Archiv der Kategorie: RaspberryPI

Raspberry PI – OS tuning

Der Raspberry PI wird mittlerweile ja in vielen Anwendungen im Dauerbetrieb eingesetzt und hat dort unterschiedlichste Aufgaben zu erfüllen. Manchmal ist er ein Webserver, eine Wettersensorstation, ein NAS, oder eine Steuerung. Was auch immer. Doch meist hat ein Raspberryboard nur eine dieser Aufgaben zu erfüllen. Die Betriebssysteme bieten jedoch wesentlich mehr Funktionen und Features an, die nicht unbedingt für alle Anwendungen benötigt werden, aber trotzdem mitlaufen und Prozesszeit benötigen, oder die SD-Karte mit unnötigen Schreibzyklen belasten. Das lässt sich aber ändern.

Mein Kollege Mario Wehr hat eine Sammlung an Optimierungen zusammengestellt, die ich hier mit seiner Genehmigung veröffentlichen darf.

Xserver/Windomanager disablen
cmd: raspi-config Menp -> Boot Optins -> Desltop/CLI -> Console only with Login

GPU Shared MEM auf 16MB
cmd: raspi-config Menü -> Advanced Config -> Memory Split ->16MB

Interfaces Disable
cmd: raspi-config Menü -> Interfaced -> Alle Interfaces disablen

Entfernen nicht benötigter Kernelmodule
Bringt: Mehr Speicher für Userspace.
Schnellerer Boot.

Kernel module werden unter:
/etc/modprobe.d/{files}
ge-Blacklistet.

IPV6 disable

File: ipv6.conf
alias net-pf-10 off
alias ipv6 off

File: raspi-blacklist.conf
blacklist ipv6

Sound disable

File: raspi-blacklist.conf

blacklist snd_bcm2835
blacklist snd_soc_bcm2708_i2s
blacklist snd_soc_core
blacklist snd_compress
blacklist snd_pcm
blacklist snd_page_alloc
blacklist snd_seq
blacklist snd_seq_device
blacklist snd_timer
blacklist snd

Bluetooth disable

File: raspi-blacklist.conf
blacklist btbcm
blacklist hci_uart

File: /boot/config
dtoverlay=pi3-disable-bt

cmd: systemctl disable hciuart

UIO disable

File: raspi-blacklist.conf
blacklist uio_pdrv_genirq
blacklist uio

Verschieben von /Temp /Log ins Ram
Bringt: Die SD hält um einiges länger Schnellerer Boot

File: /etc/fstab
tmpfs /tmp tmpfs defaults,size=8M 0 0
tmpfs /var/tmp tmpfs defaults,size=8M 0 0
tmpfs /var/log tmpfs defaults,size=8M 0 0

Log anpassen
Bis auf Kernel/Daemon können alle Logs abgeschalten werden.
File: /etc/rsyslog
#cron.* /var/log/cron.log
daemon.* -/var/log/daemon.log
kern.* -/var/log/kern.log
#lpr.* -/var/log/lpr.log
#mail.* -/var/log/mail.log
#user.* -/var/log/user.log
#mail.info -/var/log/mail.info
#mail.warn -/var/log/mail.warn
#mail.err /var/log/mail.err

Log-Rotating
Da der tmpfs Space klein ist -> logrotate auf 1 bzw daliy
File: /etc/logrotate -> /etc/logrotate.d/{files}

USB Camera an Raspberry PI mit OSD

In diesem Projekt stelle ich eine Anwendung des Raspberry PI im Bereich Bilderfassung vor. Es gibt zu diesem Thema etliche Foren und Beiträge im Internet, doch eine direkt geeignete Lösung war nicht zu finden. Darum poste ich hier meine Lösung.

Als Aufgabenstellung  soll eine Platinenbohrmaschine der Firma Lemmen von der optischen Version (Bohrlochzentrierung per Lupe) in eine opto-elektronische Version (Bohrlochzentrierung auf Bildschimmonitor) kostengünstig umgebaut werden.

Lemmon „Variodrill“ Bild: Herstellerwebsite

Die Bohrmaschine soll dahingehend modifiziert werden, dass die zur Sichtkontrolle verwendete Lupe mit sechsfacher Vergrößerung durch eine Kamera ersetzt wird. Das Kamerabild soll auf einem LCD Computermonitor dargestellt werden. Eine geeignete Kamera war schnell gefunden. Hier gibt es günstige Mikroskopkameras, die eine variable Vergrößerung bis 200fach erreichen. Eine solche Kamera ist beispielsweise die DigiMicro Scale von „dnt“. Allerdings ist das eine USB-Kamera, die einen PC und eine geeignete Software benötigt, um ein Bild anzuzeigen. Und ein PC ist wiederum nicht unbedingt eine kostengünstige Lösung. Weiters käme auch eine CVBS Kamera (also eine analoge Videocamera) in Frage, die einfach an einen geeigneten Bildschim (oder PC-Monitor mit Upscaler/Converter) geschaltet werden müsste. Aber das ist nicht zeitgemäß … Weiters soll das Bild ja nicht nur das Bohrloch vergrößern, sondern auch noch die Vorzüge eines Zielvisieres, also eines Fadenkreuzes oder Kreisabsehens implementieren. Dafür bräuchte man im analogen Bereich wieder einen OSD- (OnScreenDisplay) Generator oder zumindest einen Edding, der das Kreuz gemalt auf dem Bildschirm darstellt 🙂

USB Microskopkamera

Also die Varianten PC oder analoges Kamerasystem fallen durch. Aber es gibt ja noch den Raspberry PI, den kleinen Einplatinencomputer mit einem integrierten USB-Host und wunderbaren Grafikfähigkeiten.  Das Projekt wird also mit einem Raspberry PI 3 realisiert.

 

Als Betriebssystem kommt das Raspian-Jessi zur Anwendung. Das Image kann hier heruntergeladen werden. Nach dem Entpacken der ZIP Datei und dem Beschreiben der MicroSD Karte mit dem Win32DiskImager, kann der Rasbperry gebootet werden. Jetzt gibt es zwei Möglichkeiten an den Raspberry eine Camera anzuschliessen: 

 

-mittels Flachbandkabel an den Cameraport (hier kann nur die PI-Camera angeschlossen werden)

 

-oder über den USB-Port jede USB2.0 Camera.

 

Voraussetung hierbei ist, dass die Cam auch erkannt wird. Hier kann mit >lsusb in der Linuxconsole nachgesehen werden, ob die angeschlossene Cam auch in der Deviceliste erscheint. Als einfaches Tool, um am Desktop das Camerabild zu sehen, kann guvcview verwendet werden. Das würde jetzt auch schon genügen, wenn man nur das Bild sehen will. Unser Ziel ist jedoch, in das Camerabild ein Overlay mit Fadenkreuz einzublenden.

 

Das lässt sich in Python mit der PI-camera und der der picamera Library wunderbar lösen. Die Library besitzt eine integrierte Overlayfunktion. Es geht aber auch mit der USB-Kamera. Hierfür müssen ein paar Module installiert werden. In der Linuxkonsole sind folgende Zeilen einzugeben:

 

zuerst einmal die üblichen Aktualisierungen:

 

>sudo apt-get update >sudo apt-get upgrade

dann installieren wir numpy >sudo apt-get install python-numpy und danach das Bildverarbeitungstool schlechthin: OpenCV >sudo apt-get install python-opencv

Die Python-Version die ich hier verwende ist 2.7.9

Jetzt kann ein Pythonscript erstellt werden, das die USB-Camera initialisiert, und in einer Endlosschleife die Bilder an ein Desktopfenster übergibt. Mit den Bildbearbeitungsfunktionen in opencv lässt sich auch das Erstellen eines Fadenkreuzes realisieren. Auch das Fixieren des Ausgabefensters am Desktopbildschirm ist möglich. Siehe folgendes Script:

 

 

 

</p>
<p style="text-align: justify;">#usb camera mit osd für platinenbohrsystem
#version 1.0 03/2017 by bihlo


import numpy as np
import cv2


cam = cv2.VideoCapture(0)
cam.open(0)

cam.set(3,800)
cam.set(4,600)

while(True):

# bei jedem schleifendurchlauf wird ein frame genereriert

# frame von der camera holen
ret, frame = cam.read()

# fadenkreuz mit der funktion line zeichnen mit 2 pixeln linienbreite
cv2.line(frame,(0,300),(800,300),(255,0,0),2)
cv2.line(frame,(400,0),(400,600),(255,0,0),2)

# zwei kreise zeichnen
cv2.circle(frame,(400,300), 50, (255,0,0), 2)
cv2.circle(frame,(400,300), 100, (255,0,0), 2)

#text ins bild einblenden
font = cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX
cv2.putText(frame,'Platinenbohrsystem V1.0',(10,50), font, 1,(255,255,255),2)

# ausgabe des frames in fenster/ beenden mit taste "q"
cv2.nameWindow('Platinenbohranlage CAM')
cv2.moveWindow('Platinenbohranlage CAM',0,0)
cv2.imshow('Platinenbohranlage CAM',frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break

# nach beendigung das device freigeben und das fenster schlissen
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()</p>
<p style="text-align: justify;">

 

Nach Starten des Scripts sollte am Bildschirm das Camerabild und das Fadenkreuz zu sehen sein:

Will man, dass das Pythonscript (in meinem Fall habe ich es "camtest9.py" genannt) nach dem Hochfahren und Laden des Desktops automatisch gestartet wird, so kann man am einfachsten im LXSession Configurationsfenster einen Eintrag hinzufügen. Dazu ist  im Desktopmenu unter >Einstellungen >Default applications for LXSession anzuklicken.

Im LXSession Menue ist dann unter "Autostart" der folgende Eintrag hinzuzufügen:

@python /(pfad zum pythonscript)/camtest9.py

Jetzt muß nur mehr neu gestartet werden und das Script sollte nach dem Start direkt ausgeführt werden. Die folgenden Bilder zeigen den umgebauten Variodrill...

3.2″ TFT Display an Raspberry PI

dsc_2944Der Raspberry Pi in seiner Anwendungsvielfalt wurde bisher immer als kleiner Server, oder Datenlogger, oder auch als TV-Frontend betrieben. Dabei wurde er über seinen HDMI-Ausgang an einen TV oder Monitor angeschlossen. Im Server- bzw. im Dataloggerbetrieb war kein externer Monitor notwendig. Sämtliche Einstellungen sind über die Konsole über das Netzwerk durchführbar. Will man den Raspberry aber einmal als – beispielsweise – mobiles, Akku betriebenes Gerät aufbauen, so gibt es eine Vielzahl an Anzeigenelementen und Displays. Von einfachen LC-Displays, die mehrzeilig Zeichen darstellen können, über monochrome Dot-Displays bis hin zu TFT-Farbdisplays in unterschiedlichen Größen ist hier alles erhältlich.

Ich stelle hier das 3,2 Zoll TFT 65k Farbdisplay von „joy-it.net“ vor. Das Display ist mit einem Touchscreen ausgestattet und wird über eine 26-polige Buchsenleiste direkt auf die GPIO-Pinheaderleiste des Raspberry gesteckt. Weitere Verbindungen sind nicht notwendig. Das Display hat die selben Abmessungen wie das Raspberry Pi Board und bildet so ein kompaktes, handliches PI-Paket…

dsc_2946Ist das Display aufgesteckt, und auf der SD-Karte ein Raspbian-Image mit graphischer Oberfläche installiert, dann kann es losgehen. Zur Einrichtung des Displays sind noch ein paar Schritte durchzuführen. Nach dem Einschalten wird erst einmal nur die Hintergrundbeleuchtung des Displays hell. Mehr passiert vorerst nicht. Darum verbindet man den Raspberry vorher noch einmal mit einem Monitor über HDMI oder über das Netzwerk mit einem Terminal. Hat man nun Zugriff so wird folgende Datei bearbeitet:

sudo nano /boot/config.txt

Hier sind die folgenden Zeilen am Ende einzufügen:

dtparam=spi=on
dtoverlay=waveshare32b:rotate=270

Dann die Datei speichern und den Editor wieder schließen. Jetzt die cmdline.txt bearbeiten:
sudo nano /boot/cmdline.txt

An das Ende der Zeile ist folgendes anzufügen:

fbcon=map:10

Und die Datei wieder speichern. Jetzt wird eine neue Datei erstellt:
sudo nano /usr/share/X11/xorg.conf.d/99-calibration.conf

Hier die folgenden Zeilen eintippen und die Datei wieder speichern:

Section „InputClass“
Identifier „calibration“
MatchProduct „ADS7846 Touchscreen“
Option „Calibration“ „160 3723 3896 181“ Option „SwapAxes“ „1“
EndSection

Jetzt ist noch die 99-fbturbo.conf zu editieren:

sudo nano /usr/share/X11/xorg.conf.d/99-fbturbo.conf

Hier ist in der Zeile:
Option „fbdev“ „/dev/fb0“  das fb0 in fb1 zu ändern. Das soll dann so aussehen:
Option „fbdev“ „/dev/fb1“  Und wieder speichern.

Jetzt in den tmp Ordner wechseln (cd /tmp) und folgende Datei herunterladen:
wget http://www.joy-it.net/anleitungen/rpi/tft32b/waveshare32b-overlay.dtb
und nach
sudo cp waveshare32b-overlay.dtb /boot/overlays/waveshare32b.dtbo
kopieren.

Das war´s dann schon. Mit sudo reboot und angestecktem Display dann neu starten.

dsc_2948Wenn alles geklappt hat, so sollte das Display jetzt arbeiten und der Touchscreen funktionieren.

3D-Druck, Raspberry PI und Schalten von Netzspannung

dsc_2916Heute stelle ich kurz ein Miniprojekt, das aus gegebenem Anlass enstanden ist, vor.  Zum Thema 3D-Druck mit dem Ultimaker 2 Drucker gibt es ja mittlerweile schon tonnenweise Informationen im Web. Auch die Steuerung über einen Webserver (octoprint) samt Webcameraüberwachung ist sehr gut dokumentiert und einfach zu realisieren. So haben es viele selbsternannte 3D-Drucker-Experten einfach, und können auf das umfangreiche Wissen aus dem Web zurückgreifen. An meinem Abeitsplatz im Labor ist seit kurzem auch ein Ultimaker 2+ Drucker im Einsatz und wird, da ja viele Druckaufträge oft mehrere Stunden bis zur Vollendung benötigen, per Webcam überwacht. Jetzt könnte man den Drucker unbeaufsichtigt drucken lassen und den Raum oder das Gebäude verlassen und den Fortschritt remote überwachen. Doch wenn jetzt etwas nicht nach Plan verläuft und der Druckkopf beispielsweise mit dem Druckobjekt kollidiert oder das Druckobjekt selbst nicht so gedruckt wird, wie es der Slicer vorsieht, dann kann der Drucker nicht per Remote not-abgeschaltet werden.

Da der Octoprint – Server nun aber auf einem Raspberry PI läuft, dessen GPIO Port – Pins einfach ungenutzt herumstehen 🙂 , bieten sich diese an, ein Interface zu bauen, das im Falle des Falles die Stromversorgung des Druckers abschalten kann. Eine, in ein kleines Kunststoffgehäuse eingebaute Relaisplatine soll an die GPIOs angeschlossen werden. Die Relaiskontakte werden dann daran angeschlossene Schukosteckdosen schalten. Ich habe die Relaisplatine für vier Kanäle dimensioniert, um nicht nur den Drucker notabschalten zu können, sondern zukünftig auch ein Abluftventilator etc. damit zu schalten. Die Schaltbefehle werden dann direkt am Raspberry, über z.Bsp. Python-Scripten, oder einfach nur bash commandos ausgeführt.

Hier ist die supereinfache Schaltung für den Aufbau der Relaiskarte dargestellt:

schematicgpio

Vom Papier zur fertigen Platine und diese dann in ein Gehäuse eingebaut und per 40poliger Stiftleiste und Flachbandkabel an den Raspberry PI angesteckt, ist im folgenden Bild zu sehen. Als Gerätebezeichung ist mir „Ultimaker Schukocontroller“ eingefallen. Da die Aluminium-Frontplatte des Gehäuses wegen der Aussparung für das Flachbandkabel ohnehin in den Fräsbohrplotter musste, habe ich den Schriftzug „Ultimaker Schukocontroller“ auch gleich dort verewigt.

dsc_2918

Die Hardware ist nun fertig und mit dem Raspberry verbunden. Als GPIO Pins habe ich, wie im Schaltplan zu erkennen, die GPIOs 08, 23, 24 und 25 verwendet. Als einfachen Test kann man die Relais jetzt über das Terminalfenster des Raspberry (entweder lokal, oder über einen Putty) ganz einfach ansteuern. Als Beispiel ist hier GPIO Pin8 angegeben:

sudo echo „8“ > /sys/class/gpio/export
sudo echo „out“ > /sys/class/gpio/gpio8/direction

Relais einschalten:
sudo echo „1“ > /sys/class/gpio/gpio8/value

Relais ausschalten:
sudo echo „0“ > /sys/class/gpio/gpio8/value

 

 

Raspberry als Datenlogger – Teil.3 Arduino nano als I²C Converter

DSC_4790
Raspberry PI als Datenlogger
 

Im letzten Teil des Projektes „Raspberry Pi als Datenlogger“ habe ich einen Raspberry Pi als Datenlogger für unterschiedliche Sensoren konfiguriert. Als Schnittstelle dient der I²C Bus und die RS232 Leitungen, an denen die Sensoren angeschlossen sind. Die Sensoren waren ein HYT939 (Luftfeuchtigkeit und Temperatur), ein BME280 (Luftdruck, Luftfeuchte und Temperatur) sowie ein Ultimate GPS Board an der seriellen Schnittstelle. Der Raspberry Pi ist dabei in eine Box eingebaut, wird mit einer Powerbank, die sich ebenfalls in der Box befindet, versorgt und stellt als Schnittstelle eine 8 polige RJ45 Buchse mit I²C und RS232 nach aussen zur Verfügung. An diese Buchse können dann die Sensoren angeschlossen werden.   Will man die Sensorik nun änderen, bzw. erweitern, so können einfach weitere I²C Bus – Sensoren angeschlossen werden. Es muß lediglich noch die Software (in diesem Fall Pythonscripten) angepasst werden und schon können die Daten des neuen Sensors empfangen und aufgezeichnet werden. Wie aber geht das System um, wenn der Sensor nicht über I²C spricht? Wenn zum Beispiel ein analoger Wert eingelesen werden soll? Ganz einfach: Soll die Hardware des Datenloggers nun nicht mehr modifiziert werden, so muß man einfach dafür sorgen, dass der neue Sensor, der beispielsweise analoge Spannungen ausgibt, diese an eine, nennen wir sie BlackBox weitergibt, die wiederum an ihrem Ausgang ein I²C Bussignal bereit stellt. Das kann dann wieder in das bestehende System integriert werden.

dsc_2872
Arduino Nano als I²C Converter

 

Und genau diese Aufgabe erfüllt ein Microcontroller. Praktischer Weise habe ich diesmal einen Arduino Nano dazu verwendet. Der Arduino Nano mit dem Atmega 328 besitzt ja mehrere analoge und Digitale Eingänge, sowie zwei Interrupts. Über entsprechende Libraries ist einfach das I²C Bus Protokoll zu realisieren. Somit ist das geeignete Black-Box Gerät gefunden.

 

Der folgende Arduino Code stellt einen einfachen I²C Bus Slave dar. Die Busadresse soll beispielsweise 0x08 sein, von einer Messung haben wir den Messwert 1.3321 erhalten. Dieser Wert soll bei Anfrage an diese Busadresse gesendet werden. Das Beispiel sieht wie folgt aus:


// I2C Slave
#include
int address = 8;           //i2c busaddresse
float wert = 1.3321;       // testwert .... kommt zb aus sensorberechnung

char tmp[6];
void setup() {

Wire.begin(address);           // i2c adresse 0x08
Wire.onRequest(requestEvent);  // register event
}

void loop() {}

void requestEvent() {
dtostrf(wert,1,3,tmp);      // float "wert" in char array umwandeln
Wire.write(tmp);            // char array senden
}

Im script ist eine Funktion „dtostrf“ zu sehen. Sie  wandelt den Inhalt einer Variable des Datentyps „floating point“ in ein charakter Array um. Infos sind hier zu sehen. Im Python Interpretor des Raspberry können wir nun überprüfen, ob die Daten ankommen. Doch zuvor soll der gesamte Aufbau einmal schematisch dargestellt werden.

blockschaltbild
Schematische Darstellung des Systems

Sind alle Sensoren inklusive des Arduino angeschlossen, so kann das folgende Python-Script aus der Linux Konsole des Raspberry aufgerufen werden:

 

# Reading data from arduino as sensor slave
# V0.1 by bihlo 09/2016

import smbus, time

bus = smbus.SMBus(1)    # Raspberry Rev. 2
address = 0x08          # Fixed default address of Arduino

# Initialize sensor to acquire measurements
#def MeasurementRequest():
# void = bus.write_quick(address)
#time.sleep(0.1)

# Read from bus
def ReadMeasurement():
void= bus.write_quick(address)

time.sleep(0.1)
# Acquire 6 byte from sensor
Readout = bus.read_i2c_block_data(address,0,6)

out=''.join(chr(i) for i in Readout) #byte array von ascii in string wandeln

print "Antwort vom Arduino: ", Readout, " ."
print "Antwort als String:  ", out

ReadMeasurement()

Wenn der Python Interpretor jetzt keinen Fehler meldet und der Inhalt der Variable „wert“ des Arduino in Ascii und im Klartext dargestellt wird, dann kann jetzt mit einem „richtigen“ Messwert eines Sensors weiter gearbeitet werden.

dsc_2873
Partikeldetektor

Als Sensor soll an an den Arduino ein DSM501 Dust Sensor Module angeschlossen werden. Der DSM501A ist ein Staubsensor, der mit 5V bei einer Stromaufnahme von 90mA betrieben wird. Er erkennt Partikel ab einer durchschnittlichen Größe von 1µm bei einer Konzentration von 0 bis ca. 1.4mg pro Kubikmeter Raumluft. Laut Datenblatt und Herstellerinformationen wird die Luft im Bereich der Messkammer erhitzt, sodass eine Luftzirkulation entsteht. Die sich ständig bewegende Luft wird mit einem getakteten Lichtstrahl beleuchtet. Ein in einem Winkel zur Lichtquelle angebrachter Fotodetektor empfängt nun, im Falle dass sich Partikel im Licht befinden, dessen Streulicht. Die Intensität des Streulichtes ist von der Anzahl und Größe der Partikel abhängig und kann so erfasst werden. Als Ausgangssignal erzeugt der Sensor ein Puls/Pausensignal mit einer Periode von 100ms. Das Verhältnis von High- zu Lowtime stellt nun die Grundlage für die Berechnung der Partikelanzahl bzw. -dichte dar. Über einen Countereingang des Arduino werden die Impulse gemessen und der korrespondierende Partikelwert errechnet. Dieser Wert wird nun wie oben beschrieben als Busdatum für den I2C Bus herangezogen und bei Auslösen des Bus Events übertragen. Somit hat der Arduino die Aufgabe eines einfachen Protokollkonverters übernommen. Mit dieser Methode lassen sich alle möglichen Messwerte so aufbereiten, dass der Raspberry mit einer Schnittstelle damit umgehen kann.

Wie das im Detail funktioniert und wie der Code dazu aussieht, werde ich vielleicht später einmal posten.

Guter Ton mit Raspberry PI

Nach schon einigen Projekten und Versuchen mit dem Raspberry PI, bin ich immer wieder einmal auf die Problematik mit der schlechten, verrauschten Tonqualität des Raspi-Audioausgangs gestoßen. Der analoge Ton besteht ja nur aus einem einfachen PWM (PulseWidthModulation) Signal, das über ein paar Filtercaps direkt an die Klinkenbuchse des Raspberry geschaltet ist. Für viele Anwendungen reicht das sicherlich, wenn man nur eben einmal ein paar Töne ausgeben will. Soll´s aber Musik sein, oder wie in meinem Fall ein vernünftiger Ton bei der Retro-Gamestation, die mit „retropie und der EmulationStation“ läuft, so reicht die Qualität einfach nicht aus.

DSC_2748Hier sollte man dem Raspberry PI einen richtigen Soundchip, also Soundkarte verpassen. Im Internet wird man schnell fündig und so habe ich mir bei einem Onlineshop  um gerade einmal 2,90 Euro eine USB – Soundkarte bestellt. Die Karte, oder besser, der USB Dongle besitzt zwei 3,5mm Klinkenbuchsen. (einen Audio-Ausgang und einen Mikrofon-Eingang)

 

Die Installation ist schnell durchgeführt. Will man ein bestehendes System umrüsten, so ist einfach der Klinkenstecker der Lautsprecherzuleitung vom Raspberry abzuziehen und in den Audioausgang des Raspberry einzustöpseln. Der USB Stecker kommt in einen freien Port des Raspberry.

DSC_2751

Der Hardwareteil ist somit erledigt und es kann mit dem Anpassen der Software begonnen werden. Nach dem Booten der Retropi-Maschine und dem Einloggen in die Konsole kann man überprüfen, welche Geräte am USB-Bus erkannt wurden. Nach der Eingabe von:

pi@retropie:~ $ lsusb

werden alle am USB-Bus angeschlossenen Geräte gelistet:

Bus 001 Device 007: ID 1516:1603 CompUSA Flash Drive
Bus 001 Device 006: ID 03f0:034a Hewlett-Packard
Bus 001 Device 005: ID 16c0:05e1 Van Ooijen Technische Informatica Free shared USB VID/PID pair for CDC devices
Bus 001 Device 004: ID 0d8c:013c C-Media Electronics, Inc. CM108 Audio Controller
Bus 001 Device 003: ID 0424:ec00 Standard Microsystems Corp. SMSC9512/9514 Fast Ethernet Adapter
Bus 001 Device 002: ID 0424:9514 Standard Microsystems Corp.
Bus 001 Device 001: ID 1d6b:0002 Linux Foundation 2.0 root hub

In diesem Fall ist der C-Media Electronics, Inc. CM108 Audio Controller unsere USB – Soundkarte. Als nächsten Schritt überprüft man die Reihenfolge (Priorität) der geladenen Soundmodule.

pi@retropie:~ $ cat /proc/asound/modules

Als Ergebnis kommt:

0 snd_bcm2835
1 snd_usb_audio

Das bedeutet die Soundausgabe des BCM2835 ist als erstes gelistet. Wir wollen jedoch alle Tonausgaben über den USB-Ausgang hören. Dazu muß die Datei „alsa-base.conf“ wie folgt angelegt werden. (auf einigen Systemen ist sie bereits vorhanden – hier sind dann nur die Prioritäten anzupassen)

pi@retropie:~ $ sudo nano /etc/modprobe.d/alsa-base.conf

Falls jetzt ein leeres Script öffnet, hat die .conf-Datei noch nicht existiert und man muß die folgenden Zeilen eingeben:

options snd_usb_audio index=0
options snd_bcm2835 index=1
options snd slots=snd-usb-audio,snd-bcm2835

Mit „control+O“ wird gespeichert und mit „control+X“ kann der Editor beendet werden. Jetzt ist das System zu rebooten. Nach dem Neustart kann in der Konsole nochmals mit:

pi@retropie:~ $ cat /proc/asound/modules

die Reihenfolge der Module überprüft werden. Die sollte jetzt so aussehen:

0 snd_usb_audio
1 snd_bcm2835

Jetzt sollten in der Emulationstation wieder Töne zu hören sein. Diesmal aber ohne Rauschen und kristallklar 😀

 

Raspberry als Datenlogger Teil2…Die Sensoren und Python

DSC_4789
Raspberry PI samt Powerbank im Gehäuse

In Teil1 dieses Projektes haben wir dem Raspberry ein Betriebssystem verpasst und das ein wenig für die Anwendung aufbereitet. Wir wollen ja an den PI mehrere Sensoren anschließen und diese dann zyklisch auslesen und die Daten in einer Datei auf einem USB-Stick speichern. Die Aufzeichnung soll so lange laufen, bis ein Taster gedrückt wird, der den Prozess beendet. Die einzige Anzeige des PI sind zwei Leuchtdioden, die, sowie auch der Taster, an die GPIOs des PI angeschlossen sind. Darum haben wir folgende Punkte bereits erledigt:

  • Die PI Platine gemeinsam mit einer USB Powerbank in ein Gehäuse eingebaut
  • Anschlüsse wie Ethernet, USB, HDMI durch Ausschnitte im Gehäuse nach außen geführt
  • Zwei Leuchtdioden und einen Taster ins Gehäuse eingebaut und auf die GPIOs geschaltet
  • Den I²C Bus des PI auf eine Buchse im Gehäuse geführt
  • Eine MicroSD Karte mit einem Raspi-Wheezy Image bespielt
  • Einen USB-Stick mit FAT32 formatiert
  • Das Betriebssystem soweit konfiguriert, dass das Filesystem für den Stick, alle Module für den I²C, sowie Python geladen werden.
DSC_4790
Raspberry PI im Plastikgehäuse

Der Pi sieht fertig zusammengebaut nun so aus (siehe Bild rechts). Nun können die Sensoren angeschlossen werden. In diesem Fall handelt es sich um Luftfeuchtigkeits-/Temperatursensoren mit der Bezeichnung HYT939 des Herstellers Hygrochip. Hier ein Auszug der technischen Daten aus dem Datenblatt des Herstellers:

Ausführung: Feuchtesensor im TO39 Gehäuse, druckfest, mit Edelstahl-Sinterfilter
Genauigkeit:
Feuchte ±1,8% rF, Temperatur ±0,2 °C
Genauigkeit 0…10% rF (0 … 50°C): ±(0,1% rF + 17% aw)
Messbereich: Feuchte 0 … 100% r.F. (max. dp = +80 °C), Temperatur – 40 … +125 °C
Abmessungen: 5,2 x 9 mm
Anschlüsse: TO 39 Footprint
Auflösung Feuchte: 0,02% rF
Hysterese bei 50% rF: < ±1% rF
Linearitätsfehler: < ±1% rF
Ansprechzeit t63: < 10 sec (Mit Edelstahl-Sinterfilter)
Auflösung Temperatur: 0,015 °C
Digitale Schnittstelle: I2C, Adresse 0x28 oder Alternativadresse
Betriebsspannung: 2,7 … 5,5 V
Stromaufnahme (typ): < 1µA in Bereitschaft < 22µA bei 1Hz Messrate 850 µA maximal

DSC_4792
HYT939 Sensor

Eine kleine Platine dient als „Sensorboard“. Hier besteht die Möglichkeit, vier HYT´s anzustecken. Natürlich müssen auch die Adressen der Sensoren unterschliedlich sein. Der HYT939 ist per default auf hex 0x28 eingestellt. Will man diese Deviceadresse ändern, so muss der der HYT in den Command-Mode versetzt werden, um dann die Konfigurationsdaten empfangen und in sein EEprom schreiben zu können. Dazu muß der Sensor innerhalb der ersten 10ms nach seinem PowerUp in den Command-Mode gebootet werden. Das lässt sich am einfachsten mit einem ArduinoUno bewerkstelligen… Dabei wird der Powerpin des HYT über einen Digital Out Pin des Arduino versorgt. So ist es möglich, das Timing genau einzuhalten und den Command Mode zu erreichen.

Nachdem der Sensor nun an den Raspberry angeschlossen ist, fehlt nur mehr ein Programm, um ihn oder auch mehrere anzusteuern und auszulesen. Hier verwende ich den Python Interpreter. Damit lassen sich auf einfache Weise die Daten auslesen und auch auf Datenträgern speichern. Das „Programm“ besteht aus zwei Teilen:

  • Hauptscript: beinhaltet nur eine Endlosschleife, die die LEDs steuert, den Taster abfragt, die Sensorfunktion aufruft, deren ausgelesene Werte übergibt, aufbereitet und auf den Stick speichert.
  • Funktion Sensor auslesen: addressiert den I²C Bus, liest die Sensordaten aus, rechnet sie in lesbare Werte um und übergibt den Output an die Funktion
# /usr/bin/python
# License: GPL 2.0
# edited by Ingmar B. Aug.2015

import os
from time import *
import time
import threading
import hyt939o 
import RPi.GPIO as GPIO

# Setup LED Ports (pin12 = LED rot, pin18 = LED gruen)
GPIO.setwarnings(False)
GPIO.setmode(GPIO.BOARD)
GPIO.setup(12, GPIO.OUT)
GPIO.setup(18, GPIO.OUT)
GPIO.setup(16, GPIO.IN)

# LED Gruen einschalten sobald das Script gestartet ist
GPIO.output(18, GPIO.HIGH)

#gpsd = None #seting the global variable
address = [0x2a, 0x29] 
#hyt939 = [0, 0]
hum = [0, 0]
temphyt = [0, 0]
loopon = True         #set variable for loop
i=1             #counter for address selection
os.system('clear')     #clear the terminal (optional)
 
while loopon:
        # bei beginn des auslesens aller daten die rote Led einschalten
    GPIO.output(12, GPIO.HIGH)
    if GPIO.input(16)== GPIO.HIGH:
      loopon = False
        os.system('clear')
         
      # Variablen fuer Sensor HYT 939 uebergeben 
    for i in range(2):
                
        hyt939=hyt939o.ReadMeasurement(address[i])            
        time.sleep(0.1)
        hum[i]=hyt939[0]
        temphyt[i]=hyt939[1]
      
                print '--------------------------------------- '
            print 'SENSORS reading Sensor Nr.:' , i
            print
            print 'humidity    hyt939         ' , hum[i]
            print 'temperature hyt939         ' , temphyt[i]
            print '--------------------------------------- '
            print
    print 'data to write:' , str(hum[0]), str(temphyt[0]), str(hum[1]), str(temphyt[1])
    print ("date :" + time.strftime("%x"))         
        print ("time :" + time.strftime("%X"))
    print
    date = time.strftime("%x")
    zeit = time.strftime("%X")
    
      ## write all data to usbstick
      
        fileout = open("/media/usbstick/wetterfrosch.txt", "a")

    time.sleep(0.1)

        fileout.write(date+";"+zeit+";"+str(hum[0])+";"+str(temphyt[0])+";"+str(hum[1])+";"+str(temphyt[1])+"\n") 
    
        time.sleep(0.1)
        fileout.close()
        time.sleep(0.1)

      # nach schreiben bzw auslesen der daten rote LED wieder abschalten
        GPIO.output(12, GPIO.LOW)
        time.sleep(0.8) #set to whatever

GPIO.output(18, GPIO.LOW) # gruene Led ausschalten

print "Ende" 

Das folgende Listing liest den Sensor aus:

# Reading mesaurements from HYT 939 humidity and temperature sensor
# First Version by Caerandir May 2014 modified by i.bihlo 2015

import smbus, time
bus = smbus.SMBus(1)    # Raspberry Rev. 2
address = 0x28          # Fixed default address of HYT 939

# Initialize sensor to acquire measurements
def MeasurementRequest():
        void = bus.write_quick(address)
    time.sleep(0.1)

# Read Humidiy and Temperature to 14 bit accuracy
def ReadMeasurement():
    void= bus.write_quick(address)

    time.sleep(0.1)    
        # Acquire 4 byte from sensor
        #time.sleep(0.1)
    Readout = bus.read_i2c_block_data(address,0,4)

    # Calculiere die relLF in % aus den vier Bytes in "Readout"
    RelHum = Readout[0]<<8 | Readout[1]
    RelHum = RelHum & 0x3FFF
    RelativeHumidity = 100*RelHum/(2**14)

    # Calculiere die Temperatur vom Sensor
    Readout[3] = Readout[3] & 0x3F
    temp = Readout[2]<<6 | Readout[3]
    Temperature = 165.0*temp/(2**14)-40
       
        print "Hrel: ", RelativeHumidity, " %"
        print "T: ", Temperature, " C"

        return RelativeHumidity, Temperature

MeasurementRequest()
time.sleep(0.2)

ReadMeasurement()

 

Eine Versuchsmessung über einen Tag und eine Nacht mit drei Sensoren hat folgendes Ergebnis geliefert. Hier sind die Temperaturwerte der Sensoren dargestellt. (Die Daten vom USB-Stick wurden mit Matlab importiert und daraus ein Plot erstellt.)

temperature_3sensoren

Raspberry als Datenlogger Teil1…Das Betriebssystem einrichten

Der Raspberry Pi ist ja mittlerweile ein bekannter und beliebter Scheckkartenplatinen-Computer mit dem sich allerlei anstellen lässt. Vom TV-Frontend mit Kodi, über Spielekonsolenemulatoren mit Retropi bis hin zum Bürorechner, ist damit fast alles möglich. In diesem Projekt möchte ich vorstellen, wie mit Hilfe des Raspberry Pi Model2 physikalische Größen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit gemessen und auf einem Speichermedium geloggt werden. Und zwar mit einem Feuchtesensor der Type HYT939 der am I²C Bus angeschlossen wird, genauer gesagt: mehrere I²C Feuchtesensoren am Bus…

DSC_4789Wir beginnen zuallererst mit der Versorgung des Raspberry PI. Im Bild ist ein Pi2 in ein einfaches Kunststoffgehäuse eingebaut und an eine 2Ah USB-Powerbank von RS-Components angeschlossen. Der Ladeanschluss der Powerbank ist vom Gehäuse nach aussen geführt. So kann der Pi wahlweise über die Powerbank (mit einer nicht rechenintensiven Anwendung bis zu 3h) oder über eine externe USB-Versorgung (z.Bsp. einem Handyladeadapter) betrieben werden. Der I²C Bus des PI (Pin 3 SDA und Pin 5 SCL sowie Pin 2,4 +5V und GND an Pin 6,14…) ist auf einen RJ Stecker im Gehäuse ausgeführt. Um später irgendwelche Statusmeldungen ausgeben zu können, sind zwei LEDs an die GPIOs 24 und 18 (an Pin18 und Pin12) angeschlossen. Ein weiterer GPIO wird über einen 22k Pulldown-Widerstand an einen Taster an 5V geschaltet. (GPIO23 an Pin16).

Für die USB Anschlüsse, Ethernet und HDMI wurden im Gehäuse passende Ausschnitte gemacht, an eine USB Schnittstelle ein Keyboard und an den HDMI Port ein Monitor angeschlossen. Die LAN Verbinung mit Internetzugang sollte auch hergestellt sein, um nach der Ersteinrichtung die benötigten Module und Updates laden zu können.

Jetzt fehlt nur noch das Speichermedium mit Betriebssystem. Der PI2 ist mit einem Micro-SD Slot ausgestattet. Ich habe hier eine 4GB Micro SD mit einem raspian-wheezy image bespielt. Um das Imagefile auf einfache Weise auf die SD-Karte zu bekommen, empfiehlt es sich, das Tool win32diskimager zu verwenden. Ist die Speicherkarte dann fertiggestellt, kann man beginnen.

Der Raspberry zeigt nach dem Einschalten kurz seinen Farbverlauf und dann beginnt auch schon der Bootprozess. Ist der dann beendet, so startet das OS am PI erstmal eine Setup-Routine.

Hier sind nun folgende Schritte durchzuführen:

  • im Menu internationalisation options unter I1 die entsprechenden locals einstellen -> DE_UTF_8
  • in advanced options unter A2… einen Hostname vergeben z.Bsp.:“raspisensor“, in A4… SSH enablen, in A7 …I²C enablen und „load per default“ und in A8 … „serial enable“ und „login shell“ aktivieren
  • dann noch expand  filesystem wählen damit der Speicherplatz der gesamten SD-Karte genutzt wird
  • jetzt noch mit finish -> reboot neu starten

Jetzt fährt der PI wieder hoch und bleibt beim Login-Prompt stehen. Mit login: pi und dem passwort: raspberry loggt man sich nun ein. Mit den folgenden Kommandos werden Updates und benötigte Module installiert:

sudo apt-get update
sudo apt-get install python-smbus    
(installiert den system management bus)
sudo modprobe i2c_bcm2708             (kernelmodule für I²C von Hand laden)
sudo modprobe i2c_dev
lsmod                                                         (geladene Module listen)
sudo i2cdetect -y 1                                  (I²C ports scannen)

Es empfiehlt sich, die Kernelmodule per Autostart zu laden. Das geht wie folgt:

sudo nano /etc/modules                        (mit dem Nano-Editor die Datei modules öffnen …)

dann folgende Zeilen hinzufügen:

i2c_bcm2708
i2c_dev

dann mit STRG+X den Editor beenden und bei Speichern JA wählen.
danach mit:

sudo nano /etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf

überprüfen, ob hier bereits ein Eintrag „blacklist i2c-bcm 2708“ existiert.
Falls ja, ist der auszukommentieren oder zu löschen.

jetzt wieder neustarten mit:

sudo shutdown -r now

danach wieder einloggen und mit

lsmod

überprüfen ob die gwünschten Module korrekt geladen sind.

Da wir später die Daten von den Sensoren in eine Datei loggen wollen und diese Datei auf einem USB-Stick gespeichert werden soll, sind folgende Schritte notwendig:

  • einen USB-Sick mit FAT32 Filesystem auf einem Windowsrechner formatieren
  • auf dem PI das Filesystem FAT32 installieren
  • den Stick in den PI stecken und die Mountlist um den Stick erweitern

Zuerst laden und installieren wir das Filesystem:

sudo apt-get -y install ntfs-3g hfsutils hfsprogs exfat-fuse

dann legen wir folgendes Verzeichnis an:

sudo mkdir /media/usbstick (usbstick dient hier als beispielname…)

sudo blkid -o list -w /dev/null

(listet die IDs der Datenträger auf -> unser Stick sollte in der Liste als vfat mit einer ID in dem Format XXXX-XXXX erscheinen)

sudo mount -t vfat -o utf8,uid=pi,gid=pi,noatime /dev/sda /media/usbstick

nun öffnen wir folgende Datei mit dem Editor:

sudo nano -w /etc/fstab

die ID des USB-Sticks von vorher tragen wir nun samt folgender Zeile ein und speichern dann wieder ab:

UUID=XXXX-XXXX /media/usbstick/ vfat utf8,uid=pi,gid=pi,noatime 0

weiter geht’s mit der Einrichtung der GPIOs und den Python libraries:

sudo apt-get install python-dev
sudo apt-get install python-rpi.gpio

Noch ein paar allgemeine Einstellungen:

sudo nano /etc/networks/interfaces  (Wir wollen eine fixe IP Adresse vergeben, um später einfach per SSH auf den PI zugreifen zu können)

folgende Zeile ersetzen:

iface eth0 inet dhcp

durch:

iface eth0 inet static
address xxx.xxx.xxx.xxx
netmask yyy.yyy.yyy.yyy
gateway zzz.zzz.zzz.zzz

und wieder speichern:

Das zu Anfang gestartete Setup Script lässt sich immer über folgenden Befehl aufrufen:

sudo raspi-config

Die Systemzeit des Raspi (für meine Anwendung benötige ich auch einen Zeitstempel) lässt sich mit folgendem Befehl stellen:

sudo date „MMTThhmmJJ“

Das war´s für den Anfang. Im zweiten Teil beschreibe ich dann die Sensorhardware und die Python-Scripts, die die Sensoren dann auslesen…