Substituindo um sistema de boliche de US$ 120 mil por US$ 1.600 em ESP32

• Substituir integralmente o sistema de pontuação de 2008 exigiria US$ 80 mil a US$ 120 mil, então foi desenvolvido o OpenLaneLink, implementado com ESP32 e componentes genéricos a partir de cerca de US$ 200 por par de pistas
• Eventos de sensores e comandos de controle são trocados por uma malha ESPNow em topologia estrela, e em ambientes com muita interferência sem fio usa-se uma conexão cabeada RS485 como alternativa de contingência
• Um computador de pista com Raspberry Pi converte os pacotes do gateway ESP32 em eventos Redis, que passam por uma máquina de estados e por uma estrutura de WebSocket e publicação/assinatura até chegar à UI em React e às animações
• Usando componentes de prateleira como relés, optoacopladores e sensores IR de barreira, um dispositivo com defeito pode ser trocado em cerca de 5 minutos, e o equipamento de um par de pistas em menos de 10 minutos
• A ideia é liberar todo o hardware, firmware e software como open source para reduzir a dependência de fornecedores e os custos extras por recurso, permitindo que operadores controlem diretamente a UI e os dados

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Por que substituir diretamente um sistema legado caro

• A família comprou por US$ 105 mil um boliche abandonado de 8 pistas no interior do Meio-Oeste dos EUA
  • Havia infiltrações no telhado e surtos elétricos recorrentes, e o equipamento de boliche de 70 anos também não funcionava perfeitamente
  • O sistema de pontuação instalado em 2008 havia custado seis dígitos na época
• O sistema existente cuidava do cálculo de velocidade e trajetória da bola, detecção de pinos por câmera, marcação de falta, animações e controle da máquina de reposição de pinos e do retorno das bolas
• Para fazer uma substituição completa por um sistema do mesmo nível, o custo seria de US$ 80 mil a US$ 120 mil dependendo dos recursos, do fornecedor e da idade do equipamento, sem incluir upgrades nem contratos de serviço
  • Cada recurso e personalização gerava cobrança separada
  • Só as peças de reposição já custavam US$ 4 mil por par de pistas
• Nas máquinas de 70 anos, a principal tarefa executada pelo sistema eletrônico é acionar um único relé; o restante do processo é tratado mecanicamente
• A avaliação foi de que seria possível reproduzir as funções existentes por conta própria usando hardware aberto e visão computacional, streaming de eventos em tempo real e open source

Estrutura e operação do OpenLaneLink

• O custo do protótipo é de cerca de US$ 200 por par de pistas, e mesmo uma configuração avançada fica em torno de US$ 400

• Camada de controle baseada em ESP32

  • Cada nó emite eventos de sensores e recebe comandos de controle
  • O nó gateway da malha ESPNow em topologia estrela se conecta ao Raspberry Pi via UART
  • Os pacotes recebidos são enviados ao Redis, e os comandos necessários são retransmitidos para a rede mesh
  • Em ambientes com muito ruído de RF, o RS485 funciona como conexão cabeada de contingência

• Componentes genéricos e firmware

  • O hardware é composto por microcontroladores genéricos ligados a relés, optoacopladores e sensores IR de barreira, e cada dispositivo executa firmware adequado ao seu papel
  • A parte mais difícil da implementação foi escrever o firmware e o protocolo
  • Como é possível deixar ESP32s de reserva já gravados ou preparados na hora, o reparo é simples

• Software baseado em tecnologias web

  • Após a camada do Redis, são usadas tecnologias web comuns como máquina de estados, middleware, React, WebSocket e publicação/assinatura
  • Desenvolvedores React podem criar sua própria UI e animações de boliche
  • Operadores podem ser donos de todos os dados e aplicar diretamente os recursos e temas que desejarem
  • O reparo leva cerca de 5 minutos, e a troca do equipamento de um par de pistas pode ser feita em menos de 10 minutos
  • Em um boliche semelhante, acredita-se que seja possível colocar tudo em funcionamento em 1 a 2 horas desde o início
  • Quando o OpenLaneLink estiver pronto, o plano é liberar como open source todo o hardware, firmware e software
  • O objetivo é evitar a dependência de fornecedores que vem de sistemas fechados, de suporte ao cliente necessário até para problemas triviais e dos custos de white label do próprio equipamento
  • A intenção é ajudar na operação de pequenos boliches com um sistema barato e livremente personalizável

[GN⁺]

Comentários do Hacker News

• Comprei uma pista de miniboliche totalmente mecânica e automática que funciona sem CPU, exceto pelo Intel D8749H (MCS-48) dos anos 1970 no placar.
  A energia é ligada por um único relé, e ela consegue receber o estado dos pinos e o sinal de recebimento da bola para iniciar a contagem de pontos. Depois de extrair o firmware, substituí a PCB do display por uma PCB caseira baseada em Arduino, para dar suporte a um protocolo aberto moderno e ao ScoreMore. Fotos e informações detalhadas estão em https://www.bowltech.com/forum/small-scale-bowling/small-sca..., e no Discord dá para falar comigo em @vik8

  • Eu também investiguei a integração com o ScoreMore, mas quando entrei na parte de hardware foi difícil aceitar que um detector de falta custasse US$ 750 por unidade, ainda mais sendo um produto bem antigo.
    Também pretendo postar no Bowltech, mas ainda tenho aquele receio de iniciante para publicar o OpenLaneLink. O pessoal de lá realmente conhece esse setor por dentro
  • Isso é tão legal que eu também queria, de algum jeito, ser a terceira pessoa desse grupo
  • Fiquei curioso para saber o que há de especial em um único relé. Carros também dão partida com um único solenoide

• Meu pai consertava máquinas de boliche em várias partes do Meio-Oeste, então passei a infância nos fundos das máquinas. Em dias de liga, quando ele ficava de plantão para manutenção, eu costumava ir junto.
  O boliche local de 16 pistas usava máquinas AMF antigas, e o chassi de cada uma era todo feito com circuitos de lógica a relé. Quando um relé falhava, acontecia de tudo: pinos e bolas iam para lugares errados, usuários rolavam a bola para dentro do sweep etc. O pinsetter era uma verdadeira máquina de Rube Goldberg, e provavelmente influenciou minha decisão de virar engenheiro.
  Mesmo nos anos 1980, houve algumas oportunidades de comprar boliches em cidades pequenas, mas a economia não era boa. A maior parte do lucro operacional vinha da venda de bebidas alcoólicas, que é um negócio completamente diferente. Tenho visto muito conteúdo sobre boliche ultimamente; tomara que isso leve a um renascimento real

  • Ainda não sei se é um renascimento, mas o interesse está crescendo. O documentário da HBO produzido por Ben Stiller, Born to Bowl, também foi muito interessante: https://en.wikipedia.org/wiki/Born_to_Bowl

• Isso reforça a ideia de que há muitas oportunidades para modernizar sistemas antigos com tecnologia embarcada de baixo custo.
  Por volta de 2019, conheci um engenheiro que reformava máquinas-ferramenta antigas, como grandes tornos e plainas, com controladores de movimento modernos. Para adaptar tudo ao novo controlador, seria necessário mexer até nos motores dos eixos, um trabalho caro; mas, se os sinais analógicos de posição existentes fossem convertidos para algo que o controlador moderno pudesse ler, dava para deixar quase plug and play.
  Fizemos o primeiro conversor com menos de US$ 50 em componentes e menos de 50 horas de desenvolvimento. Procurei mais oportunidades parecidas, mas a maioria era caso único, então o retorno pelo tempo investido era baixo, a menos que você já estivesse fazendo um produto semelhante

  • Um amigo sem experiência em programação automatizou equipamentos antigos de produção de pasta de amendoim e muesli. Ele conectou as máquinas para medir por ultrassom o nível da pasta de amendoim, além da temperatura de torra, velocidade de rotação etc.
    Não havia nenhum controle de versão, e a forma de implementação era surpreendente, mas a segurança e a vazão melhoraram bastante, o que foi impressionante

• Quero adicionar LEDs e controle de iluminação DMX para que fitas de LED acompanhem a bola quando ela desce pela pista ou sobe pelo retorno. Também pretendo rodar um show de lasers com um controlador DMX.
  No longo prazo, quero criar um boliche sem funcionários em que o cliente faça pagamento por aproximação na frente da pista e comece a jogar na hora. Há tanta coisa para experimentar que estou animado

  • É preciso empilhar pistas verticalmente para criar uma pista artesanal de dois andares e impedir que as pessoas esfreguem bolas nas pistas preciosas. Some a isso um show de lasers e uma licença para bebidas alcoólicas, e o Bowling Alley Wine Mixer está pronto
  • Se os flashes de luz forem sincronizados com a rotação da bola, dá para fazer a bola parecer parada ou girando ao contrário. Também daria para visualizar rotação lateral e outros aspectos para ajudar no aprendizado; marcar a bola com pontos ou faixas poderia facilitar a leitura da rotação
  • Pagamento por aproximação parece mais útil para fazer a pessoa pagar por mais uma partida do que para aumentar novas visitas. Iniciantes ainda precisam vir pegar os sapatos de qualquer forma, e também é preciso orientar para que uma pista reservada para as 19h não seja atribuída às 18h30
  • É um ótimo projeto: mergulha fundo em uma tecnologia divertida e ainda deixa outras pessoas aproveitarem o resultado. Por causa disso acabei procurando boliches à venda
  • Posso ajudar com minha experiência em DMX e DJ acumulada na época de sinalização digital

• Agora só falta arrumar uma versão dos anos 1990 do LightWave e criar mais animações estranhas de strike

• Jogo boliche em pistas antigas, e a única estatística além da pontuação é a velocidade da bola; mesmo assim, ela só funciona direito em cerca de metade das pistas. Não acho que o boliche vá instalar um dispositivo feito sob medida, mas tenho muito interesse no processo de criação.
  Se publicar um blog, fotos ou informações de implementação, eu gostaria de ler mais. Espero que o novo negócio dê certo, da reforma do telhado à captação de clientes

  • Se você colocar listras estrategicamente nas bolas, dá para obter estatísticas legais como velocidade angular. Indo além, também seria possível colocar um microchip com acelerômetro e giroscópio em todas as bolas

• Preciso de uma URL que possa enviar para outras pessoas. Quero mostrar isso a um conhecido ex-jogador profissional que está hesitando em comprar e modernizar um boliche por causa do mesmo problema.
  A sociedade precisa muito de terceiros lugares, e boliches se encaixam muito bem nisso

  • Um engenheiro comprando um boliche velho e resolvendo os problemas de forma inteligente é exatamente o tipo de conteúdo de que a internet precisa, então seria ótimo começar um Substack

• Um trabalho parecido foi feito no boliche de candlepin da região de Boston, o Needham Bowlaway. Fora da New England, pouca gente conhece o sistema de pontuação, então o proprietário criou um sistema automático de pontuação, e ele funciona bem.
  Parece ser uma abordagem básica em Java: se um determinado pixel na tela está branco, há um pino; caso contrário, não há. Toda vez que eu ia lá, ele também estava desenvolvendo videogames. Talvez a interseção entre operadores de boliche e engenheiros de software seja maior do que parece

• Lembrei de um artigo recente da Texas Monthly sobre boliche ninepin: https://www.texasmonthly.com/being-texan/ninepin-bowling-end.... Modernizações assim podem ajudar a atrair novos clientes.
  Quando eu crescia no centro do Texas, boliche era um grande programa de família. Meu pai participava de ligas locais e torneios pro-am, e até considerou virar profissional, mas parou por causa de uma mudança de emprego; os filhos também jogavam em ligas juvenis. Na época sem videogames, a gente se divertia com pinball e bilhar no boliche, e como havia comida e bebida, a família podia passar o dia inteiro lá.
  Boliche é um esporte de habilidade fácil de aprender, mas que exige disciplina para dominar

• No ensino médio, trabalhei como mecânico de boliche cuidando de Brunswick A2 e descobri que equipamentos de reposição eram absurdamente caros.
  Quando alguém derramou café no teclado que controlava o sistema de pontuação, a substituição custava cerca de US$ 400. O teclado especial e proprietário que recebemos por esse preço era um teclado cujo cabo tinha sido trocado por um plugue de telefone