Bowlingbahn-System für 120.000 Dollar durch ESP32-Komponenten im Wert von 1.600 Dollar ersetzt

• Eine direkte Erneuerung des Scoring-Systems von 2008 hätte 80.000 bis 120.000 Dollar gekostet; deshalb wurde OpenLaneLink entwickelt, das mit ESP32 und Standardkomponenten ab etwa 200 Dollar pro Bahnpaar umgesetzt werden kann
• Sensorereignisse und Steuerbefehle werden über ein ESPNow-Star-Topology-Mesh ausgetauscht; in Umgebungen mit starken Funkstörungen dient eine kabelgebundene RS485-Verbindung als Fallback
• Der Raspberry-Pi-Lane-Computer wandelt Pakete des ESP32-Gateways in Redis-Events um und verbindet sie über eine State Machine sowie WebSocket- und Publish/Subscribe-Strukturen mit React-UI und Animationen
• Durch Standardkomponenten wie Relais, Optokoppler und IR-Lichtschrankensensoren lassen sich defekte Geräte in etwa 5 Minuten und die Ausrüstung eines Bahnpaars in unter 10 Minuten austauschen
• Hardware, Firmware und Software sollen vollständig als Open Source veröffentlicht werden, um Vendor Lock-in und Zusatzkosten pro Funktion zu reduzieren und den Betreibern direkte Kontrolle über UI und Daten zu geben

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Warum das teure bestehende System selbst ersetzt wurde

• Gemeinsam mit der Familie wurde eine verlassene Bowlinghalle mit 8 Bahnen im ländlichen Mittleren Westen der USA für 105.000 Dollar übernommen
  • Es gab undichte Stellen im Dach und wiederholte Stromspitzen; auch die 70 Jahre alte Bowlingtechnik funktionierte nicht einwandfrei
  • Das 2008 installierte Scoring-System hatte damals einen sechsstelligen Betrag gekostet
• Das bestehende System war für die Berechnung von Ballgeschwindigkeit und -bahn, kamerabasierte Pin-Erkennung, Foul-Erkennung, Animationen sowie die Steuerung von Pinsetter und Ballrücklauf zuständig
• Eine Komplettumstellung auf ein System auf vergleichbarem Niveau würde je nach Funktionen, Anbieter und Alter der Geräte 80.000 bis 120.000 Dollar kosten; Upgrades und Serviceverträge sind dabei nicht enthalten
  • Für jede Funktion und Anpassung fallen zusätzliche Kosten an
  • Allein Ersatzteile kosten 4.000 Dollar pro Bahnpaar
• Die zentrale Aufgabe, die das elektronische System an der 70 Jahre alten Mechanik übernimmt, ist das Auslösen eines einzelnen Relais; der Rest läuft mechanisch ab
• Man kam zu dem Schluss, dass sich die bestehenden Funktionen mit Open Hardware und Computer Vision, Echtzeit-Event-Streaming und Open Source selbst umsetzen lassen

Aufbau und Betrieb von OpenLaneLink

• Die Prototypkosten liegen bei etwa 200 Dollar pro Bahnpaar; selbst eine höherwertige Konfiguration kostet nur rund 400 Dollar

• ESP32-basierte Steuerungsebene

  • Jeder Node sendet Sensorereignisse und empfängt Steuerbefehle
  • Der Gateway-Node des ESPNow-Star-Topology-Mesh ist per UART mit einem Raspberry Pi verbunden
  • Empfangene Pakete werden an Redis weitergeleitet; erforderliche Befehle werden wieder ins Mesh-Netzwerk gesendet
  • In Umgebungen mit viel RF-Rauschen dient RS485 als kabelgebundener Fallback

• Standardkomponenten und Firmware

  • Die Hardware besteht aus universellen Mikrocontrollern, die mit Relais, Optokopplern und IR-Lichtschrankensensoren verbunden sind; jedes Gerät führt eine seiner Rolle entsprechende Firmware aus
  • Der schwierigste Teil der Umsetzung war das Schreiben der Firmware und des Protokolls
  • Ersatz-ESP32 können vorab geflasht oder bei Bedarf sofort vorbereitet werden, was Reparaturen vereinfacht

• Software auf Basis von Webtechnologien

  • Für die Schichten nach Redis werden gängige Webtechnologien wie State Machines, Middleware, React, WebSocket und Publish/Subscribe verwendet
  • React-Entwickler können eigene UIs und Bowling-Animationen erstellen
  • Betreiber besitzen alle Daten und können gewünschte Funktionen und Themes selbst anwenden
  • Reparaturen dauern etwa 5 Minuten; der Austausch der Ausrüstung eines Bahnpaars ist in unter 10 Minuten möglich
  • Bei ähnlichen Bowlinghallen dürfte das System voraussichtlich innerhalb von 1 bis 2 Stunden von Grund auf lauffähig sein
  • Sobald OpenLaneLink bereit ist, sollen Hardware, Firmware und Software vollständig als Open Source veröffentlicht werden
  • Ziel ist es, Vendor Lock-in durch geschlossene Systeme, bei Kleinigkeiten nötigen Kundensupport und White-Label-Kosten für eigene Geräte zu vermeiden
  • Das System soll kleinen Bowlinghallen mit einer günstigen und frei anpassbaren Lösung beim Betrieb helfen

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Meinungen auf Hacker News

• Ich habe eine vollmechanische automatische Mini-Bowlingbahn gekauft, die – abgesehen von einem Intel D8749H (MCS-48) aus den 1970ern für die Punkteanzeige – ohne CPU funktioniert.
  Die Stromversorgung wird über ein einziges Relais eingeschaltet; das System kann anhand des Pin-Zustands und des Signals zur Ballerkennung mit der Punkteberechnung beginnen. Nachdem ich die Firmware extrahiert hatte, ersetzte ich die Anzeige-PCB durch eine selbst gebaute Arduino-basierte PCB, sodass sie ein modernes offenes Protokoll und ScoreMore unterstützt. Fotos und weitere Details gibt es unter https://www.bowltech.com/forum/small-scale-bowling/small-sca...; auf Discord bin ich als @vik8 erreichbar.

  • Ich habe mir auch die Integration mit ScoreMore angesehen, aber sobald es in den Hardware-Bereich ging, fiel es mir schwer zu akzeptieren, dass ein Foulerkennungsgerät 750 Dollar pro Stück kostet – und dann auch noch ein uraltes Produkt ist.
    Ich werde es auch auf Bowltech posten, aber OpenLaneLink zu veröffentlichen fühlt sich für mich als Anfänger noch ziemlich einschüchternd an. Die Leute dort kennen sich in diesem Bereich wirklich in- und auswendig aus.
  • So cool, dass ich irgendwie die dritte Person in dieser Gruppe werden möchte.
  • Ich frage mich, was an einem einzigen Relais so besonders ist. Auch ein Auto startet mit einem einzigen Solenoid.

• Mein Vater reparierte Bowlingmaschinen in verschiedenen Gegenden des Mittleren Westens, daher verbrachte ich meine Kindheit hinter den Maschinen. Wenn er bei Ligaspielen Bereitschaftsdienst als Mechaniker hatte, ging ich oft mit.
  Die lokale Bowlingbahn mit 16 Lanes verwendete alte AMF-Maschinen, und das Chassis jeder Maschine bestand vollständig aus Relaislogik. Wenn ein Relais ausfiel, passierte alles Mögliche: Pins und Bälle landeten an den falschen Stellen, oder Nutzer rollten den Ball in den Sweep. Pinsetter waren echte Rube-Goldberg-Maschinen und haben vermutlich auch dazu beigetragen, dass ich Ingenieur wurde.
  Auch in den 1980ern gab es mehrfach die Gelegenheit, eine Bowlingbahn in einer Kleinstadt zu kaufen, aber die Wirtschaftlichkeit war schlecht. Der Großteil des operativen Gewinns kam aus dem Alkoholverkauf, und das ist ein völlig anderes Geschäft. In letzter Zeit sehe ich häufiger Bowling-Inhalte; schön wäre, wenn daraus tatsächlich ein Comeback entsteht.

  • Ob es ein Comeback wird, weiß ich noch nicht, aber das Interesse wächst. Die von Ben Stiller produzierte HBO-Dokumentation Born to Bowl war ebenfalls sehr interessant: https://en.wikipedia.org/wiki/Born_to_Bowl

• Das bestätigt erneut, dass es viele Gelegenheiten gibt, alte Systeme mit kostengünstiger Embedded-Technik nachzurüsten.
  Um 2019 traf ich einen Ingenieur, der alte Werkzeugmaschinen wie große Drehbänke und Hobelmaschinen mit moderner Bewegungssteuerung nachrüstete. Um sie an neue Steuerungen anzupassen, wären teure Arbeiten bis hin zu den Achsmotoren nötig gewesen; wenn man aber die vorhandenen analogen Positionssignale so umwandelte, dass moderne Controller sie lesen konnten, wurde es fast Plug-and-play.
  Den ersten Wandler baute ich mit weniger als 50 Dollar Teilekosten und unter 50 Stunden Entwicklungszeit. Ich suchte nach weiteren ähnlichen Gelegenheiten, aber die meisten waren Einzelprojekte, sodass sich der Aufwand nur lohnte, wenn man ohnehin bereits ähnliche Produkte herstellte.

  • Ein Freund ohne Programmiererfahrung hat eine alte Produktionsanlage für Erdnussbutter und Müsli automatisiert. Er maß den Füllstand der Erdnussbutter per Ultraschall und verband die Maschinen so, dass Rösttemperatur, Drehzahl und anderes erfasst wurden.
    Es gab überhaupt keine Versionskontrolle, und die Umsetzung war erstaunlich, aber Sicherheit und Durchsatz verbesserten sich deutlich – sehr beeindruckend.

• Ich möchte LEDs und DMX-Lichtsteuerung hinzufügen, sodass LED-Streifen dem Ball folgen, wenn er die Lane hinunterrollt oder über den Rücklauf zurückkommt. Außerdem plane ich, mit einem DMX-Controller Lasershows zu steuern.
  Langfristig möchte ich eine unbemannte Bowlingbahn bauen, bei der Kunden vor der Lane kontaktlos bezahlen und sofort ein Spiel starten. Es gibt unglaublich viel auszuprobieren, das ist aufregend.

  • Man sollte die Lanes übereinander stapeln und handgemachte zweistöckige Lanes bauen – und verhindern, dass Leute ihre Bälle auf den kostbaren Lanes reiben. Mit Lasershow und Alkohollizenz ist der Bowling Alley Wine Mixer komplett.
  • Wenn man die Lichtblitze mit der Rotation des Balls synchronisiert, kann man ihn so aussehen lassen, als stünde er still oder drehe rückwärts. Auch Seitenrotation und Ähnliches ließen sich visualisieren und fürs Training nutzen; Punkte oder Streifen auf dem Ball könnten das Ablesen der Rotation erleichtern.
  • Kontaktloses Bezahlen dürfte weniger neue Besucher bringen, sondern eher dabei helfen, noch ein weiteres Spiel zu bezahlen. Anfänger müssen sowieso kommen, um Schuhe zu holen, und es braucht Hinweise, damit eine für 19 Uhr reservierte Lane nicht schon um 18:30 Uhr vergeben wird.
  • Ein großartiges Projekt, bei dem man sich tief in spannende Technik vergräbt und andere das Ergebnis mitgenießen können. Dadurch habe ich angefangen, nach Bowlingbahnen zum Verkauf zu suchen.
  • Mit meiner DMX- und DJ-Erfahrung aus der Digital-Signage-Zeit kann ich helfen.

• Jetzt bleibt nur noch, eine 1990er-Version von LightWave aufzutreiben und weitere bizarre Strike-Animationen zu erstellen.

• Ich bowle auf alten Lanes, und abgesehen vom Score ist die einzige Statistik die Ballgeschwindigkeit – und selbst die funktioniert nur auf etwa der Hälfte der Lanes richtig. Ich glaube nicht, dass die Bowlingbahn ein selbst gebautes Gerät installieren würde, aber der Bauprozess interessiert mich sehr.
  Wenn du Blogposts, Fotos oder Implementierungsdetails veröffentlichst, würde ich gern mehr lesen. Viel Erfolg mit dem neuen Geschäft, vom Dachreparieren bis zur Kundengewinnung.

  • Wenn man strategisch Streifen auf den Ball bringt, könnte man auch coole Statistiken wie die Winkelgeschwindigkeit bekommen. Noch weiter gedacht könnte man in jeden Ball einen Mikrochip mit Beschleunigungssensor und Gyroskop einbauen.

• Ich brauche eine URL, die ich anderen schicken kann. Ich möchte sie einem Bekannten zeigen, einem ehemaligen Profi, der wegen genau dieses Problems zögert, eine Bowlingbahn zu übernehmen und zu modernisieren.
  Die Gesellschaft braucht dringend Third Places, und Bowlingbahnen passen dafür sehr gut.

  • Ein Ingenieur, der eine heruntergekommene Bowlingbahn kauft und deren Probleme clever löst, ist genau der Content, den das Internet braucht – er sollte einen Substack starten.

• In der Candlepin-Bowlingbahn Needham Bowlaway im Raum Boston wurde etwas Ähnliches gemacht. Außerhalb von New England kennen nur wenige die Zählweise, daher baute der Besitzer ein automatisches Scoring-System, das ziemlich gut funktioniert.
  Es scheint ein einfacher Ansatz in Java zu sein: Ist ein bestimmtes Pixel auf dem Bildschirm weiß, steht dort ein Pin, andernfalls nicht. Jedes Mal, wenn ich dort war, entwickelte er auch ein Videospiel. Die Schnittmenge aus Bowlingbahnbetreibern und Softwareingenieuren könnte größer sein, als man denkt.

• Das erinnert mich an einen aktuellen Artikel von Texas Monthly über Ninepin-Bowlingbahnen: https://www.texasmonthly.com/being-texan/ninepin-bowling-end.... Solche Modernisierung könnte helfen, neue Kunden zu gewinnen.
  Als ich in Zentral-Texas aufwuchs, war Bowling ein großes Familienereignis. Mein Vater spielte in einer lokalen Liga und bei Pro-Am-Turnieren und überlegte, Profi zu werden, ließ es aber wegen eines Jobwechsels bleiben; auch die Kinder spielten in Junior-Ligen. In der Zeit ohne Videospiele konnte man in der Bowlingbahn Flipper und Billard spielen, und es gab Essen und Getränke, sodass die Familie den ganzen Tag dort verbringen konnte.
  Bowling ist ein Präzisionssport, der leicht zu lernen ist, aber Disziplin erfordert, um ihn zu meistern.

• In der Highschool arbeitete ich als Bowlingbahnmechaniker an Brunswick A2 und merkte, wie absurd teuer Ersatzteile waren.
  Als jemand Kaffee über die Tastatur zur Steuerung des Scoring-Systems schüttete, kostete der Ersatz etwa 400 Dollar. Die besondere proprietäre Tastatur, die man dafür bekam, war im Grunde eine Tastatur, deren Kabel durch einen Telefonstecker ersetzt worden war.