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RPI-aufsetzen.md

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Raspberry PI für Homeautomation aufsetzen

Raspbian Lite installieren und konfigurieren

Alte Variante

  • Noobs (aktuellste Version) herunterladen
  • SD-Karte formatieren
  • Inhalt des NOOBS Verzeichnis, nachdem die heruntergeladene Datei entpackt wurde, auf die SD-Karte kopieren
  • Eventuell ein USB-Stick (oder USB-Festplatte) >= 16GB bereithalten
  • SD-Karte + USB-Stick in den Raspberry einlegen/einstecken
  • Raspberry booten
  • Im Noobs Screen die notwendigen Parameter einstellen
    • Sprache Deutsch
    • ev. WLAN verbinden
    • Installationsziel festlegen (/dev/sda bei USB-Stick)
    • RASPBIAN-Lite aussuchen (Desktop wird nicht benötigt)
    • Installation starten (ev. Wlan noch einmal selektieren, oder mehrfach versuchen, wenn der Download zuerst nicht funktioniert.

Neue Variante

  • RPI Imager auf einem geeigneten Gerät installieren und eine SD-Karte oder einen Memory-Stick/SSD mit Raspberry OS Lite installieren.
  • Vor der Installation kann über die Einstellungen (Zahnradsymbol) bereits Hostname, Username, Passwort, WLAN, Sprache, Zeitzone, SSH Zugang u.a. eingestellt werden.
  • Um einen RPI2 von USB zu booten ist sowohl eine SD-Karte als auch das USB Device mit dem OS zu bespielen.
  • Nach dem ersten Boot von der SD-Karte in /boot/cmdline.txt die UUID der großen Partition des bereits eingesteckten USB Sticks einstellen. Der Befehl blkid gibt diese PARTUUIDs aus.
  • Nach dem Neustart über raspi-config die Root-Partition erweitern

Nach der Installation sollte die durch DHCP vergebene IP-Adresse des Raspberry notiert werden (Konsolenoutput oder ip a) und ein Update der installierten Pakete stattfinden. Möglicherweise soll auch eine statische IP Adresse vergeben werden (/etc/dhcpcd.conf).

sudo apt-get update
sudo apt-get full-upgrade

Nach der Installation sollten noch verschiedene Einstellungen getätigt werden, um das System vorzubereiten.

  • raspi-config ausführen (sudo!)
    • den gewünschten Hostnamen einstellen
    • das gewünschte Passwort für den Benutzer (z.B.: für pi) einstellen
      • SSH aktivieren
      • Seriellen Konsolenausgang deaktivieren ABER
      • Serielle Schnittstelle aktivieren (aktiviert halten)
      • Zeitzone Europe/Berlin einstellen

Danach den Raspberry booten. sudo reboot.

Nach dem Reboot testen, ob der SSH Zugang ssh <benutzer>@<eingestellter hostname>.localfunktionert.

AVAHI Daemon

Folgende Einträge in /etc/avahi/services/ssh.service ermöglichen das "lokale Browsen" des SSH-Service über mDNS. (z.B: dns-sd -B _ssh)

<service-group>
   <name replace-wildcards="yes">%h</name>
   <service>
      <type>_ssh._tcp</type>
      <port>22</port>
   </service>
</service-group>

SWAP vergrößern

Die Default-Einstellungen für SWAP sind nur 100MB, durch die Änderungen der Swap-Konfigurationsdatei /etc/dphys-swapfile setzen wir die doppelte Memorygröße als Swap-Size:

# /etc/dphys-swapfile - user settings for dphys-swapfile package
# author Neil Franklin, last modification 2010.05.05
# copyright ETH Zuerich Physics Departement
#   use under either modified/non-advertising BSD or GPL license

# this file is sourced with . so full normal sh syntax applies

# the default settings are added as commented out CONF_*=* lines


# where we want the swapfile to be, this is the default
#CONF_SWAPFILE=/var/swap

# set size to absolute value, leaving empty (default) then uses computed value
#   you most likely don't want this, unless you have an special disk situation
#CONF_SWAPSIZE=100

# set size to computed value, this times RAM size, dynamically adapts,
#   guarantees that there is enough swap without wasting disk space on excess
CONF_SWAPFACTOR=2

# restrict size (computed and absolute!) to maximally this limit
#   can be set to empty for no limit, but beware of filled partitions!
#   this is/was a (outdated?) 32bit kernel limit (in MBytes), do not overrun it
#   but is also sensible on 64bit to prevent filling /var or even / partition
#CONF_MAXSWAP=2048

Serielle Schnittstelle konfigurieren

Folgende Beschreibung zeigt die Aktionen zur Konfiguration der seriellen Schnittstelle für verschiedene PI / Raspbian -Versionen auf.

Neben der Konfiguration der seriellen Schnittstelle während der Installation / Konfiguration mit raspi-config waren mit Raspbian-Buster noch folgende Befehle notwendig (sudo):

systemctl status serial-getty@ttyAMA0.service
systemctl stop serial-getty@ttyAMA0.service
systemctl disable serial-getty@ttyAMA0.service
systemctl status serial-getty@ttyS0.service
systemctl stop serial-getty@ttyS0.service
systemctl disable serial-getty@ttyS0.service

Git Repository für HomeAutomation clonen

Git installieren und Repository clonen sowie die richtige Branch einstellen:

sudo apt-get install git
git clone https://github.com/andreasgremm/HomeAutomation.git
git checkout MQTT_V2

Docker installieren

Sebastian Brosch hat die Installation von Docker auf Raspbian-Buster gut beschrieben.

Mit den Befehlen

sudo curl -fsSL https://get.docker.com | sh
usermod -aG docker <benutzer>

wird Docker installiert und der Benutzer (z.B. pi) wird ermächtigt Container zu verwalten.

Docker Images

Für die Installationen im HomeAutomation Umfeld werden verschiedene Docker-Images benötigt, deren Beschaffung und Nutzung in den jeweiligen README Dateien beschrieben ist.

Telegraf installieren

Für die Performance-Messung des Raspberry wird Telegraf verwendet. Die Beschreibung für das HomeAutomation Umfeld befindet sich hier.

Backup auf die Synology vorbereiten

  • /root/.ssh/authorized_keys bereitstellen
  • ssh login von Synology interaktiv ausführen, um known_hosts zu ergänzen

Login von Laptop/Workstation vorbereiten

  • /home/pi/.ssh/authorized_keys bereitstellen

Docker-Images für die HomeAutomation installieren

MQTT - Programme (non Docker) installieren

Die Python-Programme laufen im Verzeichnis /home/pi/MQTT und werden über virtuelle Umgebungen voneinander unabhängig implementiert. Hierzu muss das Python-Modul für virtuelle Umgebungen installiert werden.

sudo apt-get install python3-venv

Security Volume/Verzeichnis

Die Security Informationen für die verschiedenen Programme liegen als Include-Dateien NICHT im GitHub. Innerhalb der Programme wird beschrieben wie damit umzugehen ist.

Bash Skripte installieren

Für verschiedene Funktionen werden BASH-Scripte benötigt.

Für die Ausführung der Batch-Skripte werden, wie oben beschrieben, Einträge in der /etc/fstab und weitere Security-Einstellungen zum Mounten der entsprechenden Verzeichnisse benötigt. Folgende Befehle mittels sudo ausführen:

mkdir -p /mnt/synology
mkdir -p /mnt/mediencenter
apt-get install davfs2
# unpriviligierten Benutzern erlauben WebDav Ressourcen einzubinden!
usermod -a -G davfs2 pi

Node-Red installieren / konfigurieren

Todo: Node-Red in Docker Container laufen lassen Beschreibung: Node-Red in Docker

In der für die Home-Automation genutzten Raspbian-Light Variante ist Node-Red nicht vorinstalliert.

Installation von Node-Red:

sudo apt install build-essential git
bash <(curl -sL https://raw.githubusercontent.com/node-red/linux-installers/master/deb/update-nodejs-and-nodered)

Hierbei wird folgende Ausgabe generiert:

Running Node-RED install for user pi at /home/pi on raspbian


This can take 20-30 minutes on the slower Pi versions - please wait.

  Stop Node-RED                       ✔
  Remove old version of Node-RED      ✔
  Remove old version of Node.js       ✔
  Install Node.js LTS                 ✔   Node v12.16.3   Npm 6.14.4
  Clean npm cache                     ✔
  Install Node-RED core               ✔   1.0.6 
  Move global nodes to local          -
  Install extra Pi nodes              ✔
  Npm rebuild existing nodes          -
  Add shortcut commands               ✔
  Update systemd script               ✔
                                      

Any errors will be logged to   /var/log/nodered-install.log
All done.
  You can now start Node-RED with the command  node-red-start
  or using the icon under   Menu / Programming / Node-RED
  Then point your browser to localhost:1880 or http://{your_pi_ip-address}:1880

Started  So 3. Mai 19:01:11 CEST 2020  -  Finished  So 3. Mai 19:07:19 CEST 2020

In der Datei /var/log/nodered-install.log finden sich folgende Hinweise:

## You may also need development tools to build native addons:
     sudo apt-get install gcc g++ make
## To install the Yarn package manager, run:
     curl -sL https://dl.yarnpkg.com/debian/pubkey.gpg | sudo apt-key add -
     echo "deb https://dl.yarnpkg.com/debian/ stable main" | sudo tee /etc/apt/sources.list.d/yarn.list
     sudo apt-get update && sudo apt-get install yarn

Auch für den automatischen Start ist Node-Red vorbereitet:

cp /library/systemd/system/nodered.service /etc/systemd/system/nodered.service
## /etc/systemd/system/nodered.service editieren:
#Environment="NODE_OPTIONS=--max-old-space-size=256"

systemctl status nodered
● nodered.service - Node-RED graphical event wiring tool
   Loaded: loaded (/etc/systemd/system/nodered.service; disabled; vendor preset: enabled)
   Active: inactive (dead)
     Docs: http://nodered.org/docs/hardware/raspberrypi.html

Installation weiterer Module:

cd .node-red
npm install node-red-dashboard

Flows kopieren

Die Flows aus dem alten Node-Red System exportieren (All Flows) und im neuen System importieren. Dieses geht auch gut direkt über die Zwischenablage.

Die Sicherheitseinstellungen für MQTT müssen wieder eingerichtet werden. Dieses wird hier beschrieben.

Security einstellen

  • adminAuth einstellen
  • httpRoot einstellen (/nodered)

NGINX für Node-Red konfigurieren.

    location /nodered/ui/ {
         proxy_pass http://localhost:1880/nodered/ui/;
         proxy_http_version 1.1;
         proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
         proxy_set_header Connection "upgrade";
      auth_basic  "Node Red Dashboard";
       auth_basic_user_file   /etc/nginx/conf.d/.htpasswd;
    }

    location /nodered/ {
         proxy_pass http://localhost:1880/nodered/;
         proxy_http_version 1.1;
         proxy_set_header Upgrade $http_upgrade;
         proxy_set_header Connection "upgrade";
    }

certbot in Docker implementieren

LetsEncrypt ist ein freier Service und in diesem Zusammenhang ermögicht Certbot es Zertifikate für die Domäne zu implementieren.

CertBot mit Nginx in Docker ist hier beschrieben.

Docker Image von Certbot für Raspbian herunterladen:

docker pull certbot/certbot:arm32v6-latest

Das dort vorgestellte Initialisierungsscript muss für die gewünschten DynDNS / DNS Domänen UND den lokalen Verzeichnisstrukturen angepasst werden. Die NGINX-Konfigurationsdateien müssen für SSL angepasst werden.

Docker Compose muss installiert werden:

# Install required packages
sudo apt update
sudo apt install -y python3-pip libffi-dev

sudo pip3 install docker-compose

Das Docker-Compose File:

version: '3'

services:
  nginx:
    image: nginx
    restart: unless-stopped
    volumes:
      - /usr/local/etc/nginx/nginx.conf:/etc/nginx/nginx.conf:ro
      - /usr/local/etc/nginx/conf.d:/etc/nginx/conf.d:ro
      - /var/log/nginx:/var/log/nginx
      - /etc/localtime:/etc/localtime:ro
      - /etc/timezone:/etc/timezone:ro
      - /usr/local/etc/certbot/conf:/etc/letsencrypt
      - /usr/local/etc/certbot/www:/usr/share/nginx/certbot
    ports:
      - "80:80"
      - "443:443"
    network_mode: host
    command: "/bin/sh -c 'while :; do sleep 6h & wait $${!}; nginx -s reload; done & nginx -g \"daemon off;\"'"
  certbot:
    image: certbot/certbot:arm32v6-latest
    restart: unless-stopped
    volumes:
      - /usr/local/etc/certbot/conf:/etc/letsencrypt
      - /usr/local/etc/certbot/www:/var/www/certbot
    entrypoint: "/bin/sh -c 'trap exit TERM; while :; do certbot renew; sleep 12h & wait $${!}; done;'"

Alexa Integration eigener Skills

Für den Alexa-Skill "Automation", der die Hue-Lampen kontrolliert, nutze ich einen uWSGI Server in Verbindung mit NGINX.

In den entsprechenden NGINX Konfigurationen muss folgender Eintrag ergänzt werden:

    location /alexa  {
        include uwsgi_params;
        uwsgi_pass localhost:3031;
    }