FHEM #1 – geeignete Hardware

Dies ist mein erster Beitrag einer Serie an Beiträgen für den Heimautomatisierungs-Server FHEM. In der Serie wird für die Grundlagen zuerst das Thema Server-Hardware behandelt, welche zum Betrieb des FHEM-Servers geeignet ist.

Danach werden geeignete Betriebsysteme für FHEM und deren Konfiguration erläutert. Im Anschluss wird das Installieren und Starten von FHEM gezeigt. Ein weiteres Kapitel beschäftigt sich dann mit dem Thema Sicherheit rund um das Betriebssystem und FHEM. In weiteren Kapiteln stelle ich dann Tools vor, die ich im Alltag zur Konfiguration von FHEM verwende.

Ich werde in dieser Serie damit auch nicht alles so theoretisch bleibt meine eigene FHEM-Konfiguration sowie die dazugehöre Hardware-Komponenten nach und nach vorstellen.

Ein weiterer großer Bereich betrifft die Open-Source Software Docker zur Anwendungsvirtualisierung, welche ich seit einiger Zeit in Verbindung mit FHEM einsetze. Docker bekommt aufgrund des Umfangs auch eine eigene Serie und es bestehen viele Querschnittsbereiche zu FHEM, d.h. alle FHEM-interessierten sollten auch meine Docker-Beiträge im Auge behalten.

RaspberryPi – Der Anfang

Meine ersten Versuche in FHEM vor einigen Jahren startete ich noch mit dem Einplatinenrechner RaspberryPi der 1. Generation, den ich bereits in der Schublade hatte. Um das System bestehend aus RaspberryPi und FHEM kennenzulernen und dem Einsatz weniger SmartHome-Komponenten war das absolut ausreichend.

Mit meinem Hauskauf und dem Umstieg auf ein rund um die Uhr laufendes Produktiv-System kaufte ich mir den RaspberryPi2 der 2. Generation. Dieser war erheblich schneller und leistungsfähiger wie der 1. und somit ideal um größere Projekte in meinem Haus umzusetzen.

Im Frühjahr 2016 kam dann der RaspberryPi3 der 3. Generation heraus. Dieser ist nochmals schneller und leistungsfähiger und bildet aktuell die Basis meines SmartHomes mit FHEM. Um den Geschwindigkeitsunterschied zu verdeutlichen: Der Pi3 ist ca. um den Faktor 10 schneller als der Pi1. Ein weiterer Vorteil des Pi3 ist die direkte Integration von WLAN und Bluetooth.

Mein Rat in Sachen Hardware: Wer den Pi1 oder Pi2 schon hat kann damit starten. Wer neu einsteigt, sollte sich direkt den Pi3 holen. Die Preise unterscheiden dabei kaum zwischen den einzelnen Modellen.

Neben meinem FHEM-Hauptsystem mit dem Pi3 verwende ich in meinem Heizraum noch einen separaten Pi2 inkl. FHEM. Dieser läuft aus Stabilitätsgründen unabhängig vom Hauptsystem und auch wirklich nur mit Dingen die die Heizung betreffen. Daneben liefert er aber alle relevanten Daten an das Hauptsystem.

Der große Vorteil der RaspberryPis und der Grund warum ich sie mehrfach einsetze sind der insgesamt günstige Preis und die schnelle Wiederherstellungszeit in Fehlerfall. Sollte mal einer ausfallen (was bis jetzt noch nie passiert ist) kann ich günstig einen vorhalten und innerhalb von wenigen Minuten austauschen.

Generell sind meine Konfigurationen stets auf “rock-solid” ausgelegt, was ich auch bei der Auswahl der weiteren Komponenten zu verdeutlichen versuche.

Links: RasperryPi3 mit Kühlkörper Rechts: Netzteil

 

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Kühlung für den Dauerbetrieb

Zur Kühlung des RaspberryPi3 verwende ich 2 kleine Kühlkörper. Theoretisch laufen alle RaspbberyPis auch ohne spezielle Kühlkörper aber für den Dauerbetrieb empfehle ich in jedem Fall welche. Für den Dauerbetrieb empfehle ich auch den Pi nicht zu übertakten.

Zur Zeit hab ich im Schnitt eine CPU-Temperatur von ca. 52°C (Screenshot aus FHEM). Ohne die Kühlkörper liegen die Temperaturen ca. 3-5°C höher.

RaspberryPi3 CPU-Temperatur

Der RaspberryPi3 ist in einem Spelsberg GTi5-t Unterverteiler zusammen mit weiterer Hardware verbaut. Der Unterverteiler befindet sich im Keller/Waschraum und ist deshalb nach IP65 Luft- und Wasserdicht verschlossen.

Spelsberg Gti5-t Unterverteiler

Trotzdem kann aufgrund der großen Größe des Unterverteilers die Wärme der gesamten Hardware gut abgeleitet werden. Die Temperatur im Unterverteiler, was ja auch zeitgleich die Umgebungstemperatur des Pi3 ist, ist ziemlich stabil und beträgt zur Zeit ca. 29°C (Screenshot aus FHEM->influxDB->grafana).

RaspberryPi3 Umgebungstemperatur

Netzteil für eine stabile Stromversorung

Das Netzteil der RaspberryPis hat mir lange Zeit große Kopfschmerzen bereitet. Ich habe bestimmt über ein Dutzend verschiedene Steckernetzteile durchprobiert und alle haben sie bei mir versagt. Bei manchen startete der Pi gar nicht, manche liefen ein paar Stunden, das Beste hielt ca. ein halbes Jahr aus.

Das Problem ist, das die Steckernetzteile irgendwann die Spannung bzw. die Stromstärke nicht mehr halten können und es dann zu Systeminstabilitäten und Abstürzen kommt. Aus diesem Grund kann ich an dieser Stelle auch keines für den Dauerbetrieb empfehlen.

Steckernetzteile

Die Lösung für mich brachten Netzteile der Firma Meanwell aus der Modellreihe DR-15. Die Netzteile gibt es in verschiedenen Leistungsklassen mit verschiedenen Spannungen und sie sind alle für die Hutschienenmontage sowie für den Dauerbetrieb geeignet. Daneben sind auch diverse Schutzschaltungen integriert. Von den Netzteilen habe ich einige, verteilt im Haus, im Einsatz und sie funktionieren bis jetzt ohne Probleme.

Achtung!

Dieses Netzteil wird am 230V-Stromnetz angeschlossen. Bei Fehlern besteht Brandgefahr oder
Gefahr eines elektrischen Schlages!

Für den Pi3 wird das Modell DR-15-5 sowie ein einseitig offenes USB-Stromkabel benötigt. Diese Variante arbeitet mit 5V Gleichspannung und kann bis 2,4A belastet werden. An dem Netzteil hängen bei mir neben dem Pi3 inkl. selber gebautem 1-wire-Bustmaster am USB-Anschluss noch ein selber gebautes Homematic LAN-Gateway sowie ein ebenso selber gebautes LaCrosse WLAN-Gateway. Dieses Netzteil arbeitet jetzt ca. 1 Jahr bei mir im Dauerbetrieb ohne irgendwelche Auffälligkeiten zu zeigen.

Links: 1-wire Busmaster Rechts: LaCrosse WLAN-Gateway

Homematic LAN-Gateway

Aufgrund der Stromprobleme in der Vergangenheit habe ich, um die Spannung sowie den Stromverbrauch alle am Netzteil angeschlossen Komponenten zu überwachen, einen USB-Spannungsprüfer dazwischen geschaltet. Dieser zeigt mir die aktuelle Spannung und den aktuellen Stromverbrauch. Zur Zeit liege ich mit allen Komponenten weit unter der Grenze von 2,4A, die ein stabiles System gefährden würden.

USB-Spannungsprüfer

 

Gehäuse für die Hutschiene

Wie man vielleicht bisher schon erkennen kann setze ich voll auf die Hutschienenmontage. Da macht das Gehäuse für den Pi3 keine Ausnahme. Allerdings verwende ich nur das Unterteil. Den Deckel lasse ich weg auch für eine bessere Wärmeabgabe und da ich es durch den geschlossenen Unterverteiler auch nicht bezüglich Berührungsschutz benötige.

Raspberry HE-Case-Huts Gehäuse beige*
Raspberry - Zubehör
17,90 EUR

Speicherkarte für den Dauerbetrieb

Bei dem Thema Speicherkarte bin ich fast ebenso gebrandmarkt wie bei dem Thema Netzteil. Ich habe viele CF-/SD/microSD-Karten getestet und verwendet und auch hier zahlreiche Ausfälle erlebt.

Die einzigen Karten die ich in meinen RaspberryPis eingesetzt habe und die dies dauerhaft seit ca. 2 Jahren überlebt haben sind Modelle der Sandisk Extreme Pro Reihe. In beiden RaspberryPis von mir laufen die Varianten mit 16GB absolut ohne Probleme. Nebenbei sind die Extreme Pro Modelle in der Regel auch die schnellsten Karten, was ich hier auch gerne mitnehme.

SanDisk Extreme Pro microSDHC bis zu 95MB/Sek, Class 10, U3 Speicherkarte*
SanDisk - Personal Computers
Derzeit nicht verfügbar

Netzwerk

Der Pi3 kann mit integriertem WLAN- oder LAN-Anschluss betrieben werden. Ich versuche in meinem SmartHome, wenn möglich, alle Komponenten mit Netzwerkkabeln zu einem LAN miteinander zu verbinden.

Ein großer Vorteil ist das die Datenübertragung schneller und sehr wichtig für den SmartHome-Komfort die Reaktionsgeschwindigkeit höher ist. Ein netter Nebeneffekt ist auch das ich mich nicht mit Empfangsproblemen herumplagen muss.

Als Netzwerkkabel verwende ich hauptsächlich Verlegekabel oder fertig konfektionierte Kabel von Ligawo. Diese bieten ein ausgezeichnetes Preis-/Leistungsverhältnis.

 

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Weitere Hardware – Alternativen

Irgendwann kommt der Zeitpunkt, an dem man so viele Komponenten hat, sei es in Form von Aktoren, Relais, Schaltern usw. oder in Form von Software, Modulen, Bedingungen usw., das die Rechenleistung des Pi3 einfach nicht mehr ausreicht. Dies kann sich z. B. in einem verzögerten Einschalten des Lichts oder in einer trägen FHEM-Oberfläche bemerkbar machen.

Bei mir kam dieser Punkt als ich auf das Datenbanksystem MariaDB gewechselt hatte. Ich hatte alle alten textbasierten Logfiles in die Datenbank importiert. Danach wurde das System besonders beim aufrufen von Plots/Diagrammen sehr träge.

Viele denen der RaspberryPi3 zu langsam wird greifen dann sinnvollerweise zu etwas mit mehr Rechenpower. Beliebt sind hierbei besonders die Intel NUC i3 Modelle. Die sind klein, leise und sparsam in Sachen Stromverbrauch, wenn auch nicht so sparsam wie der RaspberryPi3 aber mit deutlich mehr Rechenpower.

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292,68 EUR

Selber verwende ich einen Supermicro ESXi-Server. Der Rechner befindet sich zusammen mit einer APC USV, APC PDU und einem 3com Switch in einem kleinen 19″-Rack im Keller. ESXi stellt dabei das Betriebssystem dar um virtuelle Maschinen (VM), wie z.B. ein virtualisiertes Windows oder Ubuntu, auszuführen. ESXi passt auf einen USB-Stick und das System kann auch von dort gebootet werden.

Auf diesem ESXi-Server läuft bei mir zur Zeit eine VM mit Ubuntu/MariaDB. Das heißt alle Datenbankeinträge werden von meinen beiden RaspberryPis direkt in diese Datenbank in der VM geschrieben. Das entlastet beide RaspberryPis da sie weniger Daten untereinander austauschen müssen.

Mein System bestehend aus Board, Gehäuse, ECC-Speicher, System-SSD, Lüfter und Zubehör seht Ihr in den Affiliate-Links unten:

 

ESXi-Server

Die Steigerung einer VM ist Docker. Docker virtualisiert nicht wie ESXi den ganzen Rechner, sondern nur die Anwendung/Programm. Dabei kann Docker selbst in einer VM installiert werden, also sozusagen Virtualisierung in der Virtualisierung.

Bei mir ist Docker in einer VM mit Ubuntu 16.04 LTS installiert. In Docker laufen dann bei mir verschiedene Anwendungen wie z.B. eine weitere FHEM-Datenbank namens influxdb, eine weitere schöne Visualisierungmöglichkeit mit grafana, ein nginx-reverse-proxy zur Absicherung von FHEM und ausgelagerte FHEM-Instanzen mit Modulen und Komponenten die mein Hauptsystem blockieren würden.

Docker – Portainer

Diagramme mit grafana

Diagramme in FHEM

Im nächsten Beitrag “FHEM – Die Serie #2 – Raspbian / Ubuntu installieren” wird die Installation eines Betriebssystems gezeigt.

 

Reinhard
Autor von frombeyond.de. Smart-Home-Verrückter.Nutzt Zuhause FHEM zusammen mit HomeMatic, JeeLink, 1-Wire, Flammtronik / Atmos HV, Buderus KM271, Philips HUE, Xiaomi Yeelight, Alexa, Sonos, FritzBox, Ubiquiti UniFi APs, APC UPS, APC PDU, IPMI. MariaDB, InfluxDB und Grafana zur Auswertung. Als Hardware-Untersatz kommen mehrere RaspberryPis und Supermicro Serverhardware zum Einsatz. Softwareseitig werden hauptsächlich Raspbian, Ubuntu, ESXi und Docker verwendet.

*Diese Links führen zu Amazon- oder anderen Online-Angeboten, keine Verfügbarkeitsgarantie, keine Garantie auf günstigsten Preis, Preise können variieren, Preise inkl. MwSt. / evtl. zzgl. Versandkosten, alle Angaben ohne Gewähr. Letzte Aktualisierung am 16.10.2017

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