MaPaLo76 d84dfd2119 1. Vorschlag Implementierung

2026-02-22 11:13:16 +01:00

9.3 KiB

Raw Blame History

Laser Cutter Dot Matrix Display und MQTT Client

Dieses Projekt implementiert einen ESP32-basierten MQTT-Client mit Dot-Matrix-Display für einen Laser Cutter. Es misst und visualisiert die aktive Laserzeit, sendet Session-Daten an einen MQTT-Broker und bietet ein Browser-Webinterface zur Konfiguration und Steuerung.

Hardware

Komponente	Modell / Beschreibung
Mikrocontroller	AZ-Delivery ESP32 DevKit V4
Dot-Matrix-Display	8× GYMAX7219 Module (kompatibel zu MAX7219), 8×8 LEDs je Modul
Display-Anordnung	4 Module nebeneinander × 2 Reihen = 32×16 LEDs
Display-Kaskadierung	Alle 8 Module in einer einzigen SPI-Kette
Laser-Aktivsignal	Potentialfreier Ausgang des Laser Cutters (Optokoppler empfohlen)
Optional	Shelly PM Mini G3 als externer Leistungsmesser (separater MQTT-Service)

Pinbelegung

Signal	ESP32 GPIO	Beschreibung
MAX7219 MOSI	GPIO 23	SPI Data (VSPI)
MAX7219 CLK	GPIO 18	SPI Clock (VSPI)
MAX7219 CS	GPIO 5	SPI Chip Select
Laser-Signal	GPIO 4	Potentialfreier Eingang (INPUT_PULLUP, konfigurierbar invertierbar)

Die Polarität des Laser-Signals (HIGH = aktiv oder LOW = aktiv) ist über das Webinterface konfigurierbar.

Display

Das Display besteht aus 8 GYMAX7219-Modulen in einer 4×2-Anordnung (32×16 LEDs gesamt).
Es ist in zwei Zonen aufgeteilt, die unabhängig voneinander beschrieben werden:

Zone	Module (Kette)	Anzeige-Inhalt
Oben	Module 0–3	Akkumulierte aktive Laserzeit in Minuten (z.B. `42.5 min`)
Unten	Module 4–7	Laufender Countdown in Sekunden der Gratiszeit, danach `---`

Die Anzeige aktualisiert sich sekündlich, solange der Laser aktiv ist.
Bei inaktivem Laser bleibt die letzte gemessene Zeit dauerhaft sichtbar.
Fehlerzustände (WLAN, MQTT) werden in der unteren Zeile, erstes Modul angezeigt.
Die Bibliotheken MD_Parola + MD_MAX72XX werden für die Ansteuerung verwendet.

Laser-Signaldetektion

Der ESP32 überwacht einen digitalen GPIO-Eingang mit internem Pull-Up-Widerstand (INPUT_PULLUP).
Der potentialfreie Ausgang des Laser Cutters (z.B. Schließer-Kontakt über Optokoppler) wird an diesen Pin angeschlossen.

Polarität konfigurierbar: Im Webinterface einstellbar, ob LOW oder HIGH den aktiven Zustand bedeutet.
Debounce: Software-Entprellung, um Fehlmessungen bei Schaltflanken zu vermeiden.
Eine Session beginnt, wenn der Laser aktiv wird, und endet, wenn er inaktiv wird.

Zeit-Tracking & Gratiszeit

Die Laserzeit wird akkumulativ in Minuten gezählt und über Neustarts hinaus im NVS (Non-Volatile Storage) des ESP32 gespeichert.
Gratiszeit: Eine konfigurierbare Zeitspanne (0–120 Sekunden) am Anfang jeder Session wird nicht zur akkumulierten Zeit gezählt. Dies erlaubt kurze Testläufe zum Einstellen des Laser Cutters ohne Kosten.
- Standard: 20 Sekunden
- Einstellbar über das Webinterface
Die untere Display-Zeile zeigt während der Gratiszeit einen Countdown an.

MQTT Client

Der ESP32 verbindet sich mit einem MQTT-Broker (konfigurierbar über Webinterface).

Topics

Richtung	Topic	Format	Beschreibung
Publish	`lasercutter/session`	JSON	Wird beim Ende einer Session gesendet
Subscribe	`lasercutter/reset`	`"1"`	Setzt die akkumulierte Laserzeit auf 0
Publish	`lasercutter/status`	JSON	Heartbeat alle 60 Sekunden (online/offline)

JSON-Format `lasercutter/session`

{
  "session_s": 125,
  "total_min": 42.5,
  "gratiszeit_s": 20,
  "ts": "2026-02-22T10:30:00Z"
}

JSON-Format `lasercutter/status`

{
  "online": true,
  "total_min": 42.5,
  "ip": "192.168.1.100",
  "uptime_s": 3600
}

Verhalten

Reconnect im Hintergrund, falls MQTT-Broker nicht erreichbar.
Bei aktivem Laser läuft die Zeitmessung unabhängig vom MQTT-Status weiter.
QoS 1 für Session- und Reset-Topics.

Webinterface

Das Webinterface ist über die IP-Adresse des ESP32 im Browser erreichbar.

Seite	URL	Funktion
Status	`/`	Aktuelle Laserzeit, letzter Session-Wert, Systemstatus
Konfiguration	`/config`	MQTT-Broker (IP, Port, User, Passwort), Gratiszeit, Polarität
Reset	`/reset`	Setzt akkumulierte Laserzeit zurück
OTA Update	`/update`	Firmware-Update über Browser

Konfiguration & Persistenz

Alle Einstellungen werden im NVS (Non-Volatile Storage) des ESP32 gespeichert und sind über das Webinterface änderbar:

Einstellung	Standard	Beschreibung
MQTT Broker IP	`192.168.1.1`	IP-Adresse des MQTT-Brokers
MQTT Port	`1883`	Port des MQTT-Brokers
MQTT User	(leer)	MQTT Benutzername (optional)
MQTT Passwort	(leer)	MQTT Passwort (optional)
Gratiszeit	`20`	Sekunden, 0–120
Signal-Polarität	`LOW_ACTIVE`	`LOW_ACTIVE` oder `HIGH_ACTIVE`
Akkumulierte Zeit	`0.0`	Gespeicherte Laserzeit in Minuten (NVS)

WiFi-Setup (WiFiManager)

Beim ersten Start (oder wenn keine gespeicherten WLAN-Daten vorhanden) öffnet das Gerät einen Access Point mit Captive Portal:

SSID: LaserCutter-Setup
Im Browser öffnet sich automatisch die Konfigurationsseite.
WLAN-Credentials werden nach erfolgreicher Verbindung im NVS gespeichert.

OTA Firmware-Update

Firmware-Updates können kabellos über die Weboberfläche unter /update eingespielt werden (ElegantOTA).

Fehlerverhalten

Zustand	Display-Anzeige (untere Zeile, Modul 1)	Verhalten
WLAN getrennt	`WiFi ERR`	Zeiterfassung läuft weiter, Reconnect
MQTT nicht erreichbar	`MQTT ERR`	Zeiterfassung läuft weiter, Reconnect
WLAN + MQTT OK	Normaler Betrieb (Countdown/`---`)	–

Bibliotheken

Bibliothek	Zweck
`MD_Parola`	Dot-Matrix-Display Textausgabe
`MD_MAX72XX`	Treiber für MAX7219/GYMAX7219
`PubSubClient`	MQTT Client
`WiFiManager`	WiFi Captive Portal
`ESPAsyncWebServer`	Asynchroner Webserver
`AsyncTCP`	TCP-Basis für ESPAsyncWebServer
`ArduinoJson`	JSON Serialisierung/Deserialisierung
`Preferences`	NVS-Zugriff (built-in ESP32 Arduino)
`ElegantOTA`	OTA-Update über Webinterface

Build & Flash

# PlatformIO CLI
pio run --target upload

# Serieller Monitor
pio device monitor

Ziel-Board: az-delivery-devkit-v4 (ESP32), Upload-Port: COM3

Projektstruktur

MQTT-Display-LaserCutter/
├── src/
│   └── main.cpp              # Hauptprogramm
├── include/
│   ├── config.h              # Pin-Definitionen, Konstanten
│   ├── display_manager.h     # Display-Logik (MD_Parola)
│   ├── laser_tracker.h       # Signal-Detektion & Zeiterfassung
│   ├── mqtt_client.h         # MQTT-Wrapper (PubSubClient)
│   ├── web_server.h          # Webinterface (ESPAsyncWebServer)
│   └── settings.h            # NVS-Persistenz (Preferences)
├── parser/
│   └── shelly_parser.py      # Separater Python-Parser für Shelly PM G3
├── platformio.ini
└── README.md

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