Starten met de Raspberry Pi
Een smart home systeem vanaf nul
Wie een smart home systeem wil installeren, kan niet om het basisstation heen: een eenheid die alle gegevens van sensoren ontvangt en interpreteert en aan de hand daarvan meldingen verstuurt of acties uitzet.
Laatste update 15 maart 2020
Dit basisstation bestaat uit een kleine computer die als server permanent is verbonden met het internet. Een smart home wil je immers ook op afstand kunnen monitoren en bedienen.
We gebruiken hiervoor in dit geval een van de goedkoopste en meest complete kleine computers die momenteel op de markt zijn: de Raspberry Pi. Deze computer bestaat uit een printplaat met componenten (een zogeheten single board computer) die kleiner is dan de meest serieuze smartphones van tegenwoordig, zij het wat dikker. Voor de ouderen onder ons die zich nog herinneren hoe mensen vroeger in de gelukzaligheid van onwetendheid tabak rookten: deze computer is nauwelijks groter dan een pakje sigaretten. En met 50 gram ook ongeveer zo licht.
Prestaties
Maar vergis je niet in de prestaties. Op dat ene printplaatje zit een redelijk snelle en moderne computer met bijna alles erop en eraan. Je hoeft alleen nog een voeding, een monitor en een muis + toetsenbord aan te sluiten, en je hebt een volledige pc. Maar dan wel een met een transparante hardware-architectuur, een open source besturingssysteem en goed aanstuurbare I/O (in/out) poorten. De connector bovenop toont die.
Een computer die zuinig is met energie en net zo goed programmeerbaar is als de meeste home computers uit de ‘eighties’, maar dan 80x zo snel (nattevingerschatting).
De Raspberry Pi is dan ook geen primitieve 8-bits Back to the Future homecomputer. Het is een volwassen machine met (nerd-alert) een 64 bits quad core ARMv8 processor op 1.5GHz, 1 tot 4 GB onboard DDR4 ram, een Broadcom Videocore-IV GPU, Gigabit Ethernet (bedraad), zowel 2.4GHz als 5GHz 802.11b/g/n/ac Wi-Fi, Bluetooth 4.2 BLE, boot vanaf een micro-SDHC card of een externe SSD USB-drive, een 40-pins GPIO uitbreidingsbus, een of twee HDMI poorten voor video tot 4K, een 3.5mm analoge audiojack, 4x USB 2.0 en USB 3.0 ingangen, ingebouwde Camera Serial Interface (CSI) en Display Serial Interface (DSI)
Hopelijk heb je je niet laten afgeschrikken door deze techpraat… Het gaat nog steeds om een smart home, maar dan een waarbij je zelf ‘in control’ bent: jij zit aan de knoppen, niet Bill Gates of wijlen Steve Jobs. Het is de kern waar het op deze website om draait: zelfbeschikkingsrecht in plaats van slachtofferschap.
Terug naar de praktijk
Wat heb je nodig om te beginnen met Domoticz op een Raspberry Pi?
Boodschappenlijstje:
- Raspberry Pi (model 3B+ volstaat, maar als je helemaal up to date wilt zijn, is een Raspberry Pi 4B ook geschikt)
- een originele Raspberry Pi voeding (belangrijk!)
- micro sd-kaart met minstens 16GB, van goede kwaliteit
Je kunt verder naar wens een toetsenbord, muis en monitor toevoegen.
Als je al niet wat oude computerspullen hebt liggen (of je familie, of vrienden), kun je ze voor een paar euro kopen bij de Kringloopwinkel of op de rommelmarkt. Kies dan een toetsenbord en muis met USB-aansluiting. Iedere monitor met hdmi-aansluiting is geschikt, zelfs je TV. Let wel op de juiste kabel: een gewone hdmi voor de Raspberry Pi 3B+, een met mini-hdmi aansluiting voor de Raspberry Pi 4B. Mocht je alleen een oude vga-monitor kunnen vinden, sluit hem dan aan via een hdmi-naar vga converter; goedkoop te vinden bij de Action!
Welke Raspberry Pi?
Raspberry Pi model 3B+ is niet de allernieuwste. Dat is de pasverschenen Raspberry Pi 4B. Die is iets sneller, heeft 2 (mini)hdmi-aansluitingen voor evenzoveel monitoren en levert meer power aan de USB-poorten voor bijvoorbeeld een externe drive zonder eigen voeding. Dat klinkt erg fraai voor iemand die deze computer als vervanging van zijn desktop wil gebruiken. Maar het is overkill voor een Domoticz systeem dat 24 uur per dag stilletjes en stabiel moet draaien, zuinig moet zijn met energie en geheugen, en als één monitor meer dan genoeg is (of zelfs géén monitor, die is namelijk helemaal niet nodig voor een smarthome server).
Raspberry Pi 3B+
Raspberry Pi 3B+ Starter Set
Raspberry Pi 4B (4 Gb)
Raspberry Pi 4B Starter Set
De Raspberry Pi 3B+ meer dan snel genoeg voor Domoticz en biedt een aantal voordelen, waaronder een lagere prijs en een lager stroomverbruik. Maar model 4 is uiteraard ook geschikt en zal in de toekomst steeds meer worden gebruikt.
Oververhit
Een van de kinderziektes van de RPi 4 is dat deze zeer warm kan worden, zelfs tijdens normaal gebruik. Een systeem dat oververhit raakt, kan op onverwachte momenten uitvallen. Daarom is een ventilator nodig om hem te koelen (dat betekent herrie, mechanische slijtage en extra stroomverbruik). Ook heb je een andere (zwaardere) voeding nodig dan voor alle andere Raspberry-modellen. Allemaal onnodig gedoe voor deze toepassing, zeker nu de RPi 3B+ nog (goedkoop) verkrijgbaar is en volop wordt ondersteund. Alle RPi modellen zijn namelijk ‘backwards compatible’; software die voor een nieuwere modellen is ontworpen, werkt ook nog steeds op oudere modellen.
Waarom een originele voeding?
Een originele Raspberry Pi voeding levert 5.1V bij 2,5A. Dit is absolute noodzaak. Hoewel een Raspberry Pi doorgaans wel opstart met een goedkope 5V telefoonlader, levert die vaak net te weinig spanning. Je krijgt dan waarschuwingen over een te lage spanning bij het opstarten en soms valt je systeem zo maar uit. Als dat gebeurt terwijl er data worden weggeschreven, kan je bestandssysteem beschadigd raken, waardoor je bijvoorbeeld je password verliest en niet meer kunt inloggen (ik spreek uit ervaring). Dat levert een hoop stress op en vormt allesbehalve een stabiele basis voor het plezierig besturen en beveiligen van je smart home. Voor een paar euro meer bespaar je jezelf een hele hoop tijdrovende ellende. Voor een systeem dat dag en nacht aan staat, is investeren in een veilige voeding trouwens helemaal geen gek idee.
Raspberry Pi 3B+ officiële netvoeding
Raspberry Pi 4B officiële netvoeding
Eisen aan de sd-kaart
De sd-kaart die je gebruikt, hoeft niet al te groot te zijn. Zeker niet als je ervoor kiest (zoals ik) om je Domoticz systeem zonder desktop-omgeving te installeren, dus zonder grafische interface met pulldown menu’s en dergelijke. Nu grote geheugenkaarten echter bijna net zo goedkoop zijn als kleine, hoeft dat geen belemmering meer te zijn. Koop wel een sd-kaart van goede kwaliteit, die dus snel en bovenal betrouwbaar is.
Sandisk 32GB sd-kaart
Micro sd card reader
De RPi aan de praat krijgen
Zo uit de doos doet de RPi niks. Hij heeft geen besturingssysteem ingebouwd. Wat we dus als eerste moeten doen, is dat installeren. Dat gaat via een micro sd-kaart.
Het standaard besturingssysteem van de RPi is Raspbian: een variant van Linux. Voor wie de desktop van Windows of Mac niet meer kan missen, biedt deze software een besturingssysteem dat er vertrouwd uitziet met vensters waarin de toepassingen draaien en de gebruikelijke pull down menu’s en werkbalken. Het is zelfs mogelijk de RPi als ‘remote desktop’ (via VNC) aan te sturen, vanaf een andere computer die ook aan het internet hangt. Dan hoef je zelfs geen eigen monitor op de RPi aan te sluiten.
3.5 inch touchscreen display
Gevorderden en zij die het willen worden, kunnen er ook voor kiezen helemaal géén desktop te installeren en alles te doen via de command line interface (CLI). Net als in de gloriedagen van MS-DOS en CP/M. Sterker nog: zonder CLI kun je de meeste software niet eens installeren op een Linux-systeem. Mocht je dit nerveus maken: de CLI is ook in een venster te openen vanuit de grafische desktop-omgeving.
Het voert te ver om hier alle ins en outs van de Raspbian commandline te bespreken. Het is genoeg om te weten dat op de commandline rechtstreeks commando’s kunt intikken. Of dat nou doet door de CLI in een venster op de desktop te openen, rechtstreeks op de RPi met monitor, of vanaf een andere computer met een beveiligde terminalverbinding (SSH), maakt niet uit.
Voorbereidingen op je laptop/pc
Behalve Raspbian kunnen ook andere besturingssystemen op de Raspberry Pi draaien, waaronder Ubuntu (ook een Linux variant), RISC OS, het Commodore Amiga besturingssysteem AEROS, OpenELEC (speciaal voor mediacenters), MotionEyeOS voor een camerabewakingssysteem en Windows 10 IoT, dat alleen op afstand is te bedienen. Leuk om eens naar te kijken op een regenachtige zondagmiddag, maar voor onze Domoticz server kiezen we de standaard.
Raspbian is rechtstreeks te installeren of via de NOOBS Wizard, speciaal voor beginners. NOOBS is te vinden op de officiële website van de Raspberry Pi Foundation. Ik heb er geen ervaring mee, aangezien de installatie van Raspbian simpel genoeg is. Volg de volgende stappen:
STAP 1:
Download op je ‘gewone’ computer de Raspberry Pi Imager vanaf de officiële downloadpagina van de Raspberry Pi Foundation. Installeer deze app en start hem op.
STAP 2:
Je kunt nu kiezen uit de ‘lite’ versie van Raspbian zonder desktop, een groter bestand met desktop en het grootste bestand inclusief desktop en andere aanbevolen software. Zoals gezegd: de lite variant is in principe genoeg voor Domoticz. De volledige versie met extra’s installeert allerlei extra onderdelen die je misschien wel, misschien niet nodig zult hebben in de toekomst.
STAP 3:
Doe een lege micro-sd-card in je laptop of pc en volg de aanwijzingen in de app om de juiste versie van Raspbian op de sd-kaart te ‘branden’. Dit proces duurt enkele minuten.
STAP 4:
Je krijgt (in Windows) nu enkele foutmeldingen, omdat je besturingssysteem de sd-kaart niet kan lezen. En dat klopt. Er zijn diverse Linux-partities op de kaart aangemaakt die Windows niet begrijpt. De enige leesbare partitie is de ‘boot’ partitie. Die heb je nu alleen nodig als je wilt beginnen met enkele basisinstellingen om je RPi zonder aangesloten monitor, muis of toetsenbord meteen op afstand (via internet) wilt kunnen gebruiken. Gebruik je de RPi zo, dan moet je de volgende 2 bestanden in die ‘boot’ partitie op je sd-kaart kopiëren: ssh (zonder extensie) en wpa_supplicant.conf.
Ik heb ze voor het gemak in een ZIP-bestand gezet dat je hier kunt downloaden en uitpakken op je computer.
SSH is een leeg bestand; als de RPi deze bij het opstarten in de boot-partitie vindt, wordt het beveiligde SSH-protocol ingeschakeld, zodat de computer via een Telnet-app zoals Putty is te benaderen. Weet je nog niet hoe dit werkt, begin dan voor het gemak eerst met een desktop-installatie. We zullen in een volgend artikel dieper op Telnet en de command line ingaan.
Het vooraf instellen van WiFi is natuurlijk altijd handig. Dan kun je meteen het internet op met je Raspberry Pi. Om dit te kunnen doen, moet je het (tekst)bestand wpa_supplicant.conf aanpassen. Open het in een tekstverwerker, zoals Windows Kladblok of Notepad++. Vul je netwerkgegevens (SSID en WACHTWOORD) in op de daarvoor bestemde plaatsen:
country=NL
update_config=1
ctrl_interface=/var/run/wpa_supplicant
network={
scan_ssid=1
ssid="VUL_HIER_JOUW_SSID_IN"
psk="VUL_HIER_JOUW_WACHTWOORD_IN"
} Sla op (op de sd-kaart) en sluit het bestand. We gaan nu verder op de Raspberry Pi zelf.
…En verder op de Raspberry Pi
STAP 1:
Steek de micro sd-kaart met Raspbian (ondersteboven) in de daarvoor bestemde gleuf. Sluit indien gewenst een monitor, toetsenbord en muis aan. Sluit daarna de voeding aan (via een micro-USB stekker) en de RPi start voor de eerste keer op.
STAP 2:
Als je de desktop-omgeving hebt geïnstalleerd, komt je daarin en start je met een welkomst-wizard waarmee je de RPi kunt instellen en voorbereiden op het eerste gebruikt. Dat betekent: een wachtwoord kiezen, de WiFi instellen, de landinstellingen aanpassen en noodzakelijke of geüpdatete software downloaden. Kom je in de command line interface terecht, dan zul je dit zelf moeten door in te tikken:
sudo raspi-config
sudo betekent zoveel als SUperuser Do; vergelijkbaar met ‘Voer uit als administrator’ in Windows 10. Sommige functies kun je op Raspbian alleen voorafgegaan door deze term sudo uitvoeren. Vergeet je dat, dan zal Raspbian je daaraan herinneren.
Raspi-Config toont je diverse instellingen.
Belangrijk zijn in het begin vooral:
- Change User Password (stel een ander wachtwoord in)
- Network Options (Stel je Wifi-gegevens in, voor zover dat nog niet is gebeurd)
- Boot Options (stel in of je na het opstarten direct naar de desktop wil of naar de CLI)
- Localisation Options (stel je land en taal in voor toetsenbord en WiFi)
- Interfacing options
Let op: navigeren in het menu en op de pagina’s van raspi-config gaat alleen met de pijltjes-, de Esc-, Tab- en Enter-toetsen. Je muis werkt hier niet.
STAP 3:
Ga naar Networking Options. Je kunt hier de naam opgeven waarmee de RPi in je netwerk zichtbaar is. Als je nog geen WiFi hebt ingesteld of deze instelling wilt veranderen, kan dat ook hier.
STAP 4:
Ga naar Interfacing Options. Hier kun je diverse apparaten en protocols inschakelen. Als je bijvoorbeeld een camera op je RPi hebt aangesloten, moet deze instelling (P1) worden aangezet. Ook kun je SSH hier in- of uitschakelen, waarmee je op afstand op de command line van je RPi kunt komen (P2). We hebben deze al ingeschakeld door het plaatsen van het bestandje SSH in de boot-partititie van de sd-kaart, dus laat dat zo. De optie VNC (P3) moet worden aangezet om de grafische remote desktop te kunnen gebruiken, door op je pc of laptop de VNC Viewer app te installeren.
STAP 5:
Ga naar Advanced Options. Hier vind je een aantal instellingen die je kunt aanpassen als bijvoorbeeld de audio of video op je systeem niet goed werkt, maar ook een optie om het bestandssysteem te vergroten: Expand Filesystem (A1).
Na installatie gebruikt het besturingssysteem Raspbian een rootpartitie van 2GB. Dit betekent dat er vaak nog heel wat ongebruikte ruimte op je sd-card beschikbaar is. Via de optie Expand Filesystem wordt de hele sd-card in gebruik genomen.
STAP 6:
Open Localization Options en stel hier zo nodig je locatie, tijdzone e.d. in. Tijdzone is vooral belangrijk, omdat je toch zeker wilt dat je smarthome straks allerlei tijdgerelateerde taken op tijd gaat uitvoeren.
STAP 7:
Als alle gewenste instellingen zijn gewijzid, klik je in raspi-config op Finish. Vervolgens moet je de RPi opnieuw opstarten. Tik op de CLI in:
sudo reboot
De RPi sluit af, start op en je kunt weer normaal inloggen.
STAP 8:
In de CLI tik je het volgende in om ervoor te zorgen dat je de laatste versie van alle software hebt:
sudo apt-get update && sudo apt-get upgrade
Er verschijnt een waslijst aan software die wordt gecontroleerd en af en toe de vraag of je nieuwe bestanden wilt installeren (en hoeveel schijfruimte dat kost). Druk op Y of Enter en de installatie gaat door.
STAP 9:
Installeer Domoticz:
curl -L https://install.domoticz.com | bash
Het softwarepakket wordt nu gedownload en geïnstalleerd. Er opent een wizard die je waarschuwt dat Domoticz een server is, die bereikbaar moet zijn via http (onveilig) en/of https (veilig, maar met een zelfgemaakt certificaat dat je browser straks niet zal gaan herkennen).
Je kunt tijdens de installatieprocedure opgeven via welke poort Domoticz bereikbaar moet zijn. Standaard is 8080 voor een onbeveiligde (http) en 443 voor een beveiligde (https) verbinding. Dit kun je zo laten, of aanpassen als je daar de voorkeur aan geeft. Poortnummers maken het mogelijk op een en hetzelfde apparaat (dat immers slechts een IP-adres krijgt toegewezen in het netwerk) meerdere servers te hebben draaien, bijvoorbeeld voor een SSH/Telnet verbinding, voor VNC (remote desktop) of SFTP/FTP (bestanden verzenden). Aan het poortnummer herkent de RPi naar welke server moet worden doorgeschakeld. Is er geen poortnummer opgegeven, dan gebruikt de browser automatisch 80. Dat is de standaard voor een html-server, een gewone webserver dus. En aangezien Domoticz ook op een gewone webserver loopt, zou je dat kunnen gebruiken.
In de praktijk kan dit echter problemen gaan opleveren, omdat alle poorten onder de 1000 eigenlijk zijn gereserveerd voor het systeem. Kies dus voor http 8080 of iets daar in de buurt, en voor https een willekeurige andere poort boven de 1000, bijvoorbeeld 4443.
Na de installatie krijg je nog een scherm met de info waar je Domoticz nu te vinden is en die wordt ten overvloede ook nog eens getoond aan het eind van het installatieproces. Bijvoorbeeld:
192.168.43.219:8088 192.168.43.219:4443
Het bovenste adres geldt voor http. Als je dit intikt in de adresbalk van je browser, wordt Domoticz als webpagina geopend. Wachtwoorden e.d. die via http worden verzonden, zijn echter niet versleuteld. Op je lokale netwerk misschien geen probleem (tenzij dit een (semi)openbaar netwerk is, bijvoorbeeld in een school of studentenhuis).
Wil je het echt veilig maken, gebruik dan het onderste adres. Dit werkt met het beveiligde https netwerkprotocol. Het zorgt ervoor dat gegevens versleuteld worden verzonden, zodat je wachtwoorden niet als ongecodeerde tekst over de datagolven worden vestuurd. Hackers kunnen er niet zomaar bij.
Als je het https adres intikt, zal je browser in eerste instantie tegensputteren omdat hij het ‘certificaat’ niet kent, ofwel niet officieel kan verifiëren of de afzender is wie hij zegt dat hij is:
Als je dit tegenkomt op een website die je niet kent, beschouw dit dan als een stopteken. Gaat het om je eigen server met Domoticz, dan weet je dat het gaat om een door Domoticz zelfgemaakt certificaat dat niet bij een externe certificaatdienst is geregistreerd (want dat kost immers duiten). Klik op Geavanceerd en geef aan dat je het adres vertrouwt en wilt doorgaan.
Externe toegang
Tot nu toe zitten we nog steeds in het lokale netwerk in je huis. Deze adressen zijn dus alleen bereikbaar als je bent ingelogd op je lokale netwerk. Tenzij je je WiFi-wachtwoord hebt uitgedeeld aan iedereen die het wil weten of vermoedt dat je het doelwit bent van professionele hackers, zit je wel veilig hiermee. Wil je van buiten de deur je huis besturen, dan is het nodig externe toegang in te stellen op je router (of het internet-modem met router dat je hebt gekregen van je internet-provider).
Om dit te realiseren heb je toegang nodig tot deze router en moet je daarop Port Forwarding instellen. Je krijgt bij een internet-abonnement doorgaans namelijk maar één extern IP-adres. Door een bepaalde poort door te schakelen naar een specifiek lokaal IP-adres, kun je dus van buitenaf ook een server op het lokale netwerk gebruiken. Het eenvoudigst is dit te zien aan de hand van een voorbeeld. Ik gebruik hiervoor de Ziggo Connect Box internetmodem. Heb je een ander apparaat, dan zul je in de handleiding moeten kijken of moeten Googlen. Of je kunt proberen of je de onderstaande stappen met enkele kleine aanpassingen kunt volgen op je eigen apparaat. De methode is namelijk vrij standaard.
STAP1:
Ga via de adresbalk van je browser naar de router-interface. Die zit gewoonlijk op adres xxx.yyy.zzz.1 van het lokale netwerk. In dit geval: 192.168.0.1
STAP 2:
Log in (als je router met een wachtwoord is beveiligd, dit is wel aan te raden!)
STAP3:
Het scherm voor Port Forwarding staat op iedere router ergens anders, maar is meestal ergens onder Geavanceerde Opties te vinden. In het voorbeeld hieronder gebruiken we de Ziggo Connect Box. Daarin staan de instellingen onder Geavanceerde Instellingen > Beveiliging > Poort Forwarding. In de schermafdruk hier beneden zijn de adressen onzichtbaar gemaakt. Het gaat hier om adressen in het lokale netwerk.
STAP 4:
Klik op Voeg een nieuwe regel toe.
STAP 5:
Vul het adres in van het lokale IP. Als je Domoticz bijvoorbeeld op 192.168.0.44 zit, vul je hier bovenaan 44 in.
STAP 6:
Vul de lokale poorten in. Standaard gebruikt Domoticz via https poort 443. Maak hier bij voorkeur Je kunt dus zowel bij begin als eind van de poorten 443 invullen.
STAP 7:
Vul de externe poorten in, die moeten doorschakelen naar het zojuist ingesteld lokale IP-adres met poorten 443. Bijvoorbeeld 4443.
STAP 8:
Kies bij protocol (TCP/UDP) Beide en bij het veld Ingeschakeld Actief. Het resultaat zie je hieronder.
STAP 9:
Klik op Voeg reservering toe.
Nu kun je door te navigeren naar het externe IP-adres met de ingestelde poort op de lokale poort van Domoticz terecht. Dit betekent dat je overal ter wereld kunt inloggen op je Domoticz, door in de adresbalk van een browser in te tikken: https://192.168.0.87:4443.
Starten en stoppen van Domoticz
Domoticz wordt na de installatie steeds automatisch gestart bji een reboot. Is het nodig om de Domoticz handmatig uit te schakelen of in te schakelen, dan kan dat ook via de CLI met de volgende commando’s:
Start Domoticz:
sudo /etc/init.d/domoticz.sh restart
Stop Domoticz:
sudo /etc/init.d/domoticz.sh stop
sudo betekent zoveel als SUperuser Do; vergelijkbaar met ‘voer uit als administrator’ in Windows.
Als het fout loopt…
Loopt het ergens mis? Kom je er niet uit? Veel informatie is ook (in het Engels) te vinden op de officiële website van de Raspberry Pi Foundation, de stichting die de RPi heeft bedacht: https://www.raspberrypi.org/
Over Domoticz is alles te vinden op de website van dit platform (ook in het Engels): https://www.domoticz.com/
En als je er dan nog niet uitkomt, kun je mij natuurlijk ook altijd een vraag sturen, via e-mail of door te reageren op dit bericht.
Opvouwbaar bluetooth toetsenbord met touchpad
0 reacties