Ich habe vor einiger Zeit beschlossen, einen spiele-tauglichen PC durch eine Playstation 5 und ein „Arbeitsgerät“ zu ersetzen. Nach diversen Versuchen hat letztendlich ein „Familien-Laptop“ diese Funktion übernommen. Doch jetzt wurde dieser ins Studium mitgenommen und steht mir nicht mehr zur Verfügung.

Vieles lässt sich sicherlich via Mobiltelefon realisieren, aber für einige Dinge sind ein großer Bildschirm, Tastatur und Maus immer noch im Vorteil, zum Beispiel Office, Heim-Automatisierung oder gelegentliches Programmieren.

Für diese Anwendungsfälle stellt der Minisforum UM690L Slim mir mehr als genug Leistung zur Verfügung, mit einem unschlagbaren Vorteil: 1-Kabel-Lösung.

Hardware

Kernstück des Minisforum ist eine AMD Ryzen 9 6900HX Mobile CPU mit 8 Kernen und Multi-Threading (8C/16T). Sie taktet mit bis zu 4,9 GHz und beinhaltet eine Grafikeinheit.

16GB DDR5 Hauptspeicher von Crucial (CT16G48C40S5.M8A1) und eine 512 GB NVMe SSD, sowie WIFI 6E (MediaTek MT7902) komplettieren den Build. Allerdings verzichte ich auf WIFI und verwende den 2,5 GbE Anschluß mit Realtek-Chip.

AMD Radeon 680M

Verzichten muss man übrigens auch auf „serious gaming“. Die AMD Radeon 680M CPU ist für einfache oder ältere Spiele geeignet, aber das von mir schmerzlich vermisste (weil nicht für Playstation verfügbare) Valheim kommt selbst mit niedrigen Details und 1080p kaum über 20 FPS hinaus.

Gekauft habe ich den Minisforum UM690L Slim als „refurbished“ Produkt direkt bei Minisforum. Mit 16 GB Speicher, 512 GB SSD und abzgl. diverser Gutscheinen waren 284 EUR fällig. Vertretbar, wie ich finde, der UVP für ein Neugerät liegt aktuell bei 419 EUR mit 16GB RAM & 1TB SSD.

Zumal das Gerät in gutem Zustand ist. Auf der Oberseite befinden sich ein paar Spuren und die Gummifüße der Unterseite wurden wohl schonmal entfernt. Die mussten für diesen Post eh runter, sonst kommt man nicht ins Gehäuse.

Merkwürdig sind nur die Fusseln (oder Wimpern ) auf dem Wärmeleitpad der SSD. Kann man aber ersetzen (das Pad, nicht die Fusseln).

Apropos Ersatz: Die NVMe SSD von Airdisk (APF10-512G) verwendet PCI 3.0. Das Board kann lt. Spezifikation 2x PCIe 4.0, sogar als RAID. Hier könnte man noch etwas Performance rauskitzeln – wenn man es braucht. Bis zu 96GB RAM sind übrigens möglich.

Der Minisforum UM690L Slim kommt mit einem relativ kompakten 120 Watt-Netzteil, welches aber nicht zum Einsatz kommt. Denn – und das war mir wichtig – der einzige USB-C-Port bietet „vollwertiges“ USB4, kann also Video/Audio/Daten übertragen und Strom empfangen.

In Verbindung mit meinem Monitor (Samsung LS27A600U) reicht somit ein einziges USB-C-Kabel zwischen Monitor und PC für alles. Tastatur, Maus, etc. sind an den integrierten Hub des Monitor angeschlossen.

Software

Der UM690L Slim kommt mit vorinstalliertem Windows 11 Pro, die Lizenz ist im BIOS hinterlegt und lässt sich ohne Probleme verwenden. Von anderen Herstellern bekannte Bloatware war nicht installiert.

Da ich alle meine Daten, Kontakte und Kalender in Nextcloud speichere, war die Migration auf den UM690 in wenigen Minuten erledigt. Für die Synchronisation in Microsoft Outlook empfehle ich übrigens Outlook Caldav Synchronizer.

Fazit

Mein wie immer persönliches und spezifisches Fazit fällt positiv aus. Der Minisforum UM690L Slim ist leistungsstark, kompakt und die 1-Kabel-Lösung ist ein absoluter Pluspunkt.

Meine Anwendungsfälle sind vollständig abgedeckt, wobei ich weder Large Language Models auf dem PC laufen lasse, noch spiele.

Kritisieren darf ich den Lüfter, die im Video (s.u.) demonstrierte Ruhe stellt sich bei mir nicht ein, der Lüfter ist immer hörbar und auch prägnant. Allerdings wird er unter Last nur unwesentlich lauter.

Der UM690 darf jetzt mindestens 1 Jahr bleiben und wird dann einer anderen Verwendung zugeführt, dann kann ich wieder einen Laptop übernehmen. Mit 2 Slots und NVMe RAID im BIOS könnte er eine Position in meinem Proxmox Cluster einnehmen. Oder eBay.

Video

Abschließend noch ein empfehlenswertes Video (engl.) bei YouTube. Es geht nicht nur auf den Minisforum 690L Slim ein, sondern vergleicht ihn auch gegenüber vielen anderen Mini-PCs.

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Szenario A: Cluster Compute Node

Als richtiger IT-Nerd habe ich natürlich ein Homelab. Konkret werkeln zwei Rechner als Cluster auf Basis Proxmox VE. Dazu dient ein Raspberry Pi als „QDevice“, um im Falle einer Wartung oder Störung festzustellen, welche Cluster-Knoten noch aktiv sind. Ein QDevice stellt aber keine Rechenkapazität zur Verfügung, darum sollte ein Mini-PC als 3. Knoten in den Cluster ziehen, Rechenleistung beisteuern und das QDevice obsolet machen.

Der GMKtec NucBox G5 N97 wurde auf Amazon für ca. 150€ angeboten. Mit Intel N97 CPU, 12 GB RAM und 256 GB SSD ist er gegenüber den anderen Knoten bzgl. Speicher und Storage zwar unterlegen, aber die Intel N97 CPU ist den AMD Ryzen 3 3200G der anderen Knoten ebenbürtig. Und mit einem (einstellbaren) Thermal Design Power (TDP) von 8-15 Watt im Stromverbrauch deutlich unter den 65W TDP der AMD CPUs.

Um es kurz zu machen: Die gestellte Aufgabe als „Compute-Knoten“ im Cluster hat der G5 einwandfrei erfüllt. Die Installation von Proxmox VE 9, die Aufnahme in den Cluster und der Betrieb von virtuellen Maschinen liefen völlig reibungslos. Die Rahmendaten des G5 reichen für Services wie Home Assistant oder WordPress (für diesen Blog) völlig aus.

Für Nextcloud oder Photoprism ist die 256 GB SSD aber zu klein. Da aufgrund der winzigen Abmessungen des G5 auch nur 2242 M.2 SSDs möglich sind, wird es bei mehr Speicherbedarf schnell teuer. Außerdem gibt es nur einen M.2 M-Key Slot. Spiegelung von 2 SSD als RAID ist damit unmöglich.

Szenario B: Office & Internet-PC

Also habe ich den G5 für seinen eigentlichen Anwendungsfall vorbereitet: Als winziger, hinreichend dimensionierter und performanter Arbeitsplatz für Office und Internet. BIOS zurückgesetzt, Windows 11 re-installiert (Produktschlüssel ist im BIOS/UEFI hinterlegt) und ins WLAN aufgenommen.

Das Ergebnis ersprach vollumfänglich den Erwartungen. Der G5 ist leise und erfüllt die Aufgaben eines Office PCs zuverlässig und unauffällig. Die N97 CPU kommt (in diesem Szenario) niemals an ihre Grenzen, 12 GB RAM (festverlötet) und 256 GB SSD Speicher sind absolut ausreichend. An einem 4K Monitor angeschlossen, konnte auch die interne Grafikeinheit mit YOUTube und anderen Quellen nicht ins Schwitzen gebracht werden. Spiele jedoch habe ich – da abseits des Szenarios – nicht getestet.

Ergebnis: eBay

Warum geht der G5 letztendlich in den Wiederverkauf zu eBay und warum ist das nicht dem Gerät anzulasten?

Nun – den G5 als Compute Node im Cluster einzusetzen ist zwar technisch abbildbar und der geringe Stromverbrauch von Vorteil, aber die Ressourcen des G5 und seine mangelnde Erweiterbarkeit reduzieren die Einsatzszenarien, gerade bei virtuellen Maschinen. Allerdings ist der G5 dafür auch nicht gemacht. Wie man auf dem Bild oben erkennt, wurde inzwischen ein vollwertiger, 3. Knoten zusammengestellt.

Den Anspruch ein kleiner und diskreter Office PC zu sein, der auch bei großen Dokumenten, Multimedia-Wiedergabe und (vermutlich) einfachen Spielen nicht in die Knie geht, erfüllt der GMKtec NucBox G5 vollumfänglich. Allerdings habe ich dafür keinen Bedarf, dank hinreichend Arbeitsplatz-Rechnern im Zugriff.

Es bleibt also Festzuhalten, der der GMKTec NucBox G5 gemäß seiner Spezifikation als Office PC sehr gut funktioniert. Leistung und Anschlußmöglichkeiten sind ausreichend, Strombedarf und Lautstärke moderat.

Mein größter Kritikpunkt am G5 ist der USB-C-Port, der ausschließlich der Stromversorgung dient (über das mitgelieferte Netzteil). Besitzt man einen Monitor, der einen vollwertigen USB-C-Anschluß inkl. Power Delivery bereitstellt, bringt das beim G5 leider gar nichts. Es sind mindestens USB-C-Netzteil, USB-Hub bzw. -Tastatur/-Maus und HDMI-Kabel zu verbinden.

Außerdem wissenswert: Die USB-Anschlüsse des GMKtec NucBox G5 liefern nur minimal Strom an angeschlossene Peripherie. Eine 2,5“ HDD im USB-Gehäuse kann noch bedient werden, eine 2. an einem anderen Port setze immer wieder aus.

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Corona hat mich erwischt, mit mäßigen Auswirkungen. Und die M2 SSD in meinem Server ist „geplatzt“, mit deutlichen Auswirkungen. Und eine der beiden HDDs im RAID1 sagt ihren nahenden Tod via S.M.A.R.T.-Warnung voraus – zumindest das soll ohne Auswirkungen bleiben.

Eine unwillkommene Gelegenheit also dem RAID 1 zu unverminderter Stabilität (und einer Verdoppelung der Kapazität) durch den Tausch beider Festplatten gegen neue zu verhelfen. Und da dies nicht das erste Mal ist und sicher auch nicht das letzte Mal sein wird, diesmal mit Mitschrift.

Ausgangsituation

Mein Heim-Server verwendet (aktuell) Ubuntu 22.04 Server als Betriebssystem. Die beiden 2,5″ Seagate Barracuda Festplatten sind als /dev/sda und /dev/sdb eingebunden. Sie wurden aus dem inzwischen verkauften ASRock Desk Mini in den neuen 19″-Server übernommen.

Via Linux Software RAID wird ein RAID 1 /dev/md0 über die beiden Platten realisiert. Das ASUS A320I Mainboard unterstützt hot-plug, d.h. die Platten können im laufenden Betrieb abgezogen oder angesteckt werden.

Der Wechsel der Festplatten wird im laufenden Betrieb stattfinden. Ich beuge Datenverlusten durch regelmäßige, ausgelagerte und geprüfte Backups mit Borgmatic vor.

Warnung

Die im folgenden beschriebenen Schritte sind auf meine Hard- und Software-Konstellation ausgerichtet und haben dort fehlerfrei funktioniert. Dennoch kann selbst bei korrekter Ausführung das Risiko des Datenverlusts niemals ganz ausgeschlossen werden.

Das Nachvollziehen der hier beschriebenen Schritte geschieht auf eigene Gefahr!

Festplatte aus RAID entfernen

Zunächst gilt es eine der beiden Festplatten zu entfernen (hier: /dev/sda). Da diese vom RAID aktuell verwendet wird, muss sie zunächst als fehlerhaft markiert werden (es sei denn, sie ist es bereits):

$ sudo mdadm --manage /dev/md0 --fail /dev/sda

Im nächsten Schritt wird die fehlerhafte bzw. als fehlerhaft markierte Festplatte aus dem RAID entfernt:

$ sudo mdadm --manage /dev/md0 --remove /dev/sda

Um das Entfernen der Platte vorzubereiten und die Identifizierung zu erleichtern, wird als nächstes die Platte in den Sleep-Modus geschickt. Bei SSDs ist dieser Schritt natürlich nicht notwendig:

$ sudo hdparm -Y /dev/sda

Und schließlich (aus reiner Vorsicht) melden wir die Platte noch im Kernel ab. Damit sollte das Entfernen nun sicher sein:

$ echo 1 | sudo tee /sys/block/sda/device/delete

Nun steht der physikalische Tausch der Platten an, den ich an dieser Stelle natürlich nicht im Detail beschreiben möchte. Ist die neue Platte eingebaut und wieder online, beginnt man mit der Anmeldung am RAID.

Festplatte in RAID aufnehmen

Da die neue Platte (3,5″ 4TB WD RED Plus) fabrikfrisch und ohne Initialisierung daherkam, musste zunächst eine Partitionstabelle angelegt werden, auch wenn die gesamte Platte ohne dedizierte Partitionen verwendet wird:

$ sudo cfdisk -z /dev/sda

Ist auch dies geschehen, kann die Platte – wie gesagt, als Ganzes – am RAID angemeldet werden:

$ sudo mdadm --manage /dev/md0 --add /dev/sda

Die Linux RAID-Software beginnt nun mit der Synchronisierung der 2. Platte, d.h. im Wesentlichen werden die Informationen der verbliebenen „alten“ Platte (/dev/sdb) auf die neue (/dev/sda) übertragen.

Das nimmt einige Zeit in Anspruch und während dieser Zeit ist das RAID recht „empfindlich“, da bis zum Abschluß der Synchronisierung logisch nur eine Platte für das RAID zur Verfügung steht. Bei höheren RAID-Leveln (5,6) sieht das natürlich anders aus und bei RAID 0 ist mit dem Ausfall einer Platte eh „Schicht im Schacht“.

Über den Fortschritt der Synchronisierung kann (und muß) man sich immer wieder informieren. Ein Tausch der verbliebenen, „alten“ Platte /dev/sdb ist erst nach vollständiger Synchronisierung möglich und erfolgt dann analog zu den obigen Schritten.

Der Möglichkeiten zur Analyse lauten:

$ sudo mdadm --detail /dev/md0

bzw.

$ cat /proc/mdstat

Die Ausgaben zum ersten Befehl ist umfangreich, aber eher zusammenfassend, der relevante Wert befindet sich in „Rebuild Status“:

/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Fri Apr  1 17:19:01 2022
        Raid Level : raid1
        Array Size : 1953382464 (1862.89 GiB 2000.26 GB)
     Used Dev Size : 1953382464 (1862.89 GiB 2000.26 GB)
      Raid Devices : 2
     Total Devices : 2
       Persistence : Superblock is persistent
     Intent Bitmap : Internal
       Update Time : Wed Nov 30 19:10:58 2022
             State : active, degraded, recovering
    Active Devices : 1
   Working Devices : 2
    Failed Devices : 0
     Spare Devices : 1
Consistency Policy : bitmap
    Rebuild Status : 32% complete
              Name : example:0  (local to host example)
              UUID : a3738222:357f6cb8:b4014413:62be2f37
            Events : 109210
    Number   Major   Minor   RaidDevice State
       2       8       16        0      active sync   /dev/sdb
       3       8        0        1      spare rebuilding   /dev/sda

Der zweite Befehl führt zu einer kürzeren, aber detaillierteren Anzeige. Die Ausgabe sollte der folgenden ähneln, natürlich mit unterschiedlichen (und bei mehrfachem Aufruf ansteigenden) Angaben zum Fortschritt:

Personalities : [raid1] [linear] [multipath] [raid0] [raid6] [raid5] [raid4] [raid10]
md0 : active raid1 sdb[2] sda[1]
      1953382464 blocks super 1.2 [2/1] [U_]
      [>....................]  recovery =  0.2% (5148736/1953382464) finish=398.8min speed=81402K/sec
      bitmap: 5/15 pages [20KB], 65536KB chunk
unused devices: <none>

Nun heißt es Geduld zu haben, bis das Recovery abgeschlossen ist und der Wechsel der verbleibenen Platte nach dem gleichen Muster vollzogen werden kann.

RAID und Filesystem vergrößern

In meinem Falle wurden 2x2TB Platten gegen 2x4TB Platten getauscht. Entsprechend vergrößerte sich der für RAID1 zur Verfügung stehende Platz von 2TB auf 4TB. Dieses Mehr an Platz wird aber nicht automatisch genutzt. Fragt man den genutzten Speicher mittels mdadm ab, so werden nur 2TB berichtet.

$ sudo mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Fri Apr  1 17:19:01 2022
        Raid Level : raid1
        Array Size : 1953382464 (1862.89 GiB 2000.26 GB)

Der folgende Befehl dehnt das RAID nun auf den gesamten, zur Verfügung stehenden Platz aus:

$ sudo mdadm --grow /dev/md0 --size max

Ein erneuter Aufruf von mdadm bestätigt die neue Größe:

$ sudo mdadm --detail /dev/md0
/dev/md0:
           Version : 1.2
     Creation Time : Fri Apr  1 17:19:01 2022
        Raid Level : raid1
        Array Size : 3906886488 (3.64 TiB 4.00 TB)
[...]

Nur – so wie das RAID nicht unmittelbar den gesamten, verfügbaren Platz auf den Datenträgern verwendet hat, so nutzt auch das Filesystem auf dem RAID nicht ohne weiteren Eingriff den verfügbaren Platz, wie mittels df festgestellt werden kann:

$ df -h /srv
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/md0        1.8T  271G  1.5T  16% /srv

Aber auch das lässt sich beheben, mit dem entsprechenden Werkzeug des Filesystems. Da ich ext4 verwende, ist resize2fs das Mittel der Wahl:

$ sudo resize2fs /dev/md0
resize2fs 1.46.5 (30-Dec-2021)
Filesystem at /dev/md0 is mounted on /srv; on-line resizing required
old_desc_blocks = 233, new_desc_blocks = 466
The filesystem on /dev/md0 is now 976721622 (4k) blocks long.

Nochmal das Ergebnis mit df prüfen und fertig:

$ df -h /srv
Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
/dev/md0        3.6T  271G  3.2T   8% /srv

Postskriptum

Im Nachhinein hat sich herausgestellt, dass der nahende Tod der installierten 2,5″ 2TB Seagate Barracuda-Platten ein Fehlalarm war, verursacht durch die tatsächlich endgültig zerstörte WD Green. Auf letzterer war leider das Betriebssystem installiert (non-raid). Fairerweise sei darauf hingewiesen, dass die WD Green Serie ausdrücklich nicht auf Dauerbetrieb ausgelegt ist. Grundsätzlich setze ich gerne auf Western Digitial und so wird als Ersatz in Kürze eine WD Red SA500 eingebaut.

Nach dem Ersetzen der SSD, dem Neuaufsetzen des OS und dem Einspielen des Backups waren auch die S.M.A.R.T.-Werte der „alten“ Platten wieder einwandfrei. Aber die Neuen waren halt schon geliefert, was will man machen …

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Dabei bleibt der Anwendungsfall unverändert: Die Auswertung und Steuerung von ca. 50 Zigbee-Geräten im Außenbereich der Dahlen-Mühle. Leuchtmittel, Sensoren und Steckdosen auf einer Fläche von über 10.000m², ohne direkten Zugang zum Internet und teilweise abseits einer dauerhaften Stromversorgung.

Hardware aktuell

Seinerzeit habe ich einen Raspberry Pi 4 und das Phoscon Raspbee II-Modul als Hardware-Plattform gewählt. Ziel war ein kompakter, unauffälliger Aufbau mit geringem Stromverbrauch. Dieses Ziel wurde erreicht, doch der Betrieb ist nicht frei von Problemen:

• die SD-Karte im Raspberry Pi 4 macht schlapp, obwohl es sich um eine Endurance-Version von Samsung handelt. Gleichzeitig ist es mir nicht auf Anhieb gelungen, den Raspberry von USB-Stick der -Disk zu booten (wie z.B. beim Raspberry Pi 3)
• die Raspbee II-Karte werkelt unsichtbar vor sich hin, aber (ich fürchte) ihre Bauform hat negativen Einfluss auf die Reichweite. Gleichzeitig fehlen ihr moderne Funktionen wie Touchlink
• trotz guter technischer Werte kommt der Raspberry Pi 4 doch an seine Grenzen. Im „Wirkbetrieb“ fällt das wenig auf, aber bei der (remote) Administration kommt es immer wieder zu Wartezeiten

Besonders der letzte Punkt treibt einem die Schweißperlen auf Stirn, wenn man nach einem Reboot aus der Ferne nicht weiß, ob die Kiste einfach noch ein paar Minuten braucht oder man den Weg ins 25km entfernte Elternhaus antreten darf.

Neue Hardware

Die neue Hardware soll entsprechend die identifizierten Ursachen beseitigen und gleichzeitig den unveränderten Anspruch eines unauffälligen 24/7-Betriebs bei geringem Stromverbrauch erfüllen.

Konkret bedeutet dies:

• sparsame x86-Hardware mit angemessener Leistung
• kompakt (was zu Lasten der Flexibilität gehen darf)
• keine beweglichen Teile, wie Lüfter oder mechanische Festplatten
• einwandfreie Unterstützung durch (Ubuntu) Linux
• moderne Zigbee Coordinator-Hardware mit hoher Reichweite

Minisforum N40 Mini-PC

Der Minisforum N40 (Datenblatt) Mini-PC erfüllt die gestellten Kriterien und ist für den angedachten Anwendungsfall mehr als ausreichend:

• Intel Celeron N4020 CPU (2 Kerne, bis zu 2,8 GHz)
• 4 GB RAM (DDR4, nicht erweiterbar)
• 64 GB „eMMC“ SSD
• 3 USB-A 3.0-Anschlüsse
• RJ45 GbE LAN und IEEE 802.11ac Dual-Band Wi-Fi

Bei Bedarf kann eine zusätzliche SSD (M.2 2242 SATA 3.0) verbaut werden. Ich habe aber darauf verzichtet, weil nach der Installation und Konfiguration nur 8,5 GB der verfügbaren 56 GB der eMMC belegt waren.

Das Netzteil (DC 12V, 1,5A) liefert bis zu 18 Watt, der tatsächliche Verbrauch des N40 in meiner Konstellation liegt zwischen 3 und 5 Watt. Die CPU ist mit Grafikeinheit, für den Anschluss an Fernseher / Monitor (während der Installation) steht ein Standard-HDMI Port zur Verfügung.

Die Kantenlänge des N40 entspricht übrigens ziemlich genau dem Durchmesser einer Audio CD (wer es noch kennt). Die CPU wird passiv gekühlt, das gesamte System gibt keinerlei Geräusche von sich und wird nicht warm.

SONOFF ZBDongle-P

Bei der Wahl der neuen Coordinator-Hardware fiel die Wahl auf das SONOFF Zigbee 3.0 USB Dongle Plus (kurz: ZBDongle-P), welches auf der Adapter-Seite von Zigbee2MQTT als „recommended“ aufgeführt wird und über einen modernen Texas Instruments CC2652P Chip mit zusätzlichem Verstärker verfügt.

Direkt eingesteckt steht das Dongle deutlich über den N40 hinaus. Allerdings wird bei USB 3.0 und Zigbee wg. möglicher Interferenzen der Einsatz einer USB-Verlängerung empfohlen, was eine relativ freie Platzierung des Dongles erlaubt. Genau wie der Minisforum N40 wird das Dongle auch bei max. Verstärkung von 20dBm nicht warm.

Der Einsatz des Dongles mit Zigbee2MQTT ist problemlos und es liefert „vernünftige“ LQI-Werte. Beim Raspbee II steigen diese mit der Zeit von 0 bis 255 und starten dann wieder erneut. Die Aussagekraft des Link Quality Indicators ist zwar begrenzt, aber stabile Werte sind dennoch von Vorteil.

Software: Home Assistant

Unverändert soll Home Assistant in der „Container„-Edition zum Einsatz kommen, in Verbindung mit Zigbee2MQTT. Jedoch werden die bestehende Installation und Konfiguration verworfen und neu aufgebaut. Nach diversen Iterationen des technisch „Machbaren“ gebe ich dem Wunsch meiner Eltern nach und reduziere auf „das Nötigste“: Licht an bei Bewegung in der Dunkelheit.

Auf dem Gelände sind mehrere, batteriebetriebene Bewegungssensoren von Philips Hue verteilt. Diese werden via Automatiken in Home Assistant mit einen oder mehreren Gruppen von Leuchten verbunden und agieren entsprechend – aber nur wenn es draußen dunkel ist.

Die „Sun„-Integration von HA wird verwendet, um über Dunkelheit zu entscheiden: Sie beginnt 15min nach Sonnenuntergang und endet 30min vor Sonnenaufgang. Alternativ kann die tatsächliche Helligkeit als Indikator dienen, denn die Hue Sensoren liefern ensprechene Angaben. Damit wären dunkle Phasen tagsüber abgedeckt (z.B. bei schlechtem Wetter).

Für meine Belange habe ich ein Repository auf Github angelegt, welches aber ausreichend generisch ist und auch für andere Einsteiger hilfreich sein könnte. Quelle und Instruktionen finden sich unter https://github.com/m0wlheld/homeassistant-zigbee2mqtt/.

Leider bedeutet ein Wechsel der Zigbee-Controller-Plattform (von Raspbee II auf den TI CC2652P des Sonoff Dongle) immer auch eine erneute Einbindung (Pairing) der Zigbee-Geräte. Ein Wochenende mit Leiter, Schraubendreher und Wäschekörben voller smarter LEDs ist also garantiert …

Der Beitrag Neue Hardware für den Zigbee-Hub und Home Assistant erschien zuerst auf dahlen.org.

Die Voraussetzungen zur Installation bei meinen Eltern könnten nicht stärker vom eigenen Haushalt abweichen: Es war nicht nur ist eine fast 30-fach größere Fläche abzudecken, sondern die Installation muss sich unauffällig, autonom und wartungsfrei verhalten. Die Abhängigkeit von Apps war (mangels geeigneter Telefone) ebenso zu vermeiden, wie proprieätere Cloud-Lösungen.

Aufgrund der deutlich größeren, abzudeckenden Fläche und den eher mässigen Erfahrungen mit Homematic-Hardware im eigenen Haus, wurde mit Zigbee diesmal auf ein „Mesh“-Netzwerk gesetzt. Dabei sind die Geräte auch untereinander und nicht nur mit einer zentralen Stelle (sternförmig) vernetzt. Theoretisch und praktisch sind damit auch größere Entfernungen zwischen dem adressierten Endgerät und der steuernden Einheit (Router) möglich.

Primäres Ziel der Installation war eine „smarte“ Außenbeleuchtung von Mühle und Garten, welche bis dato noch über Wandschalter bzw. mechanische Uhrwerke in Schaltkästen geregelt ist. Weitere Anwendungsfälle (z.B. Steuerung der Teichfilter) werden folgen.

Hardware

Probleme mit USB 3.0

Eine Warnung vorweg, damit ich als einziger mir die Nächte um die Ohren geschlagen habe: Die Verwendung eines USB 3.0 Gerätes, z.B. eines USB-Sticks in unmittelbarer Nähe des Raspbee II führt zu vielfältigen Problemen. Die Ursache ist bekannt, scheint grundsätzlich zu sein und lässt sich mit einer USB-Verlängerung, Alu-Folie oder der Verwendung einer SD-Karte lösen.

Die notwendige Hardware habe ich rechtzeitig vor Weihnachten im Versandhandel organisiert. Dass Einzelhändler vor Ort entsprechende Gerätschaften im Regal haben ist eh schon un­wahr­scheinlich, spätestens mit dem 2. Lockdown war dann auch der Weg dorthin obsolet.

Zigbee Koordinatoren (auch als „Hub“ oder „Bridge“ vermarktet) gibt es zu Hauf. Die bekannteste Variante ist sicherlich die Philips Hue Bridge. Üblicherweise sind diese „Appliances“ auf Apps und Cloud-Services des Herstellers ausgerichtet. Im Bereich Heim-Automatisierung ist Zigbee aber nur eine Komponente von vielen und darum kam auch in diesem Projekt ein alter Bekannter zum Einsatz.

Raspberry Pi 4B 4GB

Es hat sich bei meinen eigenen Installation gezeigt, das die CPU eines Raspberry Pi 3 ausreichend potent ist, aber der Speicher gerade beim Einsatz mit Home Assistant schnell an seine Grenzen gerät. Darum habe ich zum Raspberry Pi 4B mit 4GB gegriffen, welcher für ca. 60 EUR erhältlich ist.

Erstmalig kamen dabei auch das Orignal Raspberry Pi USB-C Netzteil, sowie das passende Gehäuse zum Einsatz.

Der Setup erfolgte natürlich wieder „headless“ (via LAN), auf ein Micro-HDMI-Kabel konnte also verzichtet werden.

Raspbee II

Beim Raspbee II handelt es sich um die on-board-Variante eines Zigbee Coordinator Moduls von dresden-elektronik, welches unter der Marke Phoscon vertrieben wird. Es wird auf die General Purpose IO (GPIO)-Leiste eines Raspberry Pi gesteckt und als serielles Gerät angesprochen.

Mit an Bord ist außerdem eine batteriegestützte Real Time Clock, also eine Echtzeituhr. Die Einrichtung und Nutzung ist aus der Produktseite des Raspbee II beschrieben und sei hier nur am Rande erwähnt.

Die Installation auf dem Raspberry Pi ist denkbar einfach: Das Raspbee II-Modul wird auf das äußerste Ende der GPIO-Leiste gesteckt, so dass die eigentliche Platine über den Raspberry kommt und in Richtung USB-C-Port zeigt.

Das Modul baut sehr flach, so dass sowohl der Einsatz eines moderaten CPU-Kühlkörpers, als auch eines flachen Gehäuses möglich ist. Das Gehäuse sollte aber aus Kunststoff sein, um die Reichweite der Funksignale nicht unnötig zu reduzieren. Ich habe – wie gesagt – auf das Original gesetzt.

Wer lieber auf eine externe Lösung setzt, der kann statt des Raspbee II auch die USB-Variante namens Conbee II verwenden. Dann kommen allerdings andere Einstellungen zum Einsatz, die ich hier nicht beschreibe.

OSRAM Smart+ Classic E27 / Plug 01

Die beiden „Smart+ Bulbs“ von OSRAM wurden als Proof-of-Concept beschafft. Es handelt sich um „retrofit“ Leuchtmittel für die E27 Fassung mit steuerbarer Helligkeit. Mit einem Preis von rund 10 EUR pro Stück sind sie erschwinglich, aber auch ohne Schnick-Schnack. Im Betrieb sind sie aktuell unauffällig.

Auch andere zertifizierte Zigbee-Leuchtmittel sollten funktionieren. Bei OSRAM gilt es aufzupassen, denn unter dem Schlagwort „Smart+“ werden auch andere Technologien wie WLAN oder Bluetooth vermarktet.

Ebenfalls gekauft wurde ein OSRAM Smart+ Outdoor Plug, also eine Steckdose für den Außenbereich. Ein Riesen-Trümmer (siehe Aufmacher-Bild), obwohl mit Schutzart IP44 nur grundsätzlich gegen Wettereinfluß geschützt. In Zukunft kommen sicherliche schmalere Lösungen zum Einsatz, aber für den Moment war diese intern „Plug01“ genante Steckdose verfügbar und preislich attraktiv – gekauft.

In Summe haben die oben genannten Hardware und weitere Teile wie Gehäuse, Netzteil, SD-Karte ca. 130 EUR gekostet. Deutlich mehr als ein Philips Hue Starter Kit, aber auch deutlich flexibler, leistungsfähiger und ohne App- oder Cloud-Zwang.

Software

Ursprünglich hatte ich vor, erstmalig Home Assistant OS (vormals HASS.IO) zu verwenden, eine Distribution welche auf den Betrieb von Home Assistant ausgerichtet ist und auf Docker und einen „Supervisor“ setzt.

Leider ist es mir innerhalb der persönlichen Toleranzzeit (ca. 30min) nicht gelungen, eine nutzbare Installation zu erstellen. Durch das Supervisor-Konzept sind notwendige Eingriffe in das Betriebssystem bzw. die Kernel-Konfiguration nur aufwändig zu realisieren.

Raspbian Linux

Also kam wieder Raspbian Linux zum Einsatz, welches auch als „Raspbian Pi OS“ vermarktet wird. Die eigentliche Installation beschreibe ich an dieser Stelle nicht mehr, es finden sich bereits entsprechende Artikel in diesem Blog. Die 32-Bit „lite“-Variante ohne Desktop ist ausreichend.

Bevor das fertige Installationsmedium (SD-Karte) in den Raspberry gesteckt und dieser gestartet wird, sollten noch folgende Änderungen am Inhalt der ersten Partition vorgenommen werden. Dabei ist ein Editor zu verwenden, welcher Zeichenkodierung und Zeilen-Enden beibehält. Unter Windows können das z.B. Wordpad oder Visual Studio Code sein:

1. aus der Datei cmdline.txt wird folgender Eintrag entfernt:
   console=serial0,115200
2. die Datei config.txt wird um folgende Zeilen ergänzt (die Leerzeile am Dateiende muss erhalten bleiben):
   enable_uart=1
core_freq=250
dtoverlay=miniuart-bt

Optional kann noch eine (leere) Datei namens „ssh“ angelegt werden, damit ein Login via Secure Shell möglich ist. Danach kann die SD-Karte in den Raspberry Pi und dieser mit Strom versorgt werden. Nach einigen Sekunden bis Minuten sollte ein neuer Host „raspberrypi“ im heimischen Netz auftauchen.

Docker

Docker ist eine Plattform zur Prozess-Virtualisierung mithilfe von Containern. Sie erleichtert den Betrieb von Home Assistant erheblich, weil hier Abhängigkeiten auf Bibliotheken und Versionen des Betriebssystems vermieden werden.

Die Installation von Docker habe ich bereits in einem eigenen Artikel beschrieben: Docker und Raspbian auf einem Raspberry Pi.

Home Assistant

Home Assistant ist meine bevorzugte Plattform zur Heim-Automatisierung, da sie einfach zu installieren ist (insbesondere unter Verwendung von Docker). Kein Grund also nach einer Alternative für das neue Projekt zu suchen.

Wurden das Raspberry Pi OS (AKA Raspbian) und die Docker-Umgebung korrekt aufgesetzt (inkl. Neustart), so ist die Ausführung von Home-Assistant ein Klacks.

Im Wesentlichen gibt es zu meinem Artikel „Home Assistant mit Docker auf Raspberry Pi betreiben“ nur eine relevante Änderung: Der Zugriff auf das Raspbee II Modul muss durch das „mappen“ des entsprechenden seriellen Devices in den Container ermöglicht werden. Der vollständige Aufruf lautet also:

docker run -d \
  --name=home-assistant \
  --restart=always \
  --publish 8123:8123 \
  -v $PWD/home-assistant:/config \
  -v /etc/localtime:/etc/localtime:ro \
  --device=/dev/ttyAMA0 \
  homeassistant/home-assistant:stable

Hinweis: Alternativ zu „–publish 8123:8123“ kann „–net=host“ verwendet werden. Dies bindet den den Home Assistant Container an das Netzwerk des Hosts und es werden beim Start Integrationen zu allen im Netzwerk gefundenen Geräten angeboten.

ZHA Integration

Finaler Schritt der Einrichtung ist die Installation und Konfiguration des Zigbee Coordinators in Home Assistant. Dazu gibt es für das Raspee II Modul zwei Möglichkeiten:

1. direkte Kommunikation mit dem Modul über die „Zigbee Home Automation“-Integration
2. indirekte Kommunikation über einen zwischengeschalteten deCONZ-Service und die entsprechende „deCONZ“ Integration.

Ich habe mich für Variante 1 entschieden, weil sie keine weitere Abhängig­keit erzeugt und für meine Zwecke ausreichend ist. Sie kann auch die Firmware für OSRAM/Ledvance und IKEA-Leuchten „over the air“ aktualisieren.

Sobald Home Assistant läuft, auf Port 8123 erreichbar ist und man die Basis-Einrichtung vorgenommen hat (Benutzer, Standort, Zeitzone, etc.), geht es über den Pfad „Einstellungen -> Integrationen“ zur Schaltfläche „+ Integration Hinzufügen“

Im resultierenden Dialog sucht man nach „zig“ (oder „zigbee“) und wählt das Ergebnis „Zigbee Home Automation“ aus.

Im folgenden Dialog ist das serielle Gerät für das Raspbee II Modul zu wählen. Der einzig angebotene Wert an dieser Stelle sollte /dev/ttyAMA0 sein.

Nach der Auswahl wird das serielle Gerät analysiert und es wird automatisch das deCONZ-Protokoll für die Kommunikation zwischen Raspberry Pi und dem Modul gewählt (auch ohne dedizierte deCONZ Installation nach Variante 2).

Mit der (optionalen) Auswahl eines Bereichs (also der Position des Raspberry Pi im Haus) ist die Installation abgeschlossen. Home Assistant ist nun bereit Zigbee-Geräte abzufragen und zu steuern.

Natürlich müssen die Geräte noch am Coordinator angelernt werden, dies ist aber in der Dokumentation der Integration beschrieben. Der schnellste Weg ist über Einstellungen -> Geräte und der Auswahl des Zigbee Coordinator. Alternativ kann auch Einstellungen -> Integrationen und die Auswahl der ZHA Integration verwendet werden.

Fazit

Die Installation von Hard- und Software war – wenn man von der USB-Problematik absieht – überraschend einfach, was natürlich meinem technischen Hintergrund und den Erfahrung im eigenen Haus geschuldet ist.

Das Raspbee II-Modul ist in der Installation idiotensicher und im Betrieb stabil. Seine Bauform erlaubt den Aufbau eines kompakten Zigbee Hubs mit deutlichem Mehrwert gegenüber einer fertigen „Appliance“, wie der Hue-Brige.

Die Zigbee-Geräte verhalten sich bis dato unauffällig und funktionieren einfach. Das Anlernen und die Visualiserung des Netzes in Home Assistent sind ein absolutes Plus.

Weiterführende Informationen

Software und Dokumentation

• Produktseite Raspberry Pi 4B
• Raspbian Linux (oder auch Raspberry Pi OS)
• Produktseite Phoscon Raspbee II
• Produktseite Phoscon Conbee II
• Homepage Home Assistant
• Home Assistant OS
• Zigbee Home Automation Integration
• Phoscon deCONZ Integration
• Webseite der Zigbee Home Alliance
• Webseite von Docker Inc.

Produkte*

• Phoscon Raspee II kaufen
• Raspberry Pi 4B 4GB kaufen
• Raspberry Pi Original Netzteil für Modell 4B
• Raspberry Pi Original Gehäuse für Modell 4B
• OSRAM Smart Classic E27 Zigbee Leuchtmittel
• OSRAM Smart Outdoor Plug
• Philips Hue Starter Kit mit Bridge und 2 Leuchtmitteln

Der Beitrag Zigbee Hub mit Raspberry Pi und Raspbee II erschien zuerst auf dahlen.org.

Der „Alte“

Der N54L Generation 7 (G7) ist ein Microserver auf Basis der AMD Turion II Neo Dual-Core CPU. Sie ist auf einem HP Custom Mainboard verlötet und bietet 2x 2,2 GHz. Ihr zur Seite stehen aktuell 8 GB RAM und 4x 2 TB HDDs (WD Red) im RAID 5 Verbund.

Auf diesem Server laufen Dienste, welche in unserem Haus durch mich und andere Familienmitglieder genutzt werden. Zunächst natürlich Homegear und Home Assistant zur Heimautomatisierung. Aber auch Datenbanken und Datei-Freigaben für die Windows-Geräte im Haus. Und eben auch mehrere Minecraft Server – zur Unterhaltung.

All das bringt die CPU immer deutlicher an ihre Grenzen, es kommt zu Mikrorucklern („Lags“) in Minecraft und zwischen auslösendem Ereignis und Reaktion des Smart Home können schonmal Sekunden vergehen. Man liegt also bereits im Dunkeln, wenn die Beleuchtung endlich angeht.

Der „Neue“

Zeit also für etwas Neues, was größer (= leistungsstärker) und gleichzeitig kleiner (= raumsparender) ist. Von den insgesamt 5,6 TB Plattenplatz waren nämlich dauerhaft nie mehr als 600 GB belegt.

Es war schnell klar, dass ein Eigenbau zum Einsatz kommen sollte. Möglichst klein, doch mit ausreichend aktueller Hardware und Platz für mindestens 2 Festplatten. Intel NUC oder Gigabyte BRIX Systeme kamen daher nicht infrage. Außerdem sollte wieder Ubuntu Linux zu Einsatz kommen. Damit schieden NAS-Systeme von Synology oder QNAP aus.

Nach einiger Recherche stieß ich auf System, das für meine Anforderung wie gemacht schien: Den ASRock DeskMini A300 Barebone.

ASRock DeskMini A300

Der DeskMini A300 ist ein Barebone im Mini-STX Format. Die Abmessungen des Gehäuses betragen 155x155x80 mm. Auf dem Mainboard befindet sich ein AM4 Sockel mit A300 Chipsatz für moderne AMD CPUs der Picasso, Raven Ridge oder Bristol Ridge Familie.

Somit sind viele aktuelle AMD Athlon und Ryzen CPUs nutzbar, solange die TWP nicht 65 W übersteigt. Außerdem muss eine CPU mit integrierter Grafik (APU bzw. iGPU) zum Einsatz kommen. Das Bild-Signal kann via HDMI, Display Port oder D-SUB/VGA abgegriffen werden.

Verfügbar sind weiterhin M.2 Slots (Type 2280), SATA 6GB/s, Gigabit-LAN und USB 3.1 vorhanden. Der maximale Speicherausbau beträgt 64 GB und im Gehäuse haben 2 2,5″ HDDs bis max. 9mm Dicke Platz.

AMD Athlon 200GE

Die AMD Athlon 200GE APU ist eine Low-Cost CPU aus der Raven Ridge Familie mit 2 Kernen in Zen-Architektur. Sie bietet 4 logische CPUs und taktet mit bis zu 3,2 GHz.

Neben der CPU ist noch eine Vega 3 Grafikeinheit verbaut, so dass auf eine dedizierte Lösung verzichtet werden kann. Mit 35 W TWP passt sie locker in die Spezifikation des DeskMini A300 und liegt leistungstechnisch doch weit über dem Turion II des N54L.

Speicher

Ein Barebone muss neben der CPU natürlich noch mit flüchtigem und permanentem Speicher bestückt werden. Der Athlon 200GE unterstützt DDR4-2666 Speicher, entsprechend den Vorgaben des Boards kommt ein 2x 8 GB Kit von Crucial zum Einsatz.

Als Medium für das Betriebssystem (Ubuntu Server 18.04 LTS) kommt eine Samsung PM981 256 GB SSD im M.2 2280 Format zum Einsatz. Über NVMe angesteuert, können bis zu 3GB/s gelesen werden. Als „Bulk Version“ ohne Kühlkörper ist sie für knapp 50 EUR erhältlich.

Die eigentlichen Nutzdaten werden auf 2 Seagate BarraCuda 2000 GB HDDs abgelegt, welche über md-tools zu einem RAID 1 (also gespiegelt) verbunden sind. Bis zu 125 MB/s lesender Transfer sind möglich. Aufgrund der beengten Platzverhältnisse können keine HDDs höher als 9 mm verbaut werden, die Seagates sind 7,5 mm dick.

Fazit

Der Eigenbau auf Basis des DeskMini A300 erfüllt meine Anforderungen bis dato in vollem Umfang. Er ist klein, leistungsstark, dabei leise und günstig in Anschaffung und Unterhalt. Der gesamte Setup hat ca. 450 EUR gekostet.

Der Zusammenbau war kinderleicht, lediglich die Montage der zweiten HDD ist etwas aufwendiger, dann muss das Mainboard demontiert werden.

Die Geräuschentwicklung mit dem „boxed“ Kühler des Athlon 200GE ist moderat, für Wohn- oder Schlafzimmer sicher zu laut, steht mir allerdings ein eigener Raum für die „Haus-IT“ zur Verfügung.

Ausblick

Die Migration des N54L auf den neuen Server wird sicherlich einige Zeit in Anspruch nehmen. Vorteilhaft ist, dass schon auf dem alten Server Docker und Docker Compose zum Einsatz kommen. Nutz- und Konfigurationsdaten der Anwendungen sind daher leicht identifizier- und kopierbar.

Um meine „Skills“ im Bereich Container Orchestrierung auszubauen, werde ich wohl Kubernetes oder Rancher K3s installieren. Letzteres läuft schon auf den Raspberry Pis im Haus, so dass ein Cluster mit 4 Nodes entstünde.

Sollte da neue System wider Erwarten an seine Grenzen stoßen, bleiben mir mehrere Möglichkeiten der „vertikalen“ Skalierung: Eine leistungsstärkere CPU und/oder mehr Hautpspeicher. Auch eine „horizontale“ Skalierung ist möglich, durch mehrere Duplikate des neuen Systems. Das Volumen eines N54L (ca. 14 Liter) ist auf jeden Fall ausreichend für bis zu 6 ASRock DeskMinis.

Weiterführende Informationen

Software und Dokumentation

• Ubuntu Server
• Docker Community Edition für Ubuntu
• Rancher K3s
• Prometheus
• Homegear
• Home Assistant
• Minecraft

Produkte*

• ASRock DeskMini A300 Barebone (Produktseite)
• AMD Athlon 200GE APU boxed (YD200GC6FBBOX) (Produktseite)
• Crucial DDR4-2666 16GB Kit (CT2K8G4SFS8266)
• Samsung PM981 256GB M.2 SSD (MZVLB256HAHQ)
• Seagate BarraCuda 2000GB HDD (ST2000LM015) (Datenblatt)
• Western Digital RED 2TB 3,5″ HDD (WD20EFAX)

Der Beitrag ASRock DeskMini A300 erschien zuerst auf dahlen.org.

Hardware

Beim Thema Heimautomatisierung / Smart Home setze ich vorwiegend auf Bauteile der „Homematic“ Serie von eq-3 bzw. ELV. Sie fügen sich diskret in den vorhandenen Wohnraum ein, weil sie als Unterputz-Lösung die klassischen Komponenten (wie Schalter und Taster) ersetzen, ohne deren Optik zu stören. Durch die Verwendung eines Funkprotokolls ist außerdem keine zusätzliche Verkabelung notwendig.

Leider wirken sich bautechnische Gegebenheiten vor Ort (Stahlbeton, Leitungen und „rustikale“ Treppenläufe) negativ auf die Übertragungsqualität aus, so dass die angeforderten Aktionen (Licht an/aus, Jalousie auf/zu) nicht ausgeführt werden. Um diesen Aussetzern zu begegnen, wurden bereits zwei Gateways für Versand und Empfang von Befehlen installiert, ein dritter soll nun die verbleibende Lücke schließen.

Die für die Realisierung des Vorhabens notwendigen Bauteile sind überschaubar und kosten insgesamt ca. 80 EUR. Damit liegt die Bastellösung im Preisebereich des Homematic LAN-Gateways, aber sie ist deutlich flexibler. Die größere Antenne wird außerdem zu einer höheren Sende- und Empfangsleistung führen.

Einkaufsliste

Folgende Teile habe ich beschafft:

• ein Raspberry Pi 3 (3B/3B+)
• ein CC1101 Modul nebst Antenne
• ein USB-Stick oder eine SD-Karte mit mindestens 16GB
• ein Steckernetzteil mit 5V und mindestens 2,5A
• ein einfaches Gehäuse aus stabilem Kunststoff

Je nach Gehäuse wird der Raspberry zunächst mit der Unterseite des Gehäuses verschraubt oder dort eingesteckt. Die daraus resultierende stabile Lage macht die späteren Arbeiten einfacher. Beim hier verwendeten Gehäuse von Aukru waren Kühlkörper vorhanden, welche im Vorfeld aufzukleben sind.

Das CC1101 Modul und die Antenne habe ich von cod.m GmbH bezogen, wie auch bei den anderen Gateways. Der Aufbau ist sauber, die Qualität gut und der Betrieb ist problemlos. Außerdem liegt eine exzellente Dokumentation bei und im Homegear-Forum ist unkomplizierter Support verfügbar.

Das Modul wird auf die Pins 17/18 – 25/26 gesteckt. Aus Richtung der USB-Ports müssen 7 Header-Pin-Paare frei bleiben und aus der anderen Richtung 8 Paare. Dabei wird das Modul natürlich mit der Antennenbuchse in Richtung HDMI-Buchse aufgesteckt.

Anschließend wird im Deckel des Gehäuses mit einem 6er Holzbohrer ein Loch gebohrt. Hier wird die Aufnahme für die Antenne eingesteckt und verschraubt. Die meines Erachtens ideale Position ist in Linie mit den inneren USB-Ports, zwischen CC1101 Modul und dem Chip direkt hinter dem USB-Port. Wichtig ist, dass im geschlossenen Zustand der Antennenadapter nicht gegen Bauteile des Raspberry Pi stößt.

Ist der Antennenadapter verschraubt, wird das andere Ende auf den Anschluss des CC1101 Moduls aufgesteckt. Anschließend wird die Stab-Antenne aufgeschraubt. Dann wird das Gehäuse geschlossen, die Hardware-Arbeiten sind damit erledigt.

Software

Raspbian

Im nächsten Schritt wird die Software eingerichtet, dabei kommt wieder Raspbian 9 Lite zum Einsatz, auf die Details der Installation gehe ich an dieser Stelle nicht ein und verweise auf den entsprechenden Artikel in diesem Blog. Ich verwende bei allen RPi3 übrigens USB-Sticks, weil diese mir im Gegensatz zu mancher SD-Karte noch nie kaputt gegangen sind.

Der vorbereitete USB-Stick wird in einen Port des Raspberry gesteckt, dieser per LAN mit meinem Netzwerk verbunden und schließlich mit Strom versorgt. Die Anbindung via WLAN wird seitens Homegear wegen der daraus resultierenden Latenzen nicht empfohlen. Wer es dennoch tun möchte – hier steht wie WLAN auch „headless“ eingerichtet werden kann.

Aus Gründen der Einfachheit wird im Folgenden davon ausgegangen, dass alle Aktionen als „root“-User auf den Systemen ausgeführt werden.

Nach dem Start von Raspbian auf dem Pi und dem Zugriff via SSH oder verbundener Tastatur ist über eine Einstellung das „Serial Peripheral Interface“ (SPI) zu aktivieren. SPI ist die Schnittstelle, über welches das CC1101 Modul mit dem Raspberry Pi „Mainboard“ kommuniziert.

Die Aktivierung erfolgt durch den Parameter dtparam=spi=on in der Datei /boot/config.txt. Dieser Parameter kann am einfachsten über das Programm raspi-config im Bereich „Interface Options“ angepasst werden. Mit raspi-config kann bei der Gelegenheit auch der Hostname des Raspberry Pi geändert werden. Ein Neustart des „Raspi“ ist auf jeden Fall fällig.

Homegear Gateway

Im nächsten Schritt wird die eigentliche Homegear Gateway Software installiert, dabei greife ich auf die offiziellen Paketquellen zurück und verwende die „stable“ Version. Entsprechend der Dokumentation sind folgende Befehle auf dem Raspberry auszuführen:

$ apt install apt-transport-https
$ curl https://apt.homegear.eu/Release.key | apt-key add -
$ echo 'deb https://apt.homegear.eu/Raspbian/ stretch/' | tee /etc/apt/sources.list.d/homegear.list
$ apt update
$ apt install homegear-gateway 

Durch die obigen Kommandos wird zunächst das Homegear-Repository der Paket-Verwaltung bekannt gemacht. Danach wird der Index aktualisiert und im letzten Schritt schließlich das Paket homegear-gateway mit seinen Abhängigkeiten installiert.

Dieser letzte Schritt nimmt einige Zeit (1-3 Minuten) in Anspruch, weil die Voraussetzungen für die spätere, verschlüsselte Kommunikation mit dem Homegear Master geschaffen werden.

Nun gilt es Homegear Gateway zu konfigurieren, so dass das verbaute CC1101 Modul verwendet und die Kommunikation mit Homegear ermöglicht wird. Die notwendigen Änderungen sind in der Datei /etc/homegear/gateway.conf vorzunehmen, welche in einem Editor (z.B. nano) zu editieren ist.

Basierend auf der Dokumentation zum CC1101 Modul von von cod.m zu ist der Abschnitt HomeMatic TICC1101 example config wie folgt zu ändern:

#{{{ HomeMatic TICC1101 example config
## The device family the gateway is for.
family = HomeMaticCc1101

## The device to use
device = /dev/spidev0.0

## The interrupt pin to use. "0" for GDO0 or "2" for GDO2.
## You only need to connect one of them. Specify the GPIO
## you connected the interrupt pin to below.
interruptPin = 0

## The GPIO GDO0 or GDO2 is connected to. Specify which GDO to use above.
gpio1 = 25

#}}}

Außerdem wird für die spätere Integration das automatisch generierte Konfigurationspassword (configurationPassword) benötigt. Dieses bitte in der Zwischenablage oder an geeigneter Stelle notieren.

Nach dem Speichern der Änderungen und dem Verlassen des Editors wird homegear-gateway noch für den automatischen Start nach einem Boot angemeldet und neu gestartet.

$ systemctl enable homegear-gateway
$ systemctl restart homegear-gateway

Damit sind die Vorbereitungen für den Gateway abgeschlossen, mit dem notierten configPassword, der IP-Adresse und dem Hostnamen des Gateway-Rechners geht es nun in Richtung Homegear „Master“, um die Verbindung zu initiieren.

Homegear Master

Wie gesagt agieren die Raspberry Pi als Gateways, welche Informationen zwischen den verbundenen Homematic-Geräten und dem Master austauschen. Die Anbindung der Gateways an den Master ist in der Dokumentation von Homegear ausreichend genau beschrieben. Für diesen Artikel ist daher die Kurzfassung ausreichend, wobei davon ausgegangen wird, dass auf dem Master die Pakete homegear, homegear-homematicbidcos und homegear-management nebst Abhängigkeiten installiert und konfiguriert sind.

Zunächst wird via Homegear Management eine sog. Certificate Authority (CA) erzeugt, welche später die Zertifikate für die verschlüsselte Übertragung zwischen Master und Gateway beglaubigt:

homegear -e rc 'print_v($hg->managementCreateCa());'

Der Befehl wird asynchron im Hintergrund ausgeführt. Der Fortschritt kann durch wiederholten Aufruf des folgenden Befehls überprüft werden. Er ist abgeschlossen, sobald das Feld exitCode im Ergebnis den Wert 0 hat:

homegear -e rc 'print_v($hg->managementGetCommandStatus());'

Sobald die CA angelegt wurde, kann das notwendige Client-Zertifikat für das Gateway erzeugt werden. Dabei ist der Platzhalter <HOSTNAME> durch den Hostnamen des Gateway-Raspberry zu ersetzen:

homegear -e rc 'print_v($hg->managementCreateCert("<HOSTNAME>"));'

Auch dieser Befehl wird asynchron im Hintergrund abgearbeitet. Wieder kann der Fortschritt über $hg->managementGetCommandStatus() (s.o.) überprüft werden.

Ist auch dieser Vorgang abgeschlossen, können alle erzeugten und notwendigen Zertifikate an das Gateway übertragen werden, welches unmittelbar danach seine Arbeit aufnimmt und für eingehende Verbindungen zur Verfügung steht.

Die Platzhalter sind wie folgt zu ersetzen:

• <IP> mit der IP des Gateways
• <HOSTNAME> mit dem Hostnamen des Gateways
• <PASSWORD> mit dem oben notierten Wert des Parameters
  configurationPassword aus der gateway.conf Datei.

homegear -e rc '$hg->configureGateway("<IP>", 2018, file_get_contents("/etc/homegear/ca/cacert.pem"), file_get_contents("/etc/homegear/ca/certs/<HOSTNAME>.crt"), file_get_contents("/etc/homegear/ca/private/<HOSTNAME>.key"), "<PASSWORD>");'

Vor einem Neustart von Homegear auf dem Master sind die Details des neuen Gateways noch in die Konfiguration der Homematic/BidCoS-Gerätefamilie einzutragen, welche unter /etc/homegear/families/homematicbidcos.conf abgelegt ist. Wieder sind die Platzhalter entsprechend zu ersetzen:

#######################################
########## Homegear Gateway  ##########
#######################################

## The device family this interface is for
[Homegear Gateway]

## Specify an unique id here to identify this device in Homegear
id = <HOSTNAME>

## When default is set to "true" Homegear will assign this device
## to new peers.
default = false

## Options: cul, cc1100, coc, cunx, hmcfglan, hmlgw, hm-mod-rpi-pcb, homegeargateway
deviceType = homegeargateway

## The host name or IP address of the gateway
host = <IP>

## The port of the gateway
port = 2017

## The CA certificate
caFile = /etc/homegear/ca/cacert.pem

## The client certificate
certFile = /etc/homegear/ca/certs/<HOSTNAME>.crt

## The client key file
keyFile = /etc/homegear/ca/private/<HOSTNAME>.key

## Use the ID defined above to verify the common name of the certificate
## Default: false
useIdForHostnameVerification = true

## Default: responseDelay = 95
## Should be "95" for CUL or COC, "100" for TI CC1101, "98" for Homegear Gateway and "60" for HM-CFG-LAN or HM-LGW
responseDelay = 98

Abschließend muss ein letztes Mal homegear auf dem Master neu gestartet werden und wenn alles korrekt installiert und konfiguriert wurde, sollten nach wenigen Minuten BidCoS Pakete über das neue Gateway empfangen werden. Entsprechende Logmeldungen in /var/log/homegear/homegear.log folgen dabei diesem Muster:

HomeMatic BidCoS packet received (<HOSTNAME>, RSSI: -45 dBm)

Weiterführende Informationen

Software und Dokumentation

• Certificate Authoritfy für Homegear einrichten
• Einen Homegear-Gateway verbinden
• Homegear: Pakete für Rasbpian 9 (Stretch), „stable“
• Homepage von Homegear
• Support im Homegear Forum
• Wikipedia: Serial Peripheral Interface

Produkte*

• cod.m CC1101 SPI Bundle 18cm/3.0dBi
• Raspberry Pi 3 Modell B
• Aukru Micro-USB Netzteil, 5V 3A
• Aukru Gehäuse für Raspberry Pi 3
• SanDisk Ultra Fit 16GB USB 3.0 Stick
• Homematic LAN Gateway

Der Beitrag Homegear-Gateway mit CC1101 und Raspberry Pi 3 erschien zuerst auf dahlen.org.

Laut der Projektbeschreibung auf Github handelt es sich bei esphomelib von Otto Winter um „a framework for using your ESP8266/ESP32 devices with Home Assistant“. Und tatsächlich ist esphomelib mehr als eine weitere Firmware für ESP8266/ESP32 MCUs: Neben entsprechenden Bibliotheken werden auch Werkzeuge geliefert, welche das Erstellen und Einspielen angepasster Firmware zum Kinderspiel machen. Vor allem aber ist esphomelib auf die einfache Verbindung mit Home Assistant ausgerichtet und nutzt hierfür das MQTT-Discovery Feature von HA

Home Assistant MQTT Discovery

Bei MQTT-Discovery wird die MQTT-Anbindung von Home Assistant aktiviert und es wird auf eingehende (Konfigurations-) Nachrichten auf vorgegebenen Kanälen (Topics) gelauscht. Die so gewonnenen Informationen werden von HA genutzt um automatisch neue Geräte (Entity) einzurichten. Details finden sich in der Dokumentation von Home Assistant.

Um MQTT-Discovery mithilfe des in HA eingebetteten MQTT Brokers zu aktivieren, ist folgende Ergänzung in der configuration.yaml von Home Assistant vorzunehmen:

mqtt: 
  discovery: true
  username: homeassistant
  password: mypassword

Sollte ein externer Broker eingesetzt oder weitere Einstellungen vorgenommen werden, ist entsprechend der Anleitung zu verfahren. Ein Passwort ist seit Home Assistant 0.76 Pflicht.

Anschließend ist Home Assistant neu zu starten. Wer – wie ich – Home Assistant in einem Docker-Container laufen lässt, muss entweder den Port 1883 durchschleifen (docker -p 1883:1883 …) oder das Host-Network verwenden (docker –net=host …). War die Konfiguration korrekt und der Neustart erfolgreich, taucht ein neues Symbol in den Entwickler-Werkzeugen von HA auf ().

esphomelib / esphomeyaml

Um die Installation und Verwendung von esphomelib erheblich zu vereinfachen, stellt Otto Winter ein Werkzeug namens esphomeyaml zur Verfügung. esphomeyaml unterstützt bei der Erzeugung einer esphomelib-Konfiguration auf YAML-Basis, sowie bei der Erzeugung und Übertragung der der daraus abgeleiteten Firmware. Es wird auch ein Docker-Image angeboten, welches alle Abhängigkeiten für esphomelib enthält.

Anlegen einer Konfiguration mit Docker und esphomeyaml

Der folgende Abschnitt ist im Wesentlichen eine Zusammenfassung der Getting Started with esphomeyaml Anleitung für die Verwendung mit Docker. Zunächst wird der Wizard von esphomeyaml verwendet, um eine Basis-Konfiguration zu erstellen.

docker run --rm -v "$PWD":/config -it ottowinter/esphomeyaml myfile.yaml wizard

Der Befehl startet einen temporären Docker-Container, in welchem der esphomeyaml-Assistent ausgeführt wird und interaktiv bei der Erstellung einer Konfiguration (Dateiname myfile.yaml) unterstützt. Die (aktuell) 5 Bereiche mit teilweise mehreren Fragen sind ausführlich dokumentiert, daher hier in aller Kürze:

Core und Platform

name

Ein symbolischer Name, welcher u.a. in Home Assistant Verwendung findet. Erlaubt sind Buchstaben, Ziffern und der Unterstrich. Empfohlen wird der Raumname, in welchem der MCU zum Einsatz kommt (z.B. wohnzimmer)

ESP32/ESP8266

Plattform, welcher der MCU zugeordnet wird. Neben ESP8266 werden auch die moderneren ESP32-Module unterstützt. Die Frage dient der Vorauswahl für die möglichen Antworten der nächsten Frage. Für den Wemos D1 Mini ist hier ESP8266 zu wählen.

board

Hier ist das verwendete Board genauer zu spezifizieren. Eine Liste der unterstützten Boards (und der jeweiligen Kürzel) findet sich bei platform.io. Für den Wemos D1 Mini ist hier d1_mini anzugeben.

Wifi

Der nächste Satz an Fragen beschäftigt sich mit dem zu nutzenden WLAN Netzwerk. Es werden nacheinander die Netzwerk-Kennung (SSID), sowie das Passwort (PSK) abgefragt.

MQTT

Schließlich werden Details zum zu nutzenden MQTT-Broker abgefragt, im Detail

• die IP-Adresse des MQTT-Brokers
• ein eventueller Benutzername für den Zugriff
• ein Passwort für den Zugriff auf den MQTT-Broker

Wird – wie in diesem Beispiel – der interne MQTT-Broker von Home Assistant verwendet, entspricht die IP-Adresse der des (Docker-) HA-Hosts, Username und Password sind entsprechend der MQTT-Konfiguration in Home Assistant vorzunehmen.

Over-the-Air

Ein weiteres cooles Feature ist die Möglichkeit zum Over-the-Air-Update (OTA), welches genutzt werden kann, sobald die esphomelib-Firmware erstmalig erfolgreich (via USB) auf die MCU überspielt wurde. Aus Sicherheitsgründen kann hierfür ein Kennwort vergeben werden.

Anpassen der Konfiguration

Als Ergebnis des vorherigen Abschnitts findet sich im aktuellen Verzeichnung nun eine Datei namens myfile.yaml, welche die Basics der Firmware definiert. Nun gilt es die mit dem Board verbundenen Geräte einzutragen und somit via MQTT (und damit über Home Assistant) steuerbar zu machen.

Für das auf dem Wemos D1 verbundene Relais aus dem letzten Post ist folgender Abschnitt in myfile.yaml zu ergänzen:

switch:
  - platform: gpio
    name: "steckdose"
    pin: D1

Damit wird esphomelib konfiguriert, gegenüber Home Assistant einen Schalter (switch) auszuweisen und eingehende Schaltbefehle über den GPIO-Pin D1 des Wemos D1 Mini abzubilden. Sind weitere Geräte (z.B. Sensoren) mit dem ESP8266 verbunden, ist die myfile.yaml entsprechend zu erweitern. Eine Liste der unterstützten Komponenten und entsprechende Konfigurationsbeispiele finden sich in der esphomeymal-Dokumentation.

Firmware erstellen und übertragen

Ist die Konfiguration vollständig, kommt wieder Docker zum Einsatz, um die Firmware zu erstellen, zu übertragen und auf dem ESP auszuführen. Vorher ist die MCU natürlich mit dem PC via USB zu verbinden. Unter Linux wird dabei ein serielles Device (z.B. /dev/ttyUSB0) angelegt, welches an den Docker-Container durchgeleitet werden muss. Außerdem muss der Container im „privileged“ Modus laufen, um die Firmware übertragen zu können. Alles nicht weiter schwierig:

 docker run --rm -v "$PWD:/config" -v /dev/ttyUSB0:/dev/ttyUSB0 \
  --privileged -it ottowinter/esphomeyaml myfile.yaml run

Der Prozess läuft weitestgehend automatisch ab. Lediglich der Weg zur Firmware-Übertragung ist zu wählen. Bei erstmaliger Bespielung ist hier der USB-zu-serielle Port zu wählen, sollte esphomelib bereits auf dem MCU sein, kann auch OTA gewählt werden.

Found multiple serial port options, please choose one:
[0] /dev/ttyUSB0 (USB2.0-Serial)
[1] Over The Air (d1mini_1.local)

Nach der Übertragung bleibt die Verbindung zum Wemos D1 Mini offen und das Gerät wird neu gestartet. Boot und andere Meldungen (z.B. die Verbindung zum WLAN und zum MQTT-Broker) werden via Docker-Container ausgegeben, bis dieser beendet wird (mittels Strg-c). Die eigentliche Firmware läuft natürlich auch danach weiter.

Nutzung in Home Assistant

Durch die Verwendung von MQTT-Discovery wird der an den Wemos angeschlossen Switch (das Relais) direkt in Home Assistant angelegt. In der Zustandsansicht () wird es – gemäß meinem Beispiel als switch.steckdose geführt. Dort besteht auch die Möglichkeit über das -Symbol einen Test-Dialog zu öffnen und sich vom (hoffentlich) erfolgreichen Ergebnis der Operation zu überzeugen.

Latenz

Das nachfolgende Video demonstriert die geringe Latenz zwischen der Anforderung in Home Assistant und der Umsetzung durch esphomelib. Home Assistant inkl. des eingebetteten MQTT-Brokers laufen dabei auf einem Raspberry Pi 3B. Das Mobiltelefon und der D1 Mini sind im gleichen WLAN, also per Access Point und Gigabit-LAN mit dem Raspberry verbunden. Das sichtbare Kabel geht zu einer USB Power-Bank. Eine Verzögerung zwischen Antippen des User Interfaces und Schalten des Relais (rote LED) ist faktisch nicht feststellbar.

Fazit

Die Verwendung von esphomelib bzw. esphomeyaml für ESP-Module in Verbindung mit dem MQTT-Discovery-Feature von Home Assistent ist aktuell die einfachste, mir bekannte Möglichkeit diverse Aktoren oder Sensoren zu kontrollieren und zu steuern. Die vom esphomelib-Projekt bereitgestellten Werkzeuge greifen sehr gut ineinander und erlauben die Konfiguration und Übertragung der Firmware auch ohne Programmier-Kenntnisse.

Für Verwender von HASS.io, der „Appliance“-Variante von Home Assistant existiert sogar ein entsprechendes Add-On, um esphomelib/esphomeyaml direkt aus HASS.IO anzusteuern. Sogar eine web-basierte Variante des Wizards wird hier geboten.

Weiterführende Informationen

Software und Dokumentation

• esphomelib-Homepage
• esphomelib-Projekt auf Github
• Getting Started with esphomeyaml
• durch esphomelib/platform.io unterstützte Komponenten
• Home-Assistant MQTT Auto-Discovery
• HASS.IO

Produkte*

Die folgenden Produkte wurden im Artikel besprochen bzw. verwendet:

• Wemos D1 Mini bei Ali Express
• Wemos D1 Mini bei Amazon
• Wemos Relay Shield (und Nachbauten) bei Ali Express
• Wemos Relay Shield bei Amazon

Der Beitrag ESP8266 via esphomelib mit Home Assistant verbinden erschien zuerst auf dahlen.org.

ESP8266

Mit dem ESP8266 hat die chinesische Firma espressif eine Mikro-Controller-Familie im Programm, aus welchem sich günstige Boards mit CPU, RAM, Flash Speicher und WLAN erstellen lassen. Dazu kommen – je nach Version – bis zu 12 GPIO-Pins zum Messen, Regeln und Schalten. Die Programmierung kann in (Arduino-) C, Python oder Lua erfolgen, doch für eine einfache via WLAN schaltbare Steckdose ist das nicht notwendig. Die lästige Konfiguration wird für uns die freie Software ESPEasy übernehmen.

Wemos D1 Mini

In meinem Haushalt befinden sich aktuell 2 Boards mit ESP8266 CPU:

1. ein NodeMCU Board als Entwickler-Platine auf einem Steckbrett und
2. ein Wemos D1 Mini für den praktischen Einsatz.

Das D1 Mini Board gibt es für ca. 3 USD z.B. bei Ali Express aus China oder für ca. 8 EUR von Amazon. Es bietet 4MB Flash Speicher, 11 digitale und 1 analogen Ein/Ausgang und natürlich WLAN (802.11 b/g/n, 2,4GHz). Über eine Micro-USB-Buchse kann der D1 mit Strom und frischer Firmware versorgt werden. Auch serielle Kommunikation ist hierüber möglich.

Wemos Relay Shield

Für eine echte WLAN-Steckdose braucht es natürlich mehr als 5V Gleichstrom, ein Relais wird benötigt, um auch eine 230V Wechselstrom-Phase zu schalten. Hier kommt das Wemos Relay Shield für den D1 ins Spiel. Es schaltet das an der mittleren Schraubklemme anliegende Potential (den Strom) wechselseitig auf einen der beiden äußeren Ausgänge.

Wichtiger Hinweis: Die unsachgemäße Handhabung von 230V Wechselstrom birgt die Gefahr schwerer oder gar tödlicher Verletzungen. Personen ohne entsprechende Sachkenntnis sollten von entsprechenden Experimenten absehen und stattdessen sich an eine qualifizierte Fachkraft wenden.

Das Relay Shield ist für unter einen Dollar bei Ali Express bestellbar oder für ca. 7 EUR bei Amazon. Sowohl der D1 als auch das Relay Shield kommen ohne montierte Pfostenleiste bzw. -stecker, sie liegen allerdings bei. Wer nicht Löten möchte, kann auch mit Kabelbrücken oder einem Breadboard arbeiten. Es sind die Pins GND, +5V und D1 zu verbinden.

Mit ungefähr gleichen Ausmaßen wie der D1 ergibt sich eine kompakte Einheit, welche z.B. in einem Auf- oder Unterputz-Gehäuse neben der eigentlichen Steckdose untergebracht werden kann.

Investiert man etwas Geduld und bestellt die Komponenten in China, zahlt man für D1 Mini, das Relais und Versand unter 5 EUR. Hinzuzurechnen sind die eigentliche Steckdose, ein 230V/5V AC/DC Netzteil (extern oder als Bauteil) und ggfs. ein Gehäuse. Ich glaube, dass man letztendlich in der Nähe von 10-12 Euro landen wird. Fertige Steckdosen wie die HS100 von TP-Link kosten rund 20 Euro.

ESPEasy

ESPEasy ist eine freie Firmware für ESP8266-Boards. Sie vereinfacht die Konfiguration des ESP8266 durch ein schlankes Web-Interface. Via ESPEasy können eine Menge Sensoren und Aktoren (Schalter) mit einem ESP8266-Board verbunden werden, ohne das Programmierung notwendig ist.

ESPEasy ist aktuell in mehren Versionen erhältlich:

• master beinhaltet die stabile Version 1.x, welche allerdings keine Aktualisierung mehr erhält
• mega ist der aktuelle Entwicklungszweig, welcher auf die Veröffentlichung der Version 2.0.0 abziehlt
• v2.0 sind sog. release candidates, also Test-Abzüge des mega-Zweigs, welche für die meisten Anwendungen ausreichend stabil sein sollten

Installation

Ich verwende aktuell die Version 2.0-20180322, welche direkt von Github heruntergeladen wurde. Auf den Prozess des flashens und die Konfiguration für das heimische WLAN gehe ich hier im Detail nicht ein. Der Vorgang ist im ESPEasy Wiki unter Get Started ausreichend beschrieben und wirklich einfach:

1. D1 Mini per USB mit PC verbinden
2. das Firmware-Archiv herunterladen und entpacken
3. enthaltenes Programm ESPEasy Flasher (FlashESP8266.exe) starten
4. COM-Port und Firmware-Variante wählen und flashen – fertig

Bei einem initialen ESPEasy Flash verbindet man sich dann mit dem WLAN ESP_Easy_0 (Passwort configesp) und gibt im sog. Captive Portal (oder unter http://192.168.4.1) die Zugangsdaten für das heimische WLAN ein. Bei nachfolgenden Firmware-Updates bleibt die Konfiguration bestehen und der D1 bleibt im eigenen WLAN.

Steuerung

Bereits jetzt ist eine Steuerung des GPIO Pins D1 und damit des Relais möglich. ESPEasy stellt dazu eine HTTP-basierte Schnittstelle zur Verfügung, welche in der Command Reference beschrieben ist.

Unter der Annahme, das der D1 mini im eigenen WLAN die IP 192.168.0.2 zugewiesen bekommen hat, sind folgende URLs im Browser oder mit cURL aufzurufen:

• http://192.168.0.2/control?cmd=GPIO,5,0 schaltet den GPIO Pin D1 auf low und das Relais stromlos. Entsprechend sind der mittlere (Eingang) und der rechte Kontakt (Ausgang R) der Schraubklemme verbunden
• http://192.168.0.2/control?cmd=GPIO,5,1 schaltet den GPIO Pin D1 auf high und das Relais zieht an. Der mittlere Kontakt ist jetzt mit dem linken Kontakt (Ausgang L) der Schraubklemme verbunden

Während es sich bei GPIO D1 um den GPIO Namen handelt, ist für den Schaltvorgang die logische GPIO Nummer zu übergeben. Für GPIO D1 ist dies Pin Nummer 5. Eine Tabelle, welche GPIO Name und Nummer aufführt, ist in der ESPEasy Dokumentation unter Configuration zu finden.

Fazit

Einfache, günstige ESP8266-Hardware und eine frei verfügbare, mächtige und dennoch einfach zu bedienende Software sind für den Aufbau einer WLAN-Steckdose erhältlich. Die Hardware-Arbeiten sind überschaubar, Programmierung und Konfiguration werden von ESPEasy übernommen.

Auch wenn kommerziell erhältliche Lösungen wie der HS100 schicker und einfacher in der Handhabung sind – sie haben ihren Preis. Und wohin und an wen die oftmals notwendigen Apps unsere Daten schicken, wissen wohl nur die Autoren selbst.

Der erste Schritt zur Verwendung der ESP8266-Steckdosen im Smart Home ist am Ende dieses Beitrags erreicht. In einem Folgeartikel werde ich auf die Anbindung an Home Assistant via REST und MQTT eingehen. Stay tuned!

Weiterführende Informationen

Software und Dokumentation

• Wemos D1 Mini Produktseite
• Wemos D1 Relay Shield Produktseite
• ESP Easy: Get Started
• ESP Easy: Flashing NodeMCU & Wemos D1 mini
• ESP Easy: Command Reference
• ESP Easy: Hardware Configuration
• ESP Easy v2.0-20180322 auf github.com
• Wikipedia: Captive Portal
• Home Assistant auf einem Raspberry Pi betreiben

Produkte*

• Wemos D1 Mini bei Ali Express
• Wemos D1 Mini bei Amazon
• Wemos Relay Shield (und Nachbauten) bei Ali Express
• Wemos Relay Shield bei Amazon
• NodeMCU bei Amazon
• Elegoo Electronic Fun Kit
• TP Link HS100 WLAN Steckdose

Der Beitrag WLAN-Steckdose mit ESP8266 und ESPEasy erschien zuerst auf dahlen.org.

Im privaten Umfeld stehen die verwandten Themen Heimautomatisierung und Smart Home im Fokus. Eine sehr gute Basis dafür sind ein Raspberry Pi 3, Docker und Home Assistant …

In den letzten beiden Jahren habe ich viel Zeit (und Geld) in die Vernetzung unseres Heims gesteckt. Bereits vorhandene Gerätschaften (wie Computer, AV-Receiver und Fernseher) wurden um neue Aktoren zum Schalten und Sensoren zum Messen ergänzt.

Im Mittelpunkt der Installation stehen dabei ein Raspberry Pi 3 und Home Assistant.

Raspberry Pi 3

Der Raspberry Pi 3 ist die ideale Plattform für Heimautomatisierung, nicht nur für Home Assistant. Er ist ausreichend schnell, bietet ausreichend Speicher und seine USB- und GPIO-Ports können für die Anbindung diverser Systeme und Standards (ZWave, Zigbee) genutzt werden. Außerdem verbraucht er minimal Strom und kann daher ohne Belastung des Öko-Gewissens 24/7 betrieben werde.

Dieser Artikel geht entsprechend davon aus, dass ein Raspberry Pi 3 mit einem aktuellen Raspbian Linux versorgt wurde und im heimischen Netz via LAN der WLAN erreichbar ist. Für Unterstützung bei der Einrichtung kann auf meine anderen Artikel zu diesem Thema zurückgegriffen werden.

Die Zusammenführung der teilweise isolierten Systeme übernimmt dabei die Software Home Assistant. Es gibt viele Wege Home Assistant auf einem Raspberry Pi zu installieren und alle sind hervorragend dokumentiert. Allerdings habe ich mich weder für eine direkte Installation via pip, noch für die Verwendung von hass.io entschieden, sondern für einen Mittelweg: Docker.

Docker

Der Grund ist einfach: Ich verwende auf dem Raspberry Pi Raspbian, also ein Debian Derrivat. Und die Paketverwaltung von Debian ist apt. Die Verwendung anderer Paketmanager, wie pip für Python oder npm für NodeJS, führt m.E. nur zu Chaos.

Andererseits möchte ich den Raspi nicht in eine Appliance verwandeln, sondern durchaus auch mit anderen Aufgaben bedenken. Ansätze wie HASS.IO oder Hassbian erschwerden dies durch die notwendige Abschottung des unterliegenden Betriebssystems.

Software, welche nicht per apt zur Verfügung steht wird also in einem Docker Container betrieben, um die Auswirkungen auf das Hostsystem zu minimieren.

Installation von Docker

Docker ist aktuell in den Raspbian Repositories vorhanden (Paket docker.io) und könnte somit direkt via apt installiert werden. Doch die Entwicklung von Docker läuft schneller als die Release-Zyklen von Raspbian, so dass ich das offizielle Docker-Respository nutze, um die aktuellste Version via apt installieren zu können.

$ curl -sSL https://get.docker.com | sh

Wer sich in das ausgeführte Skript einarbeitet erkennt, dass hier lediglich die Schritte zur Anbindung des Docker Debian Respositories inkl. GPG-Key Download automatisiert werden. Sie können alle auch manuell ausgeführt werden, aber das Skript ist einfach convenient.

Damit wir docker als regulärer Benutzer ohne sudo ausführen können, fügen wir – wie empfohlen – den aktuellen Benutzer der Gruppe docker hinzu. Der hier bespielhaft genannte Account pi ist durch den tatsächlichen Benutzernamen zu ersetzen:

$ sudo usermod -aG docker pi

Nach einer Ab- und Anmeldung sollte sich nun ein erster Docker Container ausführen lassen:

$ docker run --rm hello-world

Home Assistant

Nun da Docker einsatzbereit ist, können wir Home Assistant installieren und im Container betreiben. Für diese Einführung belasse ich die Konfiguration von Home Assistant unverändert, d.h.:

• es wird die integrierte SQLite Datenbank verwendet
• die Home Assistant Oberfläche ist auf Port 8123 zu erreichen
• die discovery-Komponente durchsucht das lokale Netz nach bekannten IoT-Geräten

Installation von Home Assistant mit Docker

Docker Container sind vergänglich (ephemeral), ebenso wie die in ihnen verwendeten Daten. Um Konfiguration und andere Laufzeitdaten zu persistieren, müssen wir Docker einen Platz zum Speichern außerhalb des Containers zuweisen. Dort wird Home Assistant seine initiale Konfiguration erzeugen und dauerhaft verwenden.

Zunächst erstellen wir ein lokales Verzeichnis (der Name ist beliebig):

$ cd ~
$ mkdir home-assistant

Anschließend starten wir unseren Container auf Basis des offiziellen Home-Assistant Images für den Raspberry Pi 3:

$ docker run -d  \
  --name=hass --net=host --restart=always \
  -v $PWD/home-assistant:/config \
  -v /etc/localtime:/etc/localtime:ro \
  homeassistant/raspberrypi3-homeassistant:latest

Durch obigen Befehl wird die aktuelle Version des Docker Image (und seine Basis) von Home Assistant für Raspberry Pi 3 heruntergeladen und ein darauf aufbauender Container namens „hass“ wird gestartet. Das lokale Verzeichnis home-assistant und die Zeitzone werden in den Container eingebunden. Die genaue Bedeutung der Parameter kann per $ docker run --help ermittelt werden.

Der Vorgang dauert ein wenig, aber nach einigen Sekunden sollte das Web-Interface von Home Assistant über den DNS-Namen oder die IP-Adresse des Raspberry zugänglich sein, z.B. http://raspberrypi:8123/.

Der tatsächliche Inhalt des Willkommen-Bereichs kann sich unterscheiden, da die in Home Assistant enthaltene Discovery Komponente möglicherweise Geräte (z.B. Philips Hue, Google Home oder Sonos Lautsprecher) bereits aufgespürt und eingebunden hat.

Konfiguration von Home Assistant

Das lokale Verzeichnis (home-assistant) wurde dem Container zur Verfügung gestellt. Entsprechend hat Home Assistant hier seine initiale Konfiguration abgelegt. Da der Container mit den Rechten des aktuellen Benutzers gestartet wurde, sind auch die Konfigurationsdateien in seinem Besitz. So kann jetzt mit einem Editor (z.B. vi oder nano) die grundsätzliche Konfiguration unter home-assistant/configuration.yaml bearbeitet werden. Beispielhaft kann der Eintrag „introduction:“ (ca. Zeile 17) entfernt werden, um den Einführungstext zu verwerfen.

Neustart von Home Assistant

Bei Änderung der Core-Konfiguration ist Home Assistant neu zu starten. Auch wenn dies über die Web-Oberfläche möglich ist (unter Einstellungen), ist der Neustart des Docker Containers oft die schnellere Lösung:

$ docker restart hass

Aktualisierung des Containers

Etwa alle 2 Wochen erscheint eine neue Version von Home Assistant, dazwischen werden Minor Releases mit Korrekturen veröffentlicht. Auch die Docker Images werden dabei zeitnah aktualisiert und können für neue Container-Instanzen verwendet werden. Existierende Container verwenden jedoch immer ihr ursprüngliches Image, daher ist die laufende Instanz zunächst zu löschen (keine Sorge, die Konfiguration im lokalen Verzeichnis bleibt bestehen):

$ docker rm -f hass

Anschließend kann ein neuer Container wie oben beschrieben gestartet werden.

Fazit

Der Einstieg in die Heim-Automatisierung ist einfach und kostengünstig möglich. Viele Geräte im Haushalt sind bereits netzwerk-fähig und können über diese Schnittstelle überwacht oder gesteuert werden. Andere dienen als einfache Sensoren, so kann ein Router zur Erkennung anwesender Mobiltelefone beitragen. Und nicht zuletzt existiert bereits eine Fülle von Internet-Diensten, welche als Signale in der Steuerung des Smart Home genutzt werden können.

Home Assistant ist eine einfach zu installierende und leicht zu verwendende Software, welche wie geschaffen für einen Raspberry Pi (3) ist. Die gute Dokumentation und eine aktive Community erleichtern den Einstieg und stehen für Fragen und Ratschläge zur Verfügung.

Weiterführende Informationen

Software und Dokumentation

• Home Assistant
• Home Assistant: Getting Started
• Home Assistant: HASS.IO
• Home Assistant Forum
• Raspbian Linux
• Raspberry Pi 3 Modell B für USB Boot vorbereiten
• Raspberry Pi Zero W headless Setup – so geht’s
• Docker Comes to Raspberry Pi
• Home Assistant: Docker Image für Raspberry Pi 3

Produkte*

Die folgenden Produkte wurden im Artikel besprochen bzw. verwendet:

• Raspberry Pi 3 Modell B

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