• „5G ja, aber mit geblockten Frequenzbereichen für die Industrie“ 13. Dezember 2018
    Wenige Wochen ist die Entscheidung der Frequenzvergabe für den 5G-Mobilfunk nun her, doch der mediale Rummel um das Thema scheint nicht abzuebben. Braucht man 5G für die Industrie oder reichen nicht auch andere, traditionelle oder bewährte Kommunikationsverfahren? Auch auf der SPS IPC Drives 2018 in Nürnberg war das ein Thema.
Know-how für alle

FHEM und Arduino

Um FHEM und Arduino zusammen zu bringen möchte ich erst etwas ausholen und zur Geschichte des Arduino kurz eingehen.

Das Arduino-Projekt ist eine open-source-Initiative, die „easy-to-use“ Hardware und Software bereitstellt. Als Hardware stehen unterschiedliche Platinen zur Verfügung, auf denen ein Microcontroller sowie grundlegende Schnittstellen, z.B. ein USB-Port bereits „ready-to-use“ vorhanden sind. An diese Boards (ab ca. 15€ Stand Sept. 2017, China-Klone ab 2€) lassen sich einfach und recht preisgünstig eigene Sensoren/Aktoren an FHEM anbinden.

Das Board lässt sich u.A. mit Hilfe der Projekt-Software Arduino-IDE relativ einfach programmieren, um Sensorwerte zu verarbeiten und diese z.B. per Ethernet an FHEM zu senden oder abfragen zu lassen. Über zahlreiche Schnittstellen (Standard: RS232, TWI/1-Wire, SPI, PWM, analog/digital-I/O, I2C) mit den entsprechenden Software-Libraries kann auf viele gängige Sensoren zugegriffen werden. Über Erweiterungsboards („Shields“) können die Anschlussmöglichkeiten ausgebaut werden. Zudem ist der Anschluss von Parallel-/Seriell-/I2C-LCD-Displays und SD-Karten möglich. Die IDE läßt sich auch für andere Enwicklerboards nutzen, insbesondere den ESP8266 (für WLAN) oder Boards auf STM32-Basis.

Die Arduino-Boards bzw. Klone und eine Vielfalt an Sensoren/Aktoren sind über Online-Auktionen bzw. -Anbieter einfach zu bekommen. Kommunikation mit dem Arduino ist z.B. per Netzwerk/Ethernet, WLAN, 433/868MHz/2,4GHz-RF, Bluetooth, 1-Wire etc. möglich.

Bei der Anbindnung der Arduinos über USB ist zu beachten, dass auf China-Klonen in der Regel ein einfacher USB-seriell-Wandler verbaut ist, der eine eindeutige Zuordnung der Schnittstellen innerhalb des Linux-Dateisystems erschwert. Daher sind Boards mit eindeutiger Idetifizierungsmöglichkeit (in der Regel auf FTDI-Basis) für derartige Anwendungsfälle besser geeignet.

Das folgende kleine Projekt  Arduino mit Ethernet möchte ich hier beschreiben.

Es ist eine schaltbare LED-Leiste im Eigenbau für das Smarthome zu schalten.
Was benötigen wir hierzu?

Arduino (bzw. Klon) mit Ethernet-Shield (z.B. mit Chip) und gewünschten Sensoren kaufen
Arduino-IDE von der Arduino-Homepage (für Windows, Mac OS X und Linux vorhanden) herunterladen und installieren
Falls ENC28J60-Ethernet-Shield verwendet wird: Ethernet-Library für ENC28J60 herunterladen und in Arduino-IDE-Installation hineinkopieren (z.B. von hier: [1], alternativ nach arduino+ENC28J60+library googeln). Eine Arduino-library für den ENC28J60, die richtige (persistente) TCP/IP-Verbindungen unterstützt und von der API her vollständig kompatibel zur original-Ethernetlibrary ist findet sich hier: UIPEthernet (arduino_uip)

Folgenden Beispiel-Sketch mit Arduino-IDE öffnen Arduino_FHEM.ino [2]
IP Adresse im Sketch passend zum eigenen Netzwerk ändern (steht im Sketch auf 192.168.1.45)
Sketch auf Arduino laden

Arduino mit 5V-USB-Netzteil ans Netzwerk anschliessen
Verbindung testen indem in einem Webbrowser /?cmd=set_D5_ON [3] eingegeben wird (natürlich hier die im Sketch verwendete IP-Adresse angeben). Falls an Ausgang D5 eine Leuchtdiode o.ä. angeschlossen wurde sollte diese nun leuchten.
Wenn das geklappt hat sollte sich der Ausgang auch aus der FHEM-Kommandozeile ausschalten lassen mit { GetHttpFile(‚192.168.2.44:80‘, ‚/?cmd=set_D5_OFF‘);; } -> natürlich wieder die im Sketch verwendete IP-Adresse verwenden.
Letzter Schritt wäre eine Definition in die fhem.cfg einzutragen um auch entsprechende Buttons in der FHEM-Oberfläche zu haben, ggf. wieder die verwendete IP-Adresse statt arduino:80 verwenden (für die Buttons wurde das FS20-Modul verwendet):

Aber nun alles der Reihe nach – fangen wir an.
Ich habe mich für den Arduino Nano entschieden da das Modul recht klein ist. Im nachfolgendem Bild zeige ich wie der Nano mit dem ETH-Shield (so heißen die Erweiterungen für den Arduino) verkabelt wird.

Die Stückliste:
Breadboard
Cables
12 Power Supply
RGB LED Strip
Arduino Nano
ENC28J60 Ethernet module
3 x TIP120 NPN Transistors
3 x 330 Ohm Resistors

Arduino Nano und ETH Modul

Verdrahtung Arduino Nano mit ETH

So sieht die Verkabelung fertig aufgebaut aus:

Nano mit ETH

Fertig verkabelter Arduino Nano mit ETH

Code:

#include 
 
// A simple web server that always just says "Hello World"
 
#include "etherShield.h"
#include "ETHER_28J60.h"
 
// Define MAC address and IP address - both should be unique in your network
static uint8_t mac[6] = {0x54, 0x55, 0x58, 0x10, 0x00, 0x24};  
static uint8_t ip[4] = {192, 168, 1, 15};
static uint16_t port = 80; // Use port 80 - the standard for HTTP                                    
 
ETHER_28J60 ethernet;
 
void setup()
{
  ethernet.setup(mac, ip, port);
}
 
void loop()
{
  if (ethernet.serviceRequest())
  {
    ethernet.print("Hello World"); 
    ethernet.respond(); 
  } 
delay(100); 
}

Hier nun die vollständige Verdrahtung

Arduino ETH RGB

Arduino Verdrahtung RGB

Die 3 TIP120 NPN Transistoren sind NPN Epitaxial Darlington Transistoren.TIP120 Die Schaltung lässt sich sehr leicht abändern um anstelle des LED-Streifens zum Beispiel ein Relais zu schalten. Hier nun der fertige Aufbau meiner IKEA Fernschalt Vitrinenbeleuchtung Nun muss der neue Aktor in FHEM eingebunden werden. Ich habe hierzu folgenden Code für meine FHEM Konfiguration verwendet FHEM.cfg

define arduinobutton FS20 55d1 00
attr arduinobutton room Arduino
define FileLog_arduinobutton FileLog /otp/fhem/log/arduinobuttonon-%Y.log arduinobutton
attr FileLog_arduinobutton room Arduino
define arduinoswitchon notify FS20_55d100:on { GetHttpFile("arduino:80","/?cmd=set_D5_ON")}
attr arduinoswitchon room Arduino
define arduinoswitchoff notify FS20_55d100:off { GetHttpFile("arduino:80","/?cmd=set_D5_OFF")}
attr arduinoswitchoff room Arduino
define weblink_arduinobutton weblink fileplot FileLog_arduinobutton:fs20:CURRENT
attr weblink_arduinobutton label "arduinobutton Min $data{min1}, Max $data{max1}, Last $data{currval1}"
attr weblink_arduinobutton room Arduino

In FHEM wird mit dem Systemaufruf GetHttpFile der Arduino über das Ethernet angesprochen

 

Update

Neues Modul bei https://www.robotics.org.za/RD-NAN-ETH

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