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.

Der Beitrag Minisforum UM690L Slim erschien zuerst auf dahlen.org.

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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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

Der Beitrag Home Assistant mit Docker auf Raspberry Pi betreiben erschien zuerst auf dahlen.org.

Raspberry Pi 3B+

Beim neuen Modell 3B+ wurde im Wesentlichen Modellpflege betrieben, in der Automobilindustrie wäre vermutlich die Rede von einem Facelift:

• die CPU Geschwindigkeit wurde von 1,2GHz auf 1,4GHz erhöht
• die Anbindung des LAN-Ports erlaubt jetzt bis zu 300MBit/s
• WLAN funkt jetzt nach 802.11ac auch im 5GHz Band
• Bluetooth 4.2 wird jetzt unterstützt

Weitere Details lassen sich der entsprechenden Ankündigung der Raspberry Pi Foundation entnehmen.

Booten von USB

Auch der 3B+ kann ab Werk nicht von USB-Medien booten. Doch analog zum Modell 3B (ohne Plus) kann dies mit wenigen Handgriffen geändert werden. Im Gegenteil, die für den 3B+ notwendige aktuelle Raspbian-Version macht den Vorgang sogar noch einfacher.

An dieser Stelle irrt der Autor, das 3B+ Modell des Raspberry Pi kann offenbar ohne Vorbereitung direkt von USB (und sicherlich auch via Netzwerk) booten. Die unten beschriebene Vorbereitung ist also für das Plus-Modell nicht notwendig, sondern nur für das Modell 3. Allerdings wird auch kein Schaden angerichtet, falls das Vorgehen für den 3B+ angewendet wird.

Für die Durchführung sind ein aktuelles Raspbian Linux, Etcher, ein guter USB-Stick (ab 16GB) und temporär eine Micro-SD-Karte (4GB) notwendig. Ich habe Produkte von SanDisk eingesetzt, welche noch in diversen Schubladen zu finden waren. Da der RPi 3B+ etwas stromhungriger ist, sollte außerdem auf ein gutes Netzteil (5,1V, 2,5A) geachtet werden.

Vorbereitung

Zunächst sind die aktuelle Raspbian (Lite)-Version und Etcher (Portable) herunterzuladen. Anschliessend sind die SD-Karte und der USB-Stick mit dem PC zu verbinden und Etcher zu starten. Evtl. Inhalte auf Stick und Karte müssen gesichert werden, denn ihr Inhalt geht durch das Flashen unwiderruflich verloren!

In Etcher wählt man folgendes Vorgehen:

• Über Select Image wählt man das heruntergeladene Raspbian-Abbild aus, z.B. 2018-03-13-raspbian-stretch-lite.zip. Das Archiv kann von Etcher direkt verarbeitet werden und muss nicht entpackt werden.
• Mittels Select Drive wählt man das zu beschreibende Medium aus. Für diesen Artikel wurde mit dem USB-Stick begonnen, aber die Reihenfolge ist letztendlich egal.
• Durch die Option Flash startet der Schreibvorgang, der je nach Rechnerleistung, Mediengröße und Lesegerät einige Sekunden bis Minuten dauert.
• Nach erfolgreicher Durchführung wählt man die Option Flash Another und beginnt mit der Vorbereitung des verbleibenden Speichermediums. In meinem Beispiel ist das die SD-Karte, welche in einem Lexar Lesegerät steckt.
• Wieder startet ein Klick auf Flash den eigentlichen Schreibvorgang. Nach Abschluss kann Etcher beendet werden.

Die Etcher-Dialog-Folge anbei nochmal in Bildern. Wie gesagt: Die Reihenfolge zwischen SD-Karte und USB-Stick ist unbedeutend, solange beide Medien mit dem selben Raspbian-Abbild beschrieben werden.

Wer den Raspberry „headless“ betreiben möchte, d.h. ohne Monitor und Tastatur, der kann jetzt auf dem USB-Stick noch die entsprechenden Vorbereitungen treffen, analog zu diesem Artikel. Andernfalls ist der Stick damit vorbereitet, er kann ausgeworfen, abgezogen und zur Seite gelegt werden.

Konfiguration

Der Inhalt der SD-Karte muss noch geändert werden, sie verbleibt zunächst im Lesegerät. Je nach Betriebssystem ist es evtl. notwendig die Karte zunächst zu entnehmen und dann wieder einzustecken, damit die Änderungen erkannt werden.

Auf der SD-Karte befindet sich nach dem Beschreiben eine Partition im DOS-Format (boot) und auf dieser wiederrum die Datei config.txt. In dieser Datei ist eine Zeile hinzuzufügen, wobei auf die Beibehaltung der Zeilenenden geachtet werden muss. Unter Windows ist daher Wordpad zu verwenden und nicht der Editor (Notepad).

Ans Ende der Datei fügen wir die Zeile program_usb_boot_mode=1 an, so dass (Stand 19.03.2018) die letzten 3 Zeilen von config.txt wie folgt aussehen:

# Enable audio (loads snd_bcm2835)
dtparam=audio=on
program_usb_boot_mode=1

Durch die neue Zeile werden beim nächsten Start des Raspberry Pi 3 (B/B+) unwiderruflich die USB- und Netzwerk- (PXE) Boot-Option aktiviert. Der Prozess ist nicht umkehrbar, da die Änderung im OTP-Speicher des RPi eingetragen wird. Details sind der Dokumentation zu entnehmen. Der Einsatz von SD-Karten ist allerdings unverändert möglich, die neue Boot-Reihenfolge lautet nun:

1. SD-Karte
2. USB-Medium
3. Netzwerk-Boot (PXE)

Aktivierung

Jetzt ist auch die SD-Karte fertig vorbereitet und kann ausgeworfen bzw. entnommen werden. Anschließend ist sie in den Raspberry einzustecken und dieser mit Strom zu versorgen. Der Startvorgang und die Aktivierung des USB-Boots läuft ohne manuellen Eingriff ab. Ein eindeutiges Zeichen für einen abgeschlossenen Boot-Vorgang gibt es leider nicht, bei meinem 3B blinkt die grüne LED jede Sekunde, beim 3B+ blitzt sie. Es ist wichtig, dass die rote LED dauerhaft leuchtet, andernfalls ist die Stromversorgung zu schwach.

Gebt dem Raspi einfach 1-2 Minuten, bevor er wieder vom Strom getrennt wird. Eventuellen Datenverlust der SD-Karte nehmen wir hin, denn sie wird nicht mehr benötigt.

Nun wird der USB-Stick in einen beliebigen Port des Raspberrys gesteckt und wieder mit Strom versorgt. Der Start sollte jetzt von USB erfolgen, wobei auch hier beim ersten Start zunächst das Filesystem auf die volle Partitionsgröße erweitert und dann automatisch neu gestartet wird.

Somit wurde der Raspberry Pi 3 auf USB-Boot umgestellt und kann nun dauerhaft ohne SD-Karte betrieben werden.

tl;dr;

Hier nochmal die Zusammenfassung:

• Für das Modell 3B+
  1. aktuelles Raspbian Lite via Etcher auf USB-Stick flashen
  2. USB-Stick einstecken und Raspberry Pi 3 starten und konfigurieren
• Für das Modell 3B:
  1. aktuelles Raspbian Lite via Etcher auf SD-Karte und USB-Stick flashen
  2. Zeile program_usb_boot_mode=1 an Datei config.txt auf SD-Karte anfügen
  3. SD-Karte in Raspberry Pi 3 einstecken, starten und wieder runterfahren
  4. SD-Karte entfernen, USB-Stick einstecken und Raspberry Pi 3 starten und konfigurieren

Links

1. Raspberry Pi Foundation: Ankündigung Raspberry Pi 3B+
2. Raspberry Pi Foundation: Dokumentation Boot-Modi
3. Raspbian Linux (Übersicht)
4. Raspbian Linux Lite (Download)
5. Etcher
6. Raspberry Pi Headless Setup

Produkte*

Die folgenden Produkte wurden im Artikel besprochen bzw. verwendet:

• Raspberry Pi 3 Modell B+
• SanDisk Ultra Fit USB Stick, 16GB, USB 3.0
• SanDisk Ultra 16GB microSDHC Speicherkarte
• RAVPower 4-Port USB Ladegerät 40W 5V /8A
• Lexar SD- und CF-Kartenleser USB 3.0

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