Die hier beschriebene Applikation ermöglicht Kunden im Versorgungsgebiet der EVN ihren aktuellen Stromverbrauch aus dem Smartmeter auszulesen. Aufbauend auf der hervorragenden Arbeit von Michael Reitbauer habe ich dafür eine Installationsanleitung für den Rasperry Pi basierend auf Docker erstellt. Die Docker-Lösung wurde gewählt, da damit eine sichere Migration zwischen verschiedenen Rechnern möglich ist.
Ich empfehle als Betriebssystem DietPi da es wesentlich ressourcensparender ist. Siehe: DietPi vs Raspberry Pi OS Lite
DietPi hat auch den Vorteil, installationsfertige Images für eine große Anzahl von Alternativen zum RasPi4 anbieten zu können. So z.B. der Odroid C4/HC4, der zu einem Peis von wesentlich unter € 100,-- lieferbar ist.
Sollte jedoch Smartmeter auf ein bereits vorhandenes laufendes System aufgesetzt werden, lese zuerst den Absatz Smartmeter Installation ohne DietPi und fahre dann mit Absatz Docker fort.
DietPi ist eine auf Debian basierende Linux-Distribution, die für Single-Board Computer, wie Raspberry Pi, ODROID, ROCK Pi, PINE64, NanoPi und ASUS Tinker Board entwickelt wurde. DietPi unterstützt ebenso PCs und Virtuelle Maschinen. Das Projekt besitzt eine aktive Community und erzeugte über 200 Releases. Aktuell gibt es weltweit über ca. 120 000 laufende DietPi-Systeme.
Meine erste Installation erfolgte auf einem Pi4. Da ich eine Reihe von Pi1 noch in der Sammlung hatte, war mein Bestreben Smartmeter auch auf einem leistungsschwächeren System auszuprobieren. Dies stellte sich jedoch auch mit DietPi als nicht praktikabel heraus. Für die vorliegende Konfiguration auf Docker ist mindestens ein Pi3 nötig.
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64 Bit
Aktuelle Images zum Download auf https://dietpi.com/
Menü: Downloads / Rasperry Pi
Rasperry Pi3 und Pi4 / 64bit -> https://dietpi.com/downloads/images/DietPi_RPi-ARMv8-Bullseye.7z
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Flashen des Image
Benutze zum Flashen der SD-Karte das Programm balenaEtcher
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Setze SD-Karte in Raspi ein und schließe das Netzteil an um zu starten
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Folge den Anweisungen am Bildschirm
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Zur manuellen Installation von DietPi befolge bitte die Schritte der Anleitung in https://dietpi.com/docs/install/
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DietPi bietet eine automatische Basis-Installation per Script an. Das für Smartmeter-Docker bereits angepasste Script ist hier zum Download
Alle für Docker notwendigen Programme werden durch das Script automatisch installiert!
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Lade das Script in einen Editor und ändere folgende Zeilen:
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Zeile 35 Setze hier die IP-Adresse deines Raspi ein
AUTO_SETUP_NET_STATIC_IP=xxx.xxx.xxx.xxx -
Zeile 37 Setze hier die IP-Adresse deines Internet-Gateways ein
AUTO_SETUP_NET_STATIC_GATEWAY=xxx.xxx.xxx.xxx -
Zeile 85 Setze hier den SSH_PUBKEY deines PC ein um ohne Passwort auf den Raspi sicher zugreifen zu können: C:\Users\deinUser\ssh\id_rsa.pub
AUTO_SETUP_SSH_PUBKEY=ssh-ed25519 AAAAAAAA111111111111BBBBBBBBBBBB222222222222cccccccccccc333333333333 mySSHke -
Zeile 124 Setze hier dein globales Passwort ein
AUTO_SETUP_GLOBAL_PASSWORD=dein-globales-PasswortDu kannst mit den übrigen Einstellungen dieser Dateiversion starten. Mittels dietpi-config lassen sich alle Einstellungen auch später ändern.
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Erstelle im Rootverezichnis das neue Verzeichnis boot und speichere das File dietpi.txt im Verzeichnis /boot/dietpi.txt der SD-Karte. Achte darauf, dass der Editor das File im LF Modus speichert. https://blog.boot.dev/clean-code/line-breaks-vs-code-lf-vs-crlf/
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Setze SD-Karte in Raspi ein und schließe folgende Komponenten an um zu starten:
- Netzteil
- Bildschirm
- Tastatur
- Netzwerkkabel
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Warte einige Minuten. Es werden Updates durchgeführt.
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Folge den Anweisungen am Bildschirm
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Das System startet im root User
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Teste das Einloggen über SSH:
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Öffne Terminal oder Power Shell am PC und gib die von dir im personal key festgelegte Passphrase ein.
PS C:\Users\deinUser> ssh [email protected] Enter passphrase for key 'C:\Users\deinUser/.ssh/id_rsa':
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Nach dem erfolgreichen einloggen über SSH kann der Raspi headless betrieben werden. Bildschirm und Tastatur werden nicht mehr benötigt und können entfernt werden.
nano ~/.bashrc
Auskommentiere folgende Zeilen (Entferne das #)
# You may uncomment the following lines if you want `ls' to be colorized:
export LS_OPTIONS='--color=auto'
eval "$(dircolors)"
alias ls='ls $LS_OPTIONS'
alias ll='ls $LS_OPTIONS -l'
alias l='ls $LS_OPTIONS -lA'
Tipp: Parametrierung von Nano - Einschalten Zeilennummern und Tabspace 4 für Programmierung von Python
Öffne nano:
nano
Editiere folgende Zeilen
# Recommended nano editor configuration for Python programming
# (~/.nanorc file)
set linenumbers
set autoindent
set tabspace 4
set tabstospaces
Speichere das File unter .nanorc
Es empfiehlt sich die darunter befindlichen Zeilen ebenfalls durch entfernen des # zu aktivieren. Dadurch werden die Befehle rm (Löschen), cp (Kopieren) und mv (Umbenennen) durch die Bildung eines Alias mit -i durch eine Rückfrage vor dem Ausführen gesichert.
# Some more alias to avoid making mistakes:
alias rm='rm -i'
alias cp='cp -i'
alias mv='mv -i'
Speichere die Datei mit Strg+O und schließe mit Strg+X und anschließend Raspi neu booten:
dietpi@Smartmeter:~$ sudo reboot
Danach wird das Listing von "ls" farbig dargestellt. Verzeichnisse z.B. sind blau. Die Eingabe von "l" liefert den Output von ls -lA. Die Befehle remove (rm), copy (cp) und move (mv) werden erst nach Rückfrage ausgeführt.
Hinweis: Die Setzung der Alias muss für jeden User einzeln vorgenommen werden! (dietpi, root)
Hinweis: Sollte Smartmeter nicht auf DietPi aufgesetzt werden, bitte zuerst weiter unten das Kapitel: Smartmeter Installation ohne DietPi lesen!
Durch die nun vorgenommene Installation von DietPi sind die notwendigen Programme für Docker bereits installiert.
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Smartmeter-Repository von Git-Hub klonen
In Dietpi einloggen:
Du befindest dich jetzt im Verzeichnis /home/dietpi
dietpi@Smartmeter:~$ git clone https://github.com/hansratzinger/smartmeter-docker.git Klone nach 'smartmeter-docker' ... remote: Enumerating objects: 18, done. remote: Counting objects: 100% (18/18), done. remote: Compressing objects: 100% (14/14), done. remote: Total 18 (delta 4), reused 7 (delta 3), pack-reused 0 Empfange Objekte: 100% (18/18), 29.24 KiB | 379.00 KiB/s, fertig. Löse Unterschiede auf: 100% (4/4), fertig.Wechsle nun in das neu angelegte Verzeichnis
dietpi@Smartmeter:~$ cd smartmeter-docker
docker-compose ist ein Automatisierungstool von Docker das die Bedienung wesentlich erleichtert. Gesteuert wird es durch die Datei docker-compose.yaml.
Smartmeter ist in der docker-compose.yaml konfiguriert. Mittels docker-compose werden die jeweiligen Docker-Container gebaut und gestartet. Danach ist Smartmeter in Betrieb. Die gesammelten Daten werden in den Docker-Volumes persistiert (dauerhaft gespeichert).
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Lade docker-compose.yaml in Nano und ändere die Zugangsberechtigungen für die Infux-Datenbank.
dietpi@Smartmeter:~/smartmeter-docker$ nano docker-compose.yaml ... influxdb: image: influxdb:1.8 container_name: influxdb restart: unless-stopped environment: INFLUXDB_DB: smartmeter INFLUXDB_HTTP_AUTH_ENABLED: "true" INFLUXDB_ADMIN_USER: Admin INFLUXDB_ADMIN_PASSWORD: Admin-Passwort INFLUXDB_USER: User INFLUXDB_USER_PASSWORD: User-Passwort ...Passe die Zugangsberechtigungen für die MariaDB / MySql Datenbank an. Dieser Server wird von Smartmeter nicht benötigt, kann jedoch für Erweiterungen verwendet werden. Wenn du dieses Service nicht benötigst, lösche die entsprechenden Zeilen aus der docker-compose.yaml.
mariadb: image: mariadb:latest container_name: mariadb environment: MYSQL_ROOT_PASSWORD: Root-Passwort MYSQL_DATABASE: DB-Name MYSQL_USER: User MYSQL_PASSWORD: User-Passwort restart: unless-stopped tty: true ports: - "3306:3306" volumes: - mariadb-data:/mnt/usb/volumes/mariadb-data/_data networks: - edgeSpeichere die Datei mit Strg+O und schließe mit Strg+X
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Wechsle nun in das Python-Verzeichnis und passe das Programm mit Nano an:
dietpi@Smartmeter:~/smartmeter-docker$ cd python dietpi@HeSmartmeter:~/smartmeter-docker/python$ nano EvnSmartmeterMQTTKaifaMA309.pyDeinen EVN-Schlüssel bekommst du auf Anfrage an [email protected] zB. "36C66639E48A8CA4D6BC8B282A793BBB"
evn_schluessel = "hier EVN-Schlüssel eingeben"MQTT Broker IP adresse Eingeben ohne Port! z.B: "10.0.0.10"
mqttBroker = "hier IP-Adresse eingeben"Speichere die Datei mit Strg+O und schließe mit Strg+X
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in Verzeichnis wechseln
cd /home/dietpi/smartmeter-dockerdocker-compose starten
- Container werden gemäß der docker-compose.yaml neu gebaut (vorhandene werden NICHT gelöscht)
- Container werden gestartet
dietpi@Smartmeter:~/smartmeter$ sudo docker-compose up -dTipp: ohne -d wird Logging in die Console geschrieben
Anschließend baut Docker die Container und startet sie.
Falls die docker-compose.yaml geändert werden muss und die Container neu gebildet werden sollen, muss erst docker gestopt werden:
sudo docker-compose down
Alle Dateien von smartmeter-docker befinden sich außerhalb der Docker-Container hier: /mnt/dietpi_userdata/docker-data/volumes
Bei Änderungen in der docker-compose.yaml und wiederholtem Neustart von docker-compose werden neue Container geschrieben, aber die Daten bleiben davon unberührt.
Portainer ist ein nützliches Verwaltungstool für Docker. In DietPi ist es bereits durch die Konfigurationsdatei dietpi.txt automatisch installiert.
URL: http://10.0.0.10:9002 bzw. IP des jeweiligen Rechners
Menü links: Container - zeigt alle Container und ihren jeweiligen Status an
Alle 5 Sekunden werden die Daten von Python-Programm ausgelesen und in der Influx-Datenbank gespeichert.
- Laufende Container anzeigen mit docker ps
dietpi@Smartmeter:~/smartmeter$ docker ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
290c24e84b86 influxdb:1.8 "/entrypoint.sh infl…" 12 minutes ago Up 12 minutes 0.0.0.0:8082->8082/tcp, :::8082->8082/tcp, 0.0.0.0:8086->8086/tcp, :::8086->8086/tcp, 0.0.0.0:8089->8089/tcp, :::8089->8089/tcp influxdb
08b73d393d9a portainer/portainer-ce "/portainer" 4 weeks ago Up 2 days 8000/tcp, 9443/tcp, 0.0.0.0:9002->9000/tcp, :::9002->9000/tcp portainer
- Den bereits laufenden Dockercontainer unter seinem Namen influxdb aufrufen und auf die Shell aufrufen (/bin/sh). Damit gelangt man auf die Befehlsebene des Dockercontainers. Die angezeigte Nummer ist die ID des Containers. Mit ls kann man alle Verzeichnisse innerhalb des Containers anzeigen:
dietpi@Smartmeter:~/smartmeter$ docker exec -it influxdb bash
root@5ad42861c09f:/# ls
bin boot dev entrypoint.sh etc home init-influxdb.sh lib media mnt opt proc root run sbin srv sys tmp usr var
root@5ad42861c09f:/#
- Influx starten. Der Influx-Prompt ist >
root@5ad42861c09f:/# influx
Connected to http://localhost:8086 version 1.8.10
InfluxDB shell version: 1.8.10
>
- Anmeldung, User und Passwort wie in docker-compose.yaml angegeben:
> auth
username: admin
password:
- Influx-Datenbanken anzeigen:
> show databases
name: databases
name
----
smartmeter
_internal
>
- Datenbank auswählen:
> use smartmeter
Using database smartmeter
- Measurements
Measurements sind in Influxdb das Äquivalent zu den Tabellen in einer SQL-Datenbank. Sie sind die erste Selektionsebene. In der Smartmeter-DB sind die Measurements z.B.:
- Wirkenergie
- MomentanleistungP
- Spannung L1
- Spannung L2
- Spannung L3
usw.
Mit Node Red können die vom Python-Programm ausgelesenen und per MQTT gesendeten Daten an die Influx-Datenbank weitergeleitet werden.
in Browser aufrufen URL: http://IP-Deines-Raspi:1880
Port: siehe docker-compose.yaml 1880
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Warnungsfenster beachten, auf Fenster 2x klicken überprüfen ob Volumes persistiert wurden!
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deploy (roter Button drücken)
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Burger Menü / Palette verwalten / Installation / Module durchsuchen
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node-red-contrib-influxdb installieren
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rechtes Menü / Node filtern / influx
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influx-in auf Arbeitsfläche ziehen
- Doppelklick -> Eigenschaften-Fenster öffnet sich
- Name: Smartmeter (ist nur Info)
- Server (Bleistift)
- Eigenschaften-Tab
- Name: Smartmeter
- Version: 1.x
- Host: influxdb-smartmeter (Container-Name in docker-compose.yaml)
- User und Passwort wie in docker-compose.yaml angegeben
- Eigenschaften-Tab
- "Hinzufügen-Button" klicken
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Test: unter Eigenschaften / Query eintragen: SHOW SERIES
Tipp: mit STRG + auf die Arbeitsfläche klicken öffnet ein Menü
- inject auswählen und auf Arbeitsfläche ziehen
- debug auswählen und auf Arbeitsfläche ziehen
Auf dem Blog von Michael Reitbauer findes sich ein sehr informatives Tutorial dazu: MQTT Nachrichten in Datenbank speichern
Mit Grafana kann ein Dashboard zur Visualisierung der Stromdaten gestaltet werden. Dank an Michael Reitbauer für das informative Grafana-Tutorial.
Docker Installation und Version überprüfen:
root@Smartmeter:~# docker --version
Docker version 23.0.2, build 569dd73
Sollte Docker noch nicht installiert sein:
apt update && apt upgrade
curl -fsSL https://get.docker.com -o get-docker.sh
sh get-docker.sh
[Für mehr Information zur Docker-Installation]{https://phoenixnap.com/kb/docker-on-raspberry-pi}
Portainer ist ein nützliches Verwaltungstool für Docker. In DietPi ist es bereits durch die Konfigurationsdatei dietpi.txt automatisch installiert.