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veranstaltungen:hessen20162:arduino-workshop-notizen [02.10.2016 20:14] – angelegt ipsecguy | veranstaltungen:hessen20162:arduino-workshop-notizen [04.10.2016 11:01] (aktuell) – [Arduino Sketch (Programm):] ipsecguy | ||
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+ | **(noch in Arbeit, Code kommt noch)** | ||
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In dem Workshop ging es darum, Sensoren über einen Arduino (Bastel-)Mikrocontroller an einen Freifunk Router unter Openwrt(Gluon) anzuschließen. | In dem Workshop ging es darum, Sensoren über einen Arduino (Bastel-)Mikrocontroller an einen Freifunk Router unter Openwrt(Gluon) anzuschließen. | ||
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Das ganze lief über die IPv6 Adressen von Freifunk, hier Freifunk Frankfurt. Der Server ist als Client im Freifunk drin, natürlich könnte man ihn auch an zentraler Stelle oder im Internet aufstellen. | Das ganze lief über die IPv6 Adressen von Freifunk, hier Freifunk Frankfurt. Der Server ist als Client im Freifunk drin, natürlich könnte man ihn auch an zentraler Stelle oder im Internet aufstellen. | ||
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+ | ###Sensoren | ||
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+ | Wir haben einen DHT11 / DHT22 und einen OneWire Dallas DS18B20 an den Arduino angeschlossen. Das sind digitale Sensoren, d.h. man spricht sie über ein Bitprotokoll an und bekommt die Messwerte zurückgeliefert. Über die Arduino ADCs (Analog Digital Wandler) könnte man auch analoge Sensoren (Helligkeit oder Temperatur bei denen sich Widerstandswerte abhängig von der Messgröße andern) anschließen. Hier ist dann auch eine Kalibrierung des Messsystems notwendig und die Kabellängen oder Verbindungsstecker habe einen Einfluß. Bei den digitalen Sensoren wir versucht, dies komplett zu vermeiden und eine Kalibrierung direkt im Werk durchzuführen und dieGeräte so zu konstruieren, | ||
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+ | Der DHT11/22 hat ein proprietäres Protokoll und benötigt einen PIN am Mikrocontroller. Zusätzlich wird er per Masse und 5V angeschlossen, | ||
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+ | ###Dallas OneWire Bus | ||
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+ | Der OneWire DS18B20 nutzt den Dallas OneWire Bus als Kommunikationsmedium. Ein-Draht-Interface ist natürlich nicht ganz richtig, denn Masse benötigt man zusätzlich und diese Zweidraht-Lösung funktioniert nur, wenn man den Sensor vor dem Auslösen der Messung über die Datenleitung gewissermaßen „auflädt“, | ||
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+ | Das Gute ist, dass es für die Protokolle viele schöne Libraries für die Arduino gibt. Einmal kümmern sich diese um das korrekte Timing der Protokolle, außerdem um die Umrechnung der Rohdaten in z.B. Grad Celsius, relative Luftfeuchte oder auch Luftdruck umgerechnet auf diverse Höhenreferenzen. | ||
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+ | ###Andere Bussysteme | ||
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+ | I2C - ein zweidraht Bus. Hier können Geräte ma Bus mit Kennungen angesprochen werden. Im Gegensatz zum Onewire haben die Geräte keine eindeutige ID sondern alle Geräte einer Modellreihe dieselbe ID. In Industriellen Anwendungen kann diese Vorteile haben, da dann jeder Bus identisch ist. Bestimmt hat der Zweidraht Bus auch noch elektrische Vorteile, davon habe zumindest ich keine Ahnung. | ||
+ | |||
+ | SPI - Serial Peripherie Interfae | ||
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+ | Diese Schnittstelle ist schnell und kein Protokoll, t.b dpi dispalyHigh Speed | ||
+ | |||
+ | ##Arduino Sketch (Programm): | ||
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+ | Das Programm für den Arduino hat zwei Aufgaben: Auf der einen Seite spricht es mit den Sensoren in ihren Protokollen, | ||
+ | |||
+ | In der Regel muss mann eine Messung auf einem Sensoren auslösen, einen kleinen Moment (abhängig vom Gerätetyp, Versorgungsspannung und manchmal auch Maßgenauigkeit) abwarten und dann die Daten empfangen oder aus Registern des Sensors auslesen. Diese werden dann in die wahren Messwerte umgerechnet, | ||
+ | |||
+ | Im Prinzip läuft das Programm in folgender Endlosschleife: | ||
+ | < | ||
+ | forever: | ||
+ | - warten auf Eingabe (CR/LF) | ||
+ | für jeden Sensor: | ||
+ | - Auslösen des Messvorganges | ||
+ | - Auslesen des Ergebnisses | ||
+ | - Ausgabe der Ergebnisse | ||
+ | end | ||
+ | - Ausgabe eines Endemarkers, | ||
+ | end | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Der steuernde Rechner kann damit einen Messvorgang auslösen und die Daten empfangen und weiterverarbeiten. | ||
+ | |||
+ | <file text arduino-freifunk.ino> | ||
+ | #include < | ||
+ | OneWire | ||
+ | |||
+ | #include " | ||
+ | #define DHTPIN 2 // what digital pin we're connected to | ||
+ | #define DHTTYPE DHT11 // DHT 11 | ||
+ | //#define DHTTYPE DHT22 // DHT 22 (AM2302), AM2321 | ||
+ | //#define DHTTYPE DHT21 // DHT 21 (AM2301) | ||
+ | DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE); | ||
+ | |||
+ | bool running = false; | ||
+ | |||
+ | void setup(void) { | ||
+ | pinMode(13, OUTPUT); | ||
+ | digitalWrite(13, | ||
+ | Serial.begin(9600); | ||
+ | Serial.setTimeout(1000); | ||
+ | dht.begin(); | ||
+ | digitalWrite(13, | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | void loop(void) { | ||
+ | byte i; | ||
+ | byte present = 0; | ||
+ | byte type_s; | ||
+ | byte data[12]; | ||
+ | byte addr[8]; | ||
+ | float celsius, fahrenheit; | ||
+ | float h,t; | ||
+ | |||
+ | if( !running ){ | ||
+ | digitalWrite(13, | ||
+ | Serial.flush(); | ||
+ | while(!Serial.available()){ | ||
+ | delay(500); | ||
+ | } | ||
+ | digitalWrite(13, | ||
+ | |||
+ | Serial.readString(); | ||
+ | Serial.flush(); | ||
+ | |||
+ | running = true; // start execution | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | if ( !ds.search(addr)) { | ||
+ | ds.reset_search(); | ||
+ | |||
+ | //DHT11 Code | ||
+ | h = dht.readHumidity(); | ||
+ | t = dht.readTemperature(); | ||
+ | if (!isnan(h) && !isnan(t)) { | ||
+ | Serial.print(" | ||
+ | Serial.print(t); | ||
+ | Serial.print(" | ||
+ | Serial.println(h); | ||
+ | } | ||
+ | Serial.println(" | ||
+ | |||
+ | running = false; // done with this cycle, wait again | ||
+ | return; | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | if (OneWire:: | ||
+ | Serial.println(" | ||
+ | return; | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | // the first ROM byte indicates which chip | ||
+ | switch (addr[0]) { | ||
+ | case 0x10: | ||
+ | // Serial.println(" | ||
+ | type_s = 1; | ||
+ | break; | ||
+ | case 0x28: | ||
+ | // Serial.println(" | ||
+ | type_s = 0; | ||
+ | break; | ||
+ | case 0x22: | ||
+ | // Serial.println(" | ||
+ | type_s = 0; | ||
+ | break; | ||
+ | default: | ||
+ | // Serial.println(" | ||
+ | return; | ||
+ | } | ||
+ | | ||
+ | ds.reset(); | ||
+ | ds.select(addr); | ||
+ | ds.write(0x44, | ||
+ | | ||
+ | } | ||
+ | |||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Alternative: | ||
+ | |||
+ | ##LUA Skript zum Auslesen | ||
+ | |||
+ | Warum kein Bash: jedes öffnen der seriellen Schnittstelle erzeugt auf dem Arduino ein Reset. Bestimm kann ein bash Gott mein gruseliges Lua Skript locker in Bash/ | ||
+ | |||
+ | Ich bin ja kein Fan von einer weiteren Skriptsprache, | ||
+ | |||
+ | Was tun wir | ||
+ | < | ||
+ | - öffnen der seriellen Schnittstelle | ||
+ | forever: | ||
+ | - merken eines Zeitpunktes | ||
+ | - senden des Startbefehls an den Arduino | ||
+ | - empfangen der Messwerte sowie der Kennungen, Ende bei EOF (siehe oben) | ||
+ | - Umschreiben und Ausgabe im Format des Collectd Plugins (siehe weiter unten) | ||
+ | - Berechnung der abgelaufenen Zeit | ||
+ | - Berechnung der noch abzuwartenden Zeit bis zum nächsten Messpunkt | ||
+ | - abwarten | ||
+ | end. | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | Lua ist echt unterbelichtet in Bezug auf Timestamps und Sleeps, alles in Sekundenintervallen und dann noch Sleep per Shell ausführen. Und wenn man mehr will muss man Libraries laden, schönen Gruß an die Entwickler auch. Aber Hauptsache Code als Parameter übergeben können und Variablensätze als Rückgabewerte…. | ||
+ | |||
+ | <file lua arduino.lua> | ||
+ | hostname = os.getenv(" | ||
+ | if hostname==nil then hostname=" | ||
+ | interval = os.getenv(" | ||
+ | if interval==nil then interval=10 end | ||
+ | |||
+ | rserial=io.open("/ | ||
+ | wserial=io.open("/ | ||
+ | rserial: | ||
+ | |||
+ | while true do | ||
+ | wserial: | ||
+ | tstart = os.time() | ||
+ | repeat | ||
+ | line=rserial: | ||
+ | line=string.gsub(line," | ||
+ | |||
+ | temp = nil | ||
+ | humidity = nil | ||
+ | temp, humidity = string.match(line, | ||
+ | if temp ~= nil and humidity ~= nil then | ||
+ | print(" | ||
+ | print(" | ||
+ | line="" | ||
+ | end | ||
+ | |||
+ | romid = nil | ||
+ | temp = nil | ||
+ | romid, temp = string.match(line, | ||
+ | if romid ~= nil and temp ~= nil then | ||
+ | print(" | ||
+ | end | ||
+ | |||
+ | until line==" | ||
+ | |||
+ | towait = interval - os.difftime(os.time(), | ||
+ | if towait>0 then | ||
+ | os.execute(" | ||
+ | end | ||
+ | |||
+ | end | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | ##Collectd als Sammelprogramm | ||
+ | |||
+ | Collectd sammelt Metriken auf Hosts und unterstützt über Plugins eine Vielzahl von Servierprogrammen und läßt sich über generische Plugins leicht erweitern. Das Plugin das ich hier verwende ist das „exec“ plugin, welches beliebige Shell Skripte ausführen kann. | ||
+ | |||
+ | <file text collectd.conf> | ||
+ | # | ||
+ | # | ||
+ | BaseDir "/ | ||
+ | #Include "/ | ||
+ | PIDFile "/ | ||
+ | PluginDir "/ | ||
+ | TypesDB "/ | ||
+ | # | ||
+ | # | ||
+ | |||
+ | LoadPlugin load | ||
+ | LoadPlugin cpu | ||
+ | LoadPlugin wireless | ||
+ | LoadPlugin network | ||
+ | |||
+ | <Plugin network> | ||
+ | MaxPacketSize 1024 | ||
+ | <Server " | ||
+ | Interface " | ||
+ | </ | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | LoadPlugin exec | ||
+ | <Plugin exec> | ||
+ | Exec " | ||
+ | </ | ||
+ | |||
+ | </ | ||
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+ | Collectd kann verschlüsseln und/oder authentisieren. Dabei werden vom Clients die Pakete mit Benutzernamen und Passwort versehen und optional auch verschlüsselt. **Leider sind die openwrt collectd Pakete ohne die Crypto gebaut worden. | ||
+ | ** | ||
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+ | Caveat: das Skript muss unter einem anderen User als „root“ ausgeführt werden. Was auf einem großen Host sinnvoll ist macht auf einem Freifunk Router weniger Sinn. In unserem spezielle Fall müssten man z.B. einen neuen User anlegen und die ttyACM0 mit entsprechenden Rechten versehen. Oder die Schnittstelle für alle User verfügbar machen, beides am besten im Collectd Start Skript. | ||
+ | |||
+ | Alternative: | ||
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+ | Weitere Alternative: | ||
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+ | Noch eine Alternative: | ||
+ | |||
+ | ##Influx als TimeSeries Database | ||
+ | |||
+ | influx generell | ||
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+ | influx collectd speziell | ||
+ | wird hinzugefügt unter hostname, metric, value etc | ||
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+ | ##Grafana zur Darstellung | ||
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+ | Query - DB, Host, Parameter etc | ||
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+ | OpenWrt hat ein OneWire Kernelmodul, | ||
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+ | Weitere Infos zu Mikrocontrollern: | ||
+ | - verwendet haben wir einen Arduino Leonardo Clone, ca. 10-12 EUR auf E-Bay. Dieser hat den Vorteil, dass die USB Funktion vom Controller selbst ausgeführt wird. Die Clones haben zum Teil merkwürdige USB Seriell Adapter, die Probleme mit MacOS und z.T. mit Windows machen können | ||
+ | - der Arduino nutzt in der Regel 5V. Viele der klassischen Sensoren (DHT, 18B20 etc) arbeiten über einen weiten Spannungsbereich und sind unkritisch. Modernere Sensoren arbeiten im 3,3V Bereich (BMP180, BM085) und sind z.T. auch empfindlich gegenüber Steuersignalen mit 5V. | ||
+ | - andere Mikrocontroller arbeiten komplett im 3.3V Bereich uns sind nur Teilweise spezifiziert für 5V Steuersignale. | ||
+ | - wir machen hier kein Low Power Design, d.h. es gibt viele Komponenten, | ||
+ | - kleinere Arduino gibt es, die dann auch keine PINs oder Kontaktleiste haben. Diese haben z.T. geringere Taktfrequenz (8 statt 16 MHz), auch geringere Spannung oder keinen Quarz als Oszillator. Diese sind dann weniger „genau“ in der Taktgebung. | ||
+ | - Ältere Libraries korrigieren ihre Wartezyklen unter der Annahme von 16 MHz. Dies sind aber zunehmende weniger. | ||
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+ | Also immer: Datenblatt lesen | ||
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+ | Andere Mikrocontroller im Basteluniversum - unvollständige Liste | ||
+ | - ESP8266 nutzt auch die Arduino IDE, hat eingebautes Wifi und ist deutlich performanter (80MHz). Je nach Peripherie günstiger als ein Arduino so dass einige Leute schon anfangen, ihn mit abgeschaltetem Wifi als Controller zu betreiben. Benötigt einen USB-Seriell Adapter und 3,3V | ||
+ | - NodeMCU - ein ESP8266 mit USB und Breadboard Friendly Anschlüssen | ||
+ | - PIC | ||
+ | http:// | ||
+ | busware |