14.11.2014

Raspberry Pi, Model A+ ist da

Die Raspberry Pi Foundation hat das Model A+ vorgestellt. Unterschiede zu alten Model A sind.
  • microSD Karte mit besserem Sockel
  • Audio/Video Anschluss kombinirt
  • Schaltregler (weniger Stromverbrauch)
  • nur 65 x 56mm groß
Er hat aber auch die selben Einschränkungen wie das Model A:
  • nur 256MB RAM (statt 512 des Model B)
  • 1 USB-Snschluss (statt 2 (Model B) bzw 4 (Model B+)
  • kein Ethernet
Model A+ ist ideal für Anwendungen, die ohne Ethernet auskommen und nur einen USB-Anschluß brauchen. Software kann auf dem größeren Model B+ entwickelt und getestet werden, wenn man diese Einschränkungen berücksichtigt.

Der Preis leigt bei knapp über 20 €, er ist z.B. bei Watterott erhältlich




14.07.2014

Neuer Raspberry Pi, Model B+

Ein neues Modell des Raspberry Pi scheint fertig zu sein. Bei einzelnen Händlern ist es schon bestellbar! RS-Online listet ihn mit einem Preis von 29,50€ (ohne MWst).

Unterschiede zum alten Raspberry Pi, Model B
  • Vier (statt zwei) USB-Ports
  • Keine extra Analog-Video-Buchse
  • Platinenlayout nicht so zerklüftet
  • Mehr I/O-Pins
  • Bisherige Gehäuse und Shields passen nicht mehr

Was ist gleich geblieben?
  • CPU & Taktfrequenz
  • Speicher 512MB
Ein Schritt in die richtige Richtung (finde ich). Mehr Speicher und eine schnellere CPU ständen einem neuen RasPi sehr zu gute..

Update: inzwischen gibt es auch eine offizielle Ankündigung von der Raspberry Pi Foundation.

Links

21.06.2014

Verkehrsflugzeuge Live-Tracking per ADS-B mit dem Raspberry Pi

Am Himmel sieht man eigentlich immer Kondensstreifen. Es wäre doch nett zu wissen, was für ein Flugzeug da jeweisl dahintersteckt.

Mit einem Raspberry Pi und einem billigen DVB-T-Dongle und ein bischen Software ist das kein Problem.

dump1090 - Ausgabe als Karte


Zutaten

  • Raspberry Pi
  • DVB-T-Dongle
  • RTL_SDR-Software zum Ansprechen des DVB-T-Dongles
  • dump1090 - Software zum Auswerten / Anzeigen der ADS-B-Information

Zeitaufwand

ca 2-3h

Kosten

Ca 20 € für das DVB-T-Dongle + vorhandener Raspberry Pi

ADS-B zur Positionsbestimmung

Die meisten Verkehrsflugzeuge haben einen Automatic dependent surveillance-broadcast (ADS-B)-Transponder an Bord, der die aktuelle Position, Geschwindigkeit, Höhe und ID des Flugzeugs in einem standardisierten Datenformat auf 1090 MHz ausstrahlt. Wenn man diese Information empfängt und dekodiert, kann man Position, Kurs und Flugnummer live auf einer Karte anzeigen.

DVB-T-Dongle

Spezialisierte Empfänger-Hardware ist teuer. Man kann aber auch Billig-Hardware, die eigentlich für einen anderen Zweck gedacht war, verwenden.

Möglich wird dies durch die Entdeckung, daß preisgünstige (ab 10€!) DVB-T-USB-Dongles als Software Defined Radio (SDR) betrieben werden können. Voraussetzung ist der  Realtek RTL2832U-Chip, der in vielen  Dongles verwendet wird.  Dabei geht der Empfangsbereich von etwa 25 MHz bis hinauf zu 1,7 GHz!

Dazu braucht man noch Software: RTL-SDR zum Ansprechen des Dongles und darauf aufsetzend dump1090 zum Auswerten und Anzeigen der Flugzeugpositionen - beides ist als Open source-Software frei verfügbar.

Nicht jeder Dongle ist geeignet, ich habe mir einen über Amazon.com in Amerika bestellt. Vorteil hier war, daß der Anbieter die Funktion mit RTL-SDR-Software garantiert. Kostenpunkt war knapp 20€ (mit Versand). Der Dongle zieht einiges an Strom, deshalb ist ein etwas stärkeres Netzteil wichtig (bei mir funktioniert ein 1A-Steckernetzteil). Evtl. muß man den Dongle über einen Powered USB-Hub betreiben.

Low-Level-Software: RTL-SDR

Die Software zum Ansprechen von DVB-Dongles heißt RTL-SDR. Neben der librtlsdr-Library enthält sie auch noch einige Kommandozeilenprogramme für Basisfunktionen. Sehr viele Programme, unter anderem dump1090, benutzt librtlsdr als API zum Dongle. RTL-SDR muß zunächst auf dem Raspberry Pi übersetzt werden.

Vorbereitung

Auf dem Raspberry Pi ist Raspbian (Debian wheezy) installiert. Als Benutzer pi werden die zum Bau benötigten Packages installiert: auf der Kommandozeile:

sudo apt-get install git cmake libusb-1.0-0-dev build-essential

Bauen der RTL-SDR-Software

Anschließend kann die RTL-SDR-Library gebaut werden:

cd
git clone git://git.osmocom.org/rtl-sdr.git
cd rtl-sdr/
mkdir build
cd build/
cmake ../ -DINSTALL_UDEV_RULES=ON
sudo make install
sudo ldconfig
cd ~
sudo  cp ./rtl-sdr/rtl-sdr.rules /etc/udev/rules.d/
sudo reboot


dump1090 - Software für ADS-B

Zum Dekodieren und Anzeigen der ADS-B-Information hat Salvatore Sanfilippo das Programm dump1090 geschrieben. Diese Software hat u.a. einen eingebauten Webserver, mit der die Daten live in einer Karte angezeigt werden könnnen (siehe oben)!

Bauen der Software ist sehr einfach. Ich verwende die verbesserte Version von Malcolm Robb:

git  clone  git://github.com/MalcolmRobb/dump1090.git
cd dump1090/
make


Anschließend kann man das Programm starten, es hat einige Kommandozeilen-Optionen. Mit

nohup ./dump1090 --net&

läuft es im Hintergrund und startet auf Port 8080 einen Webserver. Geht man mit einem Browser drauf sieht man eine Karte mit (hoffentlich) vielen eingeblendeten Flugzeugen (siehe oben)! Die Karte wird in Echtzeit upgedated - zusätzlich werden weitere Informationen über die Flugzeuge angezeigt, der Kurs wird mitgeloggt, etc.

Antenne

Mit der mitgelieferten Antenne zum DVB-T-Stick sehe ich Flugzeuge bis etwa 40 km Entfernung. Eine einfache selbsgebaute Antennen für 1090 MHz kommt da wesentlich weiter, ein einfache Möglichkeit siehe http://antirez.com/news/46. Im README zu dump1090 sind dazu noch weitere Links. 

Links

21.02.2014

iBeacon mit dem Raspberry Pi (Apples Bluetooth-Low-Energy indoor-Navigation)

Apple hat mit IOS 7 die iBeacon-Technologie eingeführt. Die zugehörige Empfänger-Hardware ist auf dem iPhone (ab iPhone 4s) und iPad (ab 3. Generation + iPad mini) vefügbar.

Ältere Geräte haben kein Bluetooth Low Energy und funktionieren nicht mit iBeacons! Das Gegenstück - die iBeacon selbst - kann man entweder fertig kaufen, oder mit einem Raspberry Pi selbst bauen.

Schnellstart : iBeacon mit dem Raspberry Pi

  1. auf dem Raspberry Pi: Image installieren: 2014-01-07-wheezy-raspbian 
  2. BLE-Dongle in RasPi stecken
  3. bluetooth-Software installieren (als root):

apt-get install libusb-dev libdbus-1-dev libglib2.0-dev libudev-dev libical-dev libreadline-dev
wget www.kernel.org/pub/linux/bluetooth/bluez-5.14.tar.xz
unxz bluez-5.27.tar.xz
tar xvf bluez-5.27.tar
cd bluez-5.27/
LDFLAGS=-lrt ./configure --prefix=/usr --sysconfdir=/etc --localstatedir=/var --enable-library -disable-systemdmake
make install

4. Beacon starten
hciconfig hci0 up
hciconfig hci0 leadv 3 
hcitool -i hci0 cmd 0x08 0x0008 1E 02 01 1A 1A FF 4C 00 02 15 91 2E 23 A0 97 1E 11 E3 A5 E2 08 00 20 0C 9A 66 00 00 00 00 C5 00

5. iBeacon-App auf iPhone installieren (iBeacon locate (Radius Networks) oder AirLocate (Apple))

6. App für UUID 912E23A0-971E-11E3-A5E2-0800200C9A66 konfigurieren
7. fertig



Details/Erläuterung

Was ist eine iBeacon?

Eine iBeacon ist zunächst einmal ein Sender, der der per Bluetooth Low Energy (BLE) eine UUID und ein bischen Zusatzinformation sendet. Kommunikation geht also nur von der iBeacon in Richtung mobiles Endgerät, in die andere Richtung wird nichts übertragen. Auf Bluetooth-Ebene sind das Bluetooth-Low-Energy-Advertisement-Packets, die  im Sekundenrhytmus ausgestrahlt werden.

App wird in der Nähe einer iBeacon aktiv

Das Mobilgerät empfängt nun diese Advertisement-Pakete. Ist eine UUID dabei, die in einer installierten App zugeordnet ist, wird diese App angezeigt und sogar gestartet, falls sie gerade nicht aktiv ist.  Die App weiß nun, daß jetzt eine zugeordnete iBeacon in der Nähe ist und kann entsprechende Aktionen ausführen. Sind mehrere iBeacons im Empfangsbereich, kann durch Triangulation sogar der Standort genauer bestimmt werden. Reichweite eines iBeacons sind nominal etwa 50m, in Gebäuden deutlich weniger, je nach Situation.

Use cases

Use-cases können z.B. Läden sein, die einen Kunden auf ein Sonderangebot hinweisen, oder Museen, die Zusatzinformationen zu bestimmten Kunstwerken liefern, Lenken von Besuchern in Stadien, etc. Wichtig ist, daß dem Mobilgerät nur der Standort bekannt gemacht wird, eine App muß darauf entsprechend reagieren und die eigentliche Information an den Benutzer liefern.

Die iBeacon-Technologie wird oft als Apples Antwort auf NFC gesehen - das trifft aber nicht den Kern der Sache, NFC hat nur eine Reichweite von wenigen cm, eine iBeacon reicht wesentlich weiter.

iBeacon-Hardware

Verschiedene Hersteller bieten fertige iBeacons an, oder haben die Lieferung angekündigt. Das sind meist Knopfzellen-betriebene Geräte, die z.B. an ein Regal geklebt werden können.

Raspberry Pi als iBeacon

Mit einem Raspberry Pi und einem Bluetooth-Low-Energy (BLE) -Dongle geht das auch und man kann damit viel leichter (per Software) die UUID und andere Parameter ändern. Nachteil ist natürlich der höhere Energieverbrauch.

Im Internet gibt es dazu Anleitungen, es sind allerdings einige Stolperfallen zu überwinden (wenn man Pech hat)

http://learn.adafruit.com/pibeacon-ibeacon-with-a-raspberry-pi/overview
http://developer.radiusnetworks.com/ibeacon/virtual.html

Hardware: Bluetooth Low-Energy-Dongle.

Ein normales USB-Dongle funktioniert nicht! Das Dongle muß Bluetooth Low Energy (BLE) unterstützen - wenn "Bluetooth V4.0", "Bluetooth smart" oder "Bluetooth smart ready"  auf der Packung steht, ist das meist der Fall.

Ich habe mit zwei verschiedenen Dongles Erfolg gehabt.

1. LogiLink USB Bluetooth V4.0 Dongle.
Die USB-ID dieses Dongle ist 0a12:0001. Gekauft bei Pollin.de - es kommt in so einer Packung:

2. Plugable USB-BT4LE Bluetooth 4.0 USB Adapter for Windows and Linux PCs
http://plugable.com/products/usb-bt4l.
USB-ID ist 0a5c:21e8. Gekauft habe ich dieses Dongle bei Amazon.de

Software:

Als OS-Image für den Raspberry Pi (Model B) verwende ich 2014-01-07-wheezy-raspbian.zip. Zusätzlich müssen einige Software-Packages installiert und dann die aktuelle BlueZ-Software (Bluetooth-Stack) gebaut werden. Dazu loggt man sich als root auf dem RasPi ein und führt folgendes aus (make dauert etwa 30 Minuten):

apt-get install libusb-dev libdbus-1-dev libglib2.0-dev libudev-dev libical-dev libreadline-dev
wget www.kernel.org/pub/linux/bluetooth/bluez-5.14.tar.xz
unxz bluez-5.14.tar.xz
tar xvf bluez-5.14.tar
cd bluez-5.14/
./configure --disable-systemd
make
make install

Anschließend braucht man eine UUID (die man sich z.B. bei http://www.famkruithof.net/uuid/uuidgen generieren kann oder man erfindet selbst eine) als Identifikation des iBeacon.

Zusätzlich wird eine MAJOR-Nummer (16 Bit, Gruppe von iBeacons) und eine MINOR-Nummer (16 Bit, individuelle iBeacon) mitgesendet. Als letzter Wert kommt noch die RSSI (Received Signal Strength Indicator) hinzu, das ist ein Wert für die Sendeleistung. Aus der RSSI und der tatsächlich empfangenen Signalstärke kann der Empfänger die Entfernung zum Sender abschätzen.

Eine App horcht auf eine festgelegte UUID, MINOR und MAJOR sind dabei beliebig. Ein guter Anfangswert für RSSI ist -59, das entspricht 0xC5 (hex).

Hier die von mir verwendeten Werte:

iBeacon prefix: 02 01 06 1A FF 4C 00 02 15 (fix)
UUID: 912E23A0-971E-11E3-A5E2-0800200C9A66
MAJOR: 0000
MINOR: 0000
RSSI:  C5

mit diesem Shell-Script wird die iBeacon gestartet, wichtig war bei mir, daß die Reihenfolge der Befehle  eingehalten wird:

#!/bin/bash
#
# Start interface
hciconfig hci0 up
#
# Set adapter to "Low Energy Advertise"
hciconfig hci0 leadv 3
#
# start advertising with 
# UUID: 912E23A0-971E-11E3-A5E2-0800200C9A66
# MAJOR: 0000
# MINOR: 0000
# RSSI:  C5
#
# next command is *one* line
hcitool -i hci0 cmd 0x08 0x0008 1E 02 01 1A 1A FF 4C 00 02 15 91 2E 23 A0 97 1E 11 E3 A5 E2 08 00 20 0C 9A 66 00 00 00 00 C5 00

App auf dem iPhone

Zum Lokalisieren und Testen von iBeacons habe ich drei iPhone-Apps gefunden, aber nicht alle funktionieren bei mir. Wichtig ist, daß die UUID richtig eingegeben wird. Hier eine Übersicht der Apps die ich getestet habe:
  • iBeacon Locate (Radius Networks) http://www.radiusnetworks.com/ibeacon-services.html
  • AirLocate (Apple): funktioniert, Sourcen verfügbar
  • Beacon Tool: funktioniert bei mir nicht (iPhone 4S, es wird keine iBeacon gefunden)
Am besten gefallen hat mir iBeacon Locate. AirLocate liegt als Beispiel von Apple im Quelltext vor, kann also gut als Ausgangspunkt für eine eigene App dienen.

iBeacon-Technologie für Android

Seit Android 4.3 gibt es auch auf dieser Plattform Bluetooth Low-Energy-Unterstützung. Allerdings habe erst wenig Android-Geräte BLE-Hardware eingebaut. Die Situation ist aber gerade stark im Fluß.

Stolperfallen

  • Es ist Bluetooth Low-Energy-Dongle nötig: o.g. Logilink oder plugable-Dongle funktionieren bei mir
  • Die Reihenfolge der hcitool-Befehle ist kritisch
  • Gerät (iPhone/Android) muß BLE unterstützen
  • Nicht alle Apps funktionieren

App-Entwicklung


Links



18.01.2014

Internet of things, Sensordata in the cloud: eine Bluetooth-Low-Energy-Wetterstation mit dem Raspberry Pi

Mal ein Wochenendprojekt ohne Löten

In den letzten Jahren gibt es interessante Entwicklungen im Bereich Sensoren (MEMS-Sensoren), Computer (Raspberry Pi!), Services (Cloudservices) und Datenübertragung per Funk (Bluetooth Low Energy).

Mit einem Raspberry Pi, einem Sensorträger von Texas Instruments und etwas Code kann man das ganz einfach selbst mal anwenden! Und zwar ganz ohne löten.

Code:

https://github.com/hermann-kurz/weatherstation-sensortag

Sensoren! Texas Instruments Sensor Tag

Bei Texas Instruments gibt es für 25$, das sind keine 20 € (inklusive extrem schnellem Versand!) das TI Sensor Tag, das gleich sechs Sensoren für folgende Meßgrößen enthält:
  • Luftfeuchtigkeit
  • Luftdruck
  • Magnetfeld
  • Gyroskop
  • Beschleunigung
  • diverse Thermometer
  • kontaktloses Infrarot-Thermometer
Die Sensoren hängen an einem I2C-Bus, der von einem CC2541-System-on-Chip gesteuert wird. Der CC2541 hat Bluetooth-Low-Energy an Bord, über das das Sensortag angesprochen werden kann. Die Firmware kann über Bluetooth upgedated werden, das Sensor Tag ist eine Demo-Anwendung für TIs Bluetooth-Technologie.


Bluetooth Low Energy

Bluetooth Low Energy (BLE) ist auf geringen Energieverbrauch getrimmt, ein Ziel ist der jahrelange Betrieb von Sensoren mit einer Knopfzelle. Das TI Sensor Tag schafft das zwar nicht ganz, ist aber dennoch ziemlich beeindruckend.

BLE ist noch nicht besonders weit verbreitet. Neuere iPhones/iPads und einige wenige Android-Geräte beherrschen es aber schon. Dafür gibt es von Texas Instruments Apps, die direkt mit dem Sensor Tag kommunizieren können. Quellcode ist ebenfalls verfügbar.

Auslesen der Daten mit dem Raspberry Pi

Um die Daten mit einem Raspberry Pi auszulesen, braucht man ein BLE-fähiges USB-Dongle. Ich bin nach der Anleitung von Michael Saunby vorgegangen und habe das Plugable usb-bt4le verwendet. Dazu muß man eine neuere Version des Bluez-Bluetooth-Stacks für Linux compilieren um BLE-Support zu erhalten.

Ian Harvey hat darauf basierend eine Python-Library geschrieben, die er auf GitHub zum Download bereitstellt. Wenn man die Library gebaut hat (etwas Fummelei nötig) kann man das TI Sensor Tag direkt von Python aus ansprechen und die Messwerte auslesen!

Wetterhäuschen

Zählt man man die Sensoren so durch, sieht man, daß das Sensor Tag eigentlich eine verkleidete Wetterstation ist - drahtlose Anbindung inklusive!

Da der Sensor im Freien hängen soll, aber nicht direkt der Witterung ausgesetzt sein darf, haben meine Tochter und ich (danke Johanna!) ein Wetterhäuschen ganz grob nach dieser Anleitung gebaut.

Das Wetterhäuschen haben wir aus ein paar Holzleisten und Lamellenelementen aus dem Baumarkt zusammengeschraubt und geleimt. Dann mit wetterfestem weissem Lack angemalt.


Sieht total professionell aus. Den Deckel kann man aufklappen, dort ist ein Metallwinkel verschraubt, an dem das Sensortag per Kabelbinder befestigt ist, so daß es ziemlich mittig im Wetterhäuschen hängt.

Tempo-DB: Daten in der Cloud

Nächster Schritt ist das Speichern der Daten. Normalerweise stopft man die  in eine Datenbank und kann dann später schöne Graphen damit zeichnen. Das geht auch wunderbar auf dem Raspberry Pi, ist aber langweilig (kann ja jeder). Viel interessanter ist es, das mal einem darauf spezialisierten Anbieter zu überlassen.

Tempo-DB ist ein solcher Anbieter. Dessen Datenbank ist für Sensordaten optimiert, die pro Messung eine Timestamp/Messwert-Paar umfassen. Dafür sind es extrem viele Daten, die mit der Zeit anfallen können. Tempo-DB sorgt für Verfügbarkeit, Backups, Betriebssicherheit. Das lässt sich Tempo-DB normalerweise bezahlen, aber es gibt einen kostenlosen Plan, mit dem man bis zu 5 Millionen Datensätze speichern darf. Wenn jede Minute ein Datensatz anfällt, reicht das für knapp zehn Jahre, ist also für eine einzelne Wetterstation erstmal OK.

Einzige Voraussetzung ist ein Internetanschluss. Tempo-DB hat ein nettes REST-API, das man über Libraries benutzen kann, die in verschiedenen Script-Sprachen vorliegen.

Ich benutze in diesem Fall Python, da die Sensoren ja ebenfalls mit Python ausgelesen werden. Dazu habe ich Ian Harveys Beispiel-Script ein bischen angepasst, es steht auf Github zum Download bereit. Das Script rechnet auch noch gleich den gemessenen lokalen Luftdruck in den äquivalenten Luftdruck auf Meereshöhe um (mit der barometrischen Höhenformel, YEAH SCIENCE!!).

Tempo-DB hat ein schönes Backoffice, in dem man sich die erfassten Daten anschauen kann. Das sieht dann so aus:



Probleme, To-Dos, Workarounds

Batterielaufzeit

Mit einer CR2032-Knopfzelle habe ich bis jetzt leider nur eine Laufzeit von etwa zehn Tagen erreicht, obwohl die Sensoren nur alle fünf Minuten eingeschaltet und abgefragt werden. Eine CR2032-Zelle hat etwa 220 mAh, d.h. das Tag braucht etwa 1 mA - das ist zu viel. Mir ist noch nicht klar, warum.

Als Workaround werde ich zwei Monozellen als Energiequelle nehmen, dort passen 22 Ah rein, also etwa hundert mal soviel

Reichweite

Die Bluetooth-Reichweite beträgt nur wenige Meter, durch eine Holzwand nach draussen ging erstmal nichts. Ich musste mit dem Bluetooth-Adapter am USB-Kabel rumhantieren, jetzt komme ich auf fünf Meter.

Code

Der Code ist nicht sehr schön :-)
https://github.com/hermann-kurz/weatherstation-sensortag

Start

Bevor das Python-Script Kontakt zum Sensor aufnimmt, muß das Sensor-Tag erst mit einem

hcitool lescan

erkannt worden sien.


TI Sensor Tag
User Guide auf dem Sensortag-Wiki
Plugable usb-bt4le
Bluez-Bluetooth-Stack
https://github.com/IanHarvey/bluepy