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PoE Thermolog mit ESP32 und RTC

reinhard@finalmedia.de (Do 28. Nov 20:42:27 CET 2019)

Download aller Dateien als tarball poetherm.tgz

Die Hardware

Du benötigst folgendes:

Olimex ESP32-POE Development Board (rund 17.- EUR)
Himalaya CP14004 Modul mit RTC DS3231 (rund 4.- EUR) (EAN: 4060137005640)
4 kurze Male-Female Jumperkabel zum Verbinden der Pins

Pinbelegung

+++ ESP32 Board +++

EXT1            EXT2

1               1
2 +3.3V         2
3 GND           3
4               4
5               5
6               6
7               7 i2c SCL
8               8
9               9
10              10 i2c SDA


+++ RTC DS3231 Modul +++

+ 3.3V
D i2c SDA
C i2c SCL
V
- GND

Die Software

Du kannst die Firmware in Arduino oder hier mit dem Quellcode poetherm_0.24.cpp und Makefile selbst bauen.

xtensa-esp32-elf-g++
xtensa-esp32-elf-gcc
xtensa-esp32-elf-ar
xtensa-esp32-elf-size
make

wirst du dazu benötigen. Alternativ kannst du nachfolgende Binaries verwenden und mit dem nächsten Schritt fortfahren.

1. Firmware auf ESP32 flashen

ESP32 via USB an Rechner anschließen.

Ganz wichtig: 802.3af/at/bt Ethernet und USB darf nicht gleichzeitig angeschlossen sein!

Quellcode selbst übersetzen, oder meine Firmware poetherm_0.24.elf und poetherm_0.24.bin herunterladen.
Es wird vorausgesetzt, dass das RTC Modul bereits auf korrekter Zeit läuft. Es gibt bewusst keine Funktion, um die Uhrzeit via http aus der Ferne neu zu setzen/zu manipulieren. Im Quellcode ist zwar mit set_datestring() eine Funktion verfügbar, die jedoch nicht referenziert wird. Diese Funktion setzt das Datum auf das Build-Datum der Firmware. Dies dient nur zu Testzwecken.

Die Firmware mit esptool.py via USB auf das ESP32 Board flashen:

esptool.py --chip esp32 elf2image --flash_mode dio --flash_freq 80m \
--flash_size 16MB -o poetherm_0.24.bin poetherm_0.24.elf

Danach Die USB-Verbindung zum Board trennen und das Board nun an PoE Ethernet anschließen.
Das Board wird nun i.d.R. von deinem Router via DHCP eine Adresse beziehen. Schau nach, welche IP dies ist.
Im DHCP Server des Routers dafür sorgen, dass ein static lease gesetzt ist, also dem Board von nun an immer die gleiche IP-Adresse zugeteilt wird.
Nun die WebGUI des PoE Therms aufrufen - einfach durch Eingabe der IP-Adresse im Browser.

2. Weitere Pakete auf deinem Server installieren

apt-get update
apt-get install curl rrdtool netpbm

3. Minütlichen Cronjob auf deinem Server anlegen

Die Variablen in nachfolgendem Script anpassen und als root ausführen, um den Cronjob abzulegen

#!/bin/bash
# reinhard@finalmedia.de
# Do 28. Nov 21:29:36 CET 2019

# Systemnutzer (default: nobody 65534)
# Dieser User muss dann auch natürlich Schreibzugriff
# auf das Verzeichnis haben, in welchem du Datenbank
# und Graph-Datei anlegen willst.

username="nobody"

# Datenbank-Datei definieren
# Hier im Beispiel an einem volatilen Ort. Für den
# Produktivbetrieb solltest du natürlich ein Ziel wählen,
# an dem du die Datenbank dauerhaft ablegen und somit
# stetig erweitern kannst. 

database="/tmp/temperature.rrd"

# Graph-Datei definieren
# Diese PNG Grafik wird die Temperatur Diagramme enthalten

png="/tmp/temperature.png"

# IP-Adresse des ESP32 Boards (Musst Du auf richtige Adresse/Hostname ändern!)
# Tipp: Benutze hier einen Hostnamen und nenne ggf. in deiner /etc/hosts die
# zugehörige IP. Dann wird später im Graph auch der Hostname, statt der 
# IP-Adresse angezeigt. Die IP-Adresse hast du z.B. in deinem Router als
# static lease für das Board definiert.

host="192.168.0.44"

# Jetzt Cronjob erzeugen
echo "* * * * * $username /usr/bin/poetherm.sh \
\"$host\" \"$database\" > \"$png\"" | tee -a /etc/crontab

Damit hast du deiner crontab eine neue Zeile hinzugefügt. Diese sieht (je nach gewählten Werten) z.B. so aus:

* * * * * user /usr/bin/poetherm.sh temp01 /home/user/temp01.rrd > /home/user/temp01.png

4. Das Script /usr/bin/poetherm.sh installieren

Das Script dient zum Erzeugen der Round Robin Datenbank, Abholen der Daten und Erzeugen eines Graphen

Schnellinstallation

Wenn du keine Details wissen willst, kannst du als root das Script einfach wie folgt installieren:

base64 -d << @@@|zcat> /usr/bin/poetherm.sh && chmod +x /usr/bin/poetherm.sh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@@@

Du bist dann fertig und kannst den Befehl "poetherm.sh" verwenden.

Hinweis: Der Cronjob muss dann schon einige Zeit laufen, bevor du genügend Daten in deiner Datenbank hast, sodass im Graph auch etwas sichtbar wird.

5. Detaillierte Erklärung des Scripts

Lass den Cronjob also mal eine zeitlang Daten sammeln. In der Zwischenzeit kannst du dir durchlesen, was das Script genau tut:

Datei /usr/bin/poetherm.sh beinhaltet das nachfolgende Script.

#!/bin/bash
# name: /usr/bin/poetherm.sh
# author: reinhard@finalmedia.de
# date: Do 28. Nov 21:29:43 CET 2019

test $# -lt 2 && \
echo "Beispielaufruf: $0 192.168.0.44 \
/tmp/temperature.rrd > \
/tmp/overview.png" >&2 && exit 1

title="Temperatur"
database="$2"
host="$1"

# Datenbank in Datei erzeugen, wenn noch nicht existent
test ! -f "$database" && \
rrdtool create $database --step 60 \
DS:temp:GAUGE:600:-273:5000 \
RRA:AVERAGE:0.5:1:1200 \
RRA:MIN:0.5:12:2400 \
RRA:MAX:0.5:12:2400 \
RRA:AVERAGE:0.5:12:2400 && \
chown nobody:nogroup "$database"

# Aktuelle Temperatur Daten abholen und Datenbank updaten
rrdtool update "$database" N:$(curl --connect-timeout 5 \
-s "http://$host/temp" 2>/dev/null | \
tr -dc "0-9." | head -c 64)

# Vier Graphen On-The-Fly erzeugen und als eine
# einzige PNG Datei vertikal montieren
pnmcat -tb \
<(\
rrdtool graph /dev/stdout -a PNG --title="$title" \
"DEF:temp1=$database:temp:AVERAGE" \
"LINE1:temp1#ff0000:$host" | pngtopnm \
) <(\
start="$(date -d "last week" +'%s')"
end="$(date -d "now" +'%s')"
rrdtool graph /dev/stdout -s "$start" -e "$end" \
-a PNG --title="$title (Woche)" \
"DEF:temp1=$database:temp:AVERAGE" \
"LINE1:temp1#ff0000:$host" | pngtopnm \
) <(\
start="$(date -d "last month" +'%s')"
end="$(date -d "now" +'%s')"
rrdtool graph /dev/stdout -s "$start" -e "$end" \
-a PNG --title="$title (Monat)" \
"DEF:temp1=$database:temp:AVERAGE" \
"LINE1:temp1#ff0000:$host" | pngtopnm \
) <(\
start="$(date -d "last year" +'%s')"
end="$(date -d "now" +'%s')"
rrdtool graph /dev/stdout -s "$start" -e "$end" \
-a PNG --title="$title (Jahr)" \
"DEF:temp1=$database:temp:AVERAGE" \
"LINE1:temp1#ff0000:$host" | pngtopnm \
) <(\
start="$(date -d "-5 years" +'%s')"
end="$(date -d "now" +'%s')"
rrdtool graph /dev/stdout -s "$start" -e "$end" \
-a PNG --title="$title (5 Jahre)" \
"DEF:temp1=$database:temp:AVERAGE" \
"LINE1:temp1#ff0000:$host" | pngtopnm \
) | pnmtopng

Das erzeugt dann z.b. solche schönen Graphen in einer PNG

Man kann die Werte aus der Datenbank jedoch auch auslesen und anderweitig verarbeiten. Siehe dazu auch die Doku von rrdtool.

rrdtool dump /tmp/temperature.rrd
rrdtool dump /tmp/temperature.rrd | grep row | cut -d / -f2 | tr -dc "0-9.e+ \n"