellt werden kann. Was früher benutzerdefinierte Firmware und lange Entwicklungszyklen erforderte, kann jetzt visuell innerhalb von Minuten zusammengestellt werden.
Autor: Daniel Mercer | Senior Industrial Systems Reporter | Daniel verfügt über 14 Jahre Erfahrung in der Berichterstattung über industrielle Steuerungsplattformen, eingebettete Automatisierung und Edge-Computing-Systeme. Sein Hintergrund umfasst Feldintegrationsprojekte mit Siemens, Emerson DeltaV, Honeywell-Prozesssystemen und Beckhoff Automation-Architekturen.