In FHEM ein Homematic Gerät neu anlegen lassen

Wenn man der Meinung ist, dass ein Homematic Gerät in FHEM falsch oder unvollständig angelegt ist, kann man es relativ leicht "neu machen". Wichtig ist, dass das Gerät schon gepairt ist.
Sind selbst gesetzte Attribute vorhanden sollte man diese sichern. Peerings gehen nicht verloren, sie sind im Gerät gespeichert.

Arbeitsschritte

1. Bei Bedarf Raw definition des Gerätes und der Channels kopieren und sichern (unterste Zeile unter der Gerätedefinition) 
2. Die Seriennummer des Gerätes kopieren -> D-serialNr!
3. Alle Definitionen die mit dem Gerät zu tun haben (also auch die Channels) einfach löschen -> delete this device (ganz unten neben Raw definition).
4. Mit einem set <io> hmPairSerial <D-serialNr> sollte das Gerät neu angelegt werden. 
5. Eventuell noch ein set <Gerät> getConfig absetzen.
6. Je nach Gerät muss die Datenübertragung ausgelöst werden (Anlerntaste, Aktion)
7. Das Gerät bei Bedarf umbennen, alle HM Definitionen kennen den Befehl set <> deviceRename. Damit werden auch die Channels umbenannt.

Hat man mal aus Versehen ein Gerät gelöscht, oder will alles neu aufbauen: Wenn die autocreate Funktion in FHEM aktiv ist und man die Anlerntaste am Gerät drückt, wird die Definition neu angelegt. Man kann dann ab Punkt 4 einsteigen und alles perfekt machen.

Wenn man mit dem Vorgehen größere Sachen macht: Unbedingt mit hmInfo configCheck die "Lage" von Zeit zu Zeit prüfen.

Flashen eines Arduino nano direkt vom Rasberry

Liegt der Code für einen Arduino nano schon im hex File vor, ist es relativ simpel ihn am raspberry direkt zu flashen. Man braucht lediglich das Tool avrdude, Port über welches der Arduino nano angeschlossen ist. Die Bitrate mit der geflashed wird ist 57600 bit/sec.

Installation

Als Erstes muss man avrdude installieren:

sudo apt-get update && sudo apt-get install avrdude

Man benötigt keine besonderen Berechtigungen zum Start von avrdude.

Port ermitteln

lsusb -t 

liefert die Anzeige mit Port in einer Baumstruktur. Daraus lässt sich meist das Device (Chipsatz) und die Portnummer direkt ablesen. Wenn man mehrere gleiche USB Chips angeschlossen hat und die Portbezeichnung seines Gerätes nicht kennt, muss man den Arduino nano abziehen und wieder anstecken und in beiden Situationen lsusb - t ausführen.

ls -l /dev/serial/by-path/

liefert die Anzeige mit Port und logischer Zuordnung (ttyUSB*)

Aus beiden Angaben lässt sich zuverlässig die Portbezeichnung ablesen. Am einfachsten wird das Port in der Form /dev/ttyUSBx angegeben.

Das hexfile ist entweder relativ zum aktuellen Pfad oder besser mit absolutem Pfad anzugegeben.

Programmaufruf

avrdude -p atmega328P -b57600 -c arduino -P [PORT] -D -U flash:w:[HEXFILE]

ESP8266 12F

Ein 32 bit Prozessor, 4MByte Speicher, digitale GPIO und ein ADC Eingang und WLAN - das alles auf 2 cm². Dazu einfachste Programmierung - fast zu einfach!?

Das eigentliche kleine Modul ist natürlich erstmal schwer zu handhaben. Man braucht 3,3 Volt Betriebsspannung, USB Serial Wandler.
Aber es gibt ja fertige Boards, ich habe verschiedene ausprobiert. Die kann man einfach mit micro USB Kabel anschließen und es kann sofort losgehen. Aber wie? Je nach dem welches Modul man kauft hat man eine bestimmte Firmware vorinstalliert. Welche genau ist nicht immer vorhersehbar, vielleicht auch nicht wichtig.
Die Basisversion auf dem Modul kann mit einigen AT Befehlen gesteuert werden.

Ich würde das Wemos D1 mini bevorzugen und mit ESP Easy oder NodeMcu LUA arbeiten. Aber da muss ich mich noch ein wenig einarbeiten. ESP Easy ist aber wirklich ganz easy und vor allem auch schnell an FHEM angebunden.
Wahrscheinlich kann man mit ESPEasy ganz leicht ein paar Sensoren und unterstützte Geräte anbinden aber mit LUA die Dinge tun die darüber hinausgehen.

Verschiedene Module

Ich habe folgende Module ausprobiert:
ESP12E DEVKIT V2 von doit.am obwohl dort ESP12E dran steht ist ein ESP12F Modul drauf. Vorinstalliert ist eine LUA Firmware. Leider ist mein Modul eventuell kaputt. Es lässt alles mit sich machen, aber bei ESP Easy überlebt es den Power Reset nicht.
Wemos D1 mini von wemos.cc auch dies kommt mit NodeMcu Lua Firmware vorinstalliert. Außerdem liegen dem Modul zwar alle Stift- und Steckerlisten bei, sie sind aber nicht verlötet. Das Modul erscheint mir die zweckmäßigste Version zu sein!
LoLin NoneMcu V3 von wemos.cc wobei man auf der Seite nicht zu diesem Modul findet. Vorinstalliert ist eine AT Firmware. Es ist mechanisch gesehen das größte Modul meiner Serie - und damit fast unbrauchbar: Auf dem typischen Breadboards mit 2 x 5 Pins in Reihe belegt es die komplette Breite und begräbt die freien Kontakte unter sich. Damit kann man nichts mehr anschließen, man braucht eine großes/breites Breadboard.
Witty Board für die "witzige Wolke". Dieses Board ist zweiteilig gestapelt, auf dem Hauptmodul ist nur der ESP12F und der Stromanschluss angebracht. Als kleines Spielzeug ist in den Ecken eine RGB LED und ein Photowiderstand verbaut. Damit ist der ADC Anschluss schon belegt und 3 GPIO Pins. Auf der zweiten Platine ist USB Adapter untergebracht. Mann kann also die Hauptplatine nach dem Flashen/Programmieren trennen und mit 5 Volt Spannungsversorgung betreiben.
Das Modul hat eine Gizwits APP Firmware installiert, die ist aus meiner Sicht zu nichts zu gebrauchen.

Alle Module haben einen Reset Knopf um das Modul neu zu starten.
Nur das Wemos D1 mini hat keinen Flashtaster, den man aber eigentlich sowieso nie braucht.
Der ADC Eingang ist teilweise mit einem Spannungsteiler 3:1 beschaltet.

Die Module haben alle einen Spannungsregler AS1117 an Board. Soweit ich das verstanden habe, wird auch der USB-Seriell Chip CH340 mit 3,3 Volt gespeist. Damit sind alle Module eventuell sehr tolerant an VIN bzw VCC und es müssen nicht exakt 5 Volt anliegen wenn man nicht über die USB Schnittstelle speist. Zumindest bei den beiden großen Boards habe ich auch Angaben gefunden 4,5 - 10 Volt, theoretisch kann der AS1117 bis zu 15 Volt.
Das ESP12F Modul an sich ist nicht tolerant -> nur 3,3 Volt anschließen!

Firmwareversionen

AT Firmware

Geholfen hat mir diese Seite
Dazu braucht man das Flash Download Tool von ESPRESSIF und die aktuelle AT Firmware in Form des NONOS SDK von dieser Seite. Die latest Version auswählen un dann findet man das Download ganz unten auf der Seite unter Attachments.
Hat man das SDK entpackt wechsel man in den Pfad .\bin\at\ dort befindet sich eine Readme welche Datei auf welche Speicheradresse zu flashen ist. Für einen ESP-12F wählt man 4(5) Dateien aus:

eagle.flash.bin           -> 0x00000
eagle.irom0text.bin       -> 0x10000
blank.bin                 -> 0x7e000
blank.bin                 -> 0x3fe000
esp_init_data_default.bin -> 0x3fc000

Defaultwerte lassen, aber FLASH-SIZE auf 32 Mbit stellen. COM Port richtig einstellen!
Mit wenigen Befehlen ins Netzwerk:

AT
AT+GMR
AT+CWMODE=1
AT+CWJAP="SSID","Password"
AT+CIFSR

Diese Einstellung wird sofort auch gespeichert und überlebt ein Power Reset.

NodeMCU Firmware

Die Firmware NodeMCU bringt eine LUA - Scriptsprache basierte Umgebung.
Die Firmware und alle Tools kann man von dieser Seite beziehen. Man muss sich die Firmware aber aktuell immer "bauen" lassen. Der Einstieg für diesen unkomplizierten und vollautomatischen Prozess findet sich hier.
Für den Umgang und das Handling der Programme gibt es eine Java basierte Software namens ESPlorer. Den Umgang mit diesem Tool fand ich irgendwie sehr fremd.
Dieser Artikel hat mir dabei geholfen. Der NodeMCU Flasher ist relativ einfach zu bedienen und kann wie alle anderen Flasher natürlich auch andere bin Dateien flashen.
Die NodeMCU Firmware formatiert beim ersten Start den FLASH Speicher, so das alle alten Reste entfernt werden.
Mit wenigen Befehlen ins Netzwerk:

wifi.setmode(wifi.STATION)
wifi.sta.config("SSID","Password")
ip = wifi.sta.getip()
print (ip)

Diese Einstellung wird nicht gespeichert, dazu müsste man einen Datei init.lua anlegen. Dies ist ein Init Script welches beim Neustart abgearbeitet wird. Hier finden sich viele Beispiele im Netz.

ESP Easy

Von Let's Control It gibt es die wohl am einfachsten zu bedienende Firmware. In dem verlinkten Wiki Artikel findet man alles, inklusive der Firmware. Die Firmware ZIP Datei enthält auch einen Flashtool, die Datei flash.cmd wird einfach gestartet und fragt drei Parameter ab: COM Port, Speichergröße in MByte und zu flashende Version.
ESP Easy startet eine Webserver, man konfiguriert die Verbindung zum eigene Wlan und nach einem Neustart kann man beginnen.
Achtung:  Bei diesem Flashvorgang werden die Einstellungen für das WLAN nicht überschrieben! Fehlerhafte Konfigurationen kann man damit nicht löschen!
Die Entwicklung dieser Software und auch der Webseite schreiten offenbar sehr dynamisch voran. Falls die Links nicht funktionieren: http://www.letscontrolit.com/ und dann zu ESP Easy scrollen und dort Wiki klicken. Download oder Software Links sucht  man auf der Homepage vergebens.
Mit wenigen Schritten ins Netzwerk:
WLAN mit der SSID ESP_0 suchen (manchmal auch ESP_0xxx)
Browser öffnen falls dies nicht automatisch geschieht, man landet sofort auf auf einer Webkonfigurationsmaske. SSID und Passwort eintragen.
Nach dem Neustart des Moduls kann man sich auf die IP Adresse oder auf http://newdevice verbinden.
Will man das Ganze in den Ursprungszustand versetzen (Reset) dann muss man sich mit einem seriellen Monitor verbinden und "blind" Reset (reset) eintippen. Man darf bei putty ctrl+m ctrl+j (CR LF) nicht vergessen.
Man hat leider kein lokales echo.
Es kann einen Moment dauern, bis der Vorgang mit FLASH:  Erase Sector: ... quittiert wird.
Nach dem Abschluss des Löschens erfolgt ein normaler Boot im AP Modus.

GizWits Firmware

Das sogenannte Witty Modul bringt eine eigene Firmware mit. Hier habe ich ein paar Infos dazu gefunden. diese Firmware ist dafür gedacht sich mit einer App zu verbinden und dann über eine Cloud etwas zu konfigurieren/programmieren. Aus meiner Sicht "witzlos". Das Modul ist offenbar für den chinesischen IoT Markt gedacht. man sieht ein paar Konsolen Ausgaben bei 115200 bps aber bedienen lässt sich nichts. Das Modul spielt selbständig etwas mit seiner RGB LED.

Tipps und Tricks

Firmware flashen

Der Speicher des ESP8266 ist in bestimmte Bereiche aufgeteilt und die Firmware ist auch OTA flashbar. Damit wird beim flashen nicht automatisch alles überschrieben. Also nicht wundern wenn die WIFI Konfiguration noch im Flash steht, obwohl man per USB geflashed hat und gehofft hat damit alles zu überschreiben.

Speichergröße

Zu allen Angaben zu Speichergrößen muss man beachten, dass manchmal von Mbit und manchmal von MByte gesprochen wird. Die kleinsten ESP hatten 4 Mbit= 512kByte Speicher. Der ESP8266 12F hat 32 Mbit=4MByte Speicher. Also nicht fälschlicherweise die Anleitung für 4 Mbit lesen obwohl man 4 MByte hat.

Wiederbelebung

Wen man sich mal "verflashed" hat - hilft die Baudrate der Schnittstelle auf 74880 bps (ich habe auch Angaben zu 76800 bps gefunden) zu stellen.
Dies ist die Baudrate vom "first bootloader".
Offenbar gibt es Situationen wo sich das Programm zum flashen nicht mehr auf eine Baudrate mit dem ESP Baustein einigen kann.
Der Nodemcu Flasher kann das im Dialog (Advanced).

Serielles Terminal

Womit kann man jetzt ganz einfach mal über die COMx Schnittstelle mit dem ESP kommunizieren?
Nicht besonders komfortabel geht es auch über putty. Ich habe das Programm ja ständig beim Wickel als ssh Konsole für meine Himbeeren.
Also bei der Verbindung die serielle Schnittstelle auswählen. Dabei neben der Geschwindigkeit vor allem darauf achten: Flow control auf none zu stellen.
Will am AT Befehle eingeben müssen die mit ctrl+m (CR) und ctrl+j (LF) abgeschlossen werden. Enter würde ctrl+m bringen, ctrl+j müssen man manuell nachlegen.
Das zu automatisieren ist für die Eingabe leider nicht vorgesehen, nur bei der Ausgabe ist das konfigurierbar (Terminal Einstellung).
Als Standardgeschwindigkeit haben alle meine Boards mit 115200 bps gearbeitet.

Treiber

Alle Boards sind mit dem CH340xx Chip ausgestattet. Beim ersten Anstecken an den Windows Rechner wird zwar ein USB2 serial Chip erkannt aber kein Treiber gefunden. Einfach auf dieses Gerät klicken, Treiber aktualisieren ausführen und den vorher lokal entpackten Pfad verweisen.
Die Seite ist in chinesisch, aber den download Button kann man erkennen: http://www.wch.cn/download/CH341SER_ZIP.html

Homematic Firmwareupdate

Viele der Homematic Geräte können mit neuer Firmware "OverTheAir" versorgt werden. Manchmal werden neue Features eingebaut (Steckdose Verhalten nach Spannungswiederkehr), manchmal Fehler ausgebügelt (Thermostat Hysterese war nicht einstellbar). Ob man das Firmware Update braucht muss jeder selbst wissen. Alle Einstellungen, Peerings und Register bleiben erhalten.
Das Firmwareupdate erzeugt kein Werksreset!

FHEM hat eine fwUpdate Funktion eingebaut, wie man die verwendet will ich hier kurz schildern. Bei meiner Installation waren über die Jahre doch ca. 8 Geräte auf altem Stand.

Versionsprüfung

Zunächst mal muss man wissen, dass es neue Firmware gibt. Im Wiki ist dafür die Einrichtung eines HTTPMOD Devices beschrieben. So sieht dann das Ergebnis aus:

Wie man sieht, wird damit täglich nach neuer Firmware geschaut und die angelernten Geräte überprüft.
Da hier ziemlich selten Updates erfolgen habe ich das Zeit Interval auf 518400 (6 Tage) hochgesetzt und über das Attribute alignTime einen Zeitpunkt in der Nacht gesetzt. Damit wird der Server bei eq3 nicht so sehr oft abgefragt.
Über reread kann der Vorgang manuell gestartet werden, Die Gerätenamen sind direkt klickbar um die Geräte dann zu bearbeiten. Zuvor kann man die roten Versionsnummern klicken und die neue Firmware herunterladen. Für das Update müssen die Dateien auf dem FHEM Server lokal vorliegen.

Vorbereitung der Firmware Dateien

Die Firmwaredateien werden gepackt geliefert, sicher gibt es viele Wege, ich gehe so vor:
Mit WinScp werden die Dateien nach /home/pi übertragen.
Mit Putty verbinden und im Terminal eingeben:

tar -xvzf /home/pi/<Dateiname>.tar.gz
sudo cp *.eq3 /opt/fhem/FHEM/firmware/

Man kann natürlich auch direkt ins firmware Verzeichnis entpacken:

sudo tar -xvzf /home/pi/<Dateiname>.tar.gz -C /opt/fhem/FHEM/firmware/

Der user fhem muss nur lesen können, dies sollte mit den vorhandenen Berechtigungen funktionieren.

Vorbereitung in FHEM

Sollte man mehrere IOs haben sind weitere Vorbereitungen notwendig. Hat man nur ein FHEM mit einem IO der fwUpdate beherrscht, kann man direkt loslegen.
Ich habe zusätzlich zu meinem produktiven System mit einem HMLAN und einem RPI Modul noch ein Test System mit einem RPI Modul.
Um zu vermeiden, dass das Testsystem stört habe ich den IO mit set <> close geschlossen und mit dem attr <> dummy 1 komplett aus dem Rennen genommen.
Der HMLAN kann kein fwUpdate, ich bin mir nicht sicher ob das alle wissen. Deshalb müssen wir dafür sorgen, dass nur ein IO das Update durchführt.
Ich habe eine VCCU im Einsatz, deswegen habe ich bei den Geräten wo ich ein Update durchführen will einfach den preferred IO gesetzt:

attr <> IOGrp VCCU:HMUART1

Update durchführen

Unbedingt die RSSI Werte kontrollieren, die sollten wenigsten so bei Mitte 60 liegen. Bei schlechteren Werten muss der IO temporär näher an das Gerät gebracht werden.
In der Weboberfläche können wir jetzt das Update starten, den Dateinamen kann man zur Sicherheit mit kompletten Pfad angeben. Dazu einfach in WinScp mit der rechten Maustaste auf die Datei und dann Dateiname/Kopieren mit Pfad den kompletten Namen kopieren und in der Box einfügen:

set <> fwUpdate </Pfad/Dateiname>

Die LED (falls sichtbar) am Gerät sollte jetzt wild anfangen mit blinken, der Vorgang dauert etwas.
Als Quittung wird ein Reading fwUpdate done erzeugt.
Allerdings steht in den Readings und dem Attribute nach wie vor die alte Firmware. Den neuen Eintrag (und damit die Erfolgsquittung) erhält man nur mit einer Anlernmessage:

set HMUART1 hmPairSerial <Serial des gerade aktualisierten Gerätes>
set <> getConfig

Alternativ, oder falls das nicht funktioniert, kann man die Configtaste drücken.

Zum Abschluss wird mit hmInfo configCheck alles nochmal kontrolliert.
Vor dem nächsten Update in kurzer Folge schauen ob der IO sich im overload befindet.

Fehler

Es sind unterschiedliche Fehler möglich:
In den Readings wird eine Fehlernachricht angezeigt, Update ist nicht gestartet. Da stimmt wahrscheinlich irgendeine Grundlage nicht.
Das Gerät landet im Bootloader / Bootloop
Da hat was mit der Firmware nicht gestimmt oder der Vorgang wurde vor dem Ziel abgebrochen. Nicht ganz so schlimm, allerdings braucht man jetzt mit Sicherheit ein paar Versuche. fwUpdate versetzt das Gerät als erstes in den Bootloader, kontrolliert und startet dann den Datentransfer. Man muss es schaffen, dass das Gerät sich mit dem Bootloader meldet wenn fwUpdate es erwartet. Andernfalls bricht er mit einem Fehler ab.
Ich hatte Erfolg mit dieser Reihenfolge:
Gerät ausschalten.
fwUpdate starten und danach sofort das Gerät mit Strom versorgen/Bootloader starten.
Bei overload vom IO einfach warten bis der overload vorbei ist.

Raspberry Pi als einfacher Router

Man kann den Raspberry mittels USB Adapter mit zusätzlichem Netzwerk Interfaces ausrüsten Wlan oder auch Ethernet. Der Raspberry Pi 3 hat schon eine Wlan Schnittstelle an Board.
Folgende USB Adapter habe ich im Einsatz, die werden auf Anhieb ab debian wheezy erkannt und lassen sich problemlos betreiben.
- i-tec USB 2.0 Advance 10/100 Fast Ethernet LAN Network Adapter USB 2.0
- TP-Link TL-WN725N WLAN Nano USB-Adapter (150 Mbit/s, Soft AP)

Vorbereitung 

Seit debian jessie hat die Konfiguration der Netzwerkschnittstellen etwas geändert. Einfach etwas in der /etc/network/interfaces eintragen ist nicht mehr. Über diese Seite habe ich die entscheidenden Hinweise gefunden. Der Dienst DHCP Client Deamon übernimmt die Konfiguration der Schnittstellen, eine Ethernet Schnittstelle die nicht über einen DHCP Server konfiguriert wird, bekommt von ihm eine Adresse aus dem Pool 169.254.0.0 zugewiesen.
Eine statische Konfiguration erfordert nicht mehr die Veränderung der Datei /etc/network/interfaces, diese bleibt unbedingt Original! Stattdessen wird die Konfiguration in der Datei /etc/dhcpcd.conf durchgeführt. Dabei sind die Einträge ähnlich der alten Methode.

sudo nano /etc/dhcpcd.conf

Minimal wird dort die IP Adresse für das Interface eingetragen:

interface eth1
static ip_address=192.168.1.1/24

Ein ifdown eth1 && ifup eth1 sollte die Änderung im laufenden Betrieb ausführen.

Router einrichten

DHCP

Der Router wird mit einem Interface an den vorhandenen Netzwerk/Internetanschluss angeschlossen und erhält von dort per DHCP seine Konfiguration.
Das zweite Interface  soll selbst mit einem DHCP Server versorgt werden.
Ziel ist es den Router einfach in ein bestehendes Netzwerk einfügen zu können.

In Frage kommt sicher isc-dhcp-server aber der dnsmasq schein noch etwas besser für diese Aufgabe zu sein. Die Anregung stammt von hier.

sudo apt-get update && sudo apt-get install dnsmasq

In der Datei /etc/dnsmasq.conf enthält die gesamte Doku und am Ende werden die Parameter eingetragen:

interface=eth1
no-dhcp-interface=eth0
dhcp-range=interface:eth1,192.168.1.100,192.168.1.200,12h

Manchmal startete der Deinst dsnmasq mit Fehlern, da muss ich noch etwas tun. Verzögern?

Portweiterleitung und NAT

Zwei Einstellungen führen dazu, das sich unser Router auch wie erwartet verhält und sämtlichen Traffic aus dem Netzwerk eth1 zum Netzwerk eth0 "routet".

Mit diesem Befehl wird IP-Forwarding sofort aktiviert

sudo sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1

Um das IP-Forwarding dauerhaft zu aktivieren muss die Datei /etc/sysctl.conf editiert werden.

sudo nano /etc/sysctl.conf

Entweder suchen wir nach der Stelle und entfernen das #

# Uncomment the next line to enable packet forwarding for IPv4
#net.ipv4.ip_forward=1

Oder wir  fügen am Ende einfach die Zeile hinzu

net.ipv4.ip_forward=1

Man kann auch die Datei editieren und mit sudo sysctl -p die Änderung sofort wirksam werden lassen.

Jetzt können wir zwar in das andere Netzwerksegment pingen, aber der Internetrouter wird keinerlei Anfragen aus dem eth1 wirklich beantworten. Damit dies ohne Neukonfiguration im bestehenden Netzwerk funktioniert brauchen wir NAT:

sudo iptables -t nat -A POSTROUTING -o eth0 -j MASQUERADE

Allerdings müssen diese Einstellungen noch gespeichert werden, sonst sind sie beim nächsten Neustart weg.

Speichern in eine Datei iptables-save > /etc/iptables_01.save
Um diese beim Start zu aktivieren:

nano /etc/network/interfaces

Unterhalb von iface lo inet loopback einfügen

pre-up iptables-restore < /etc/iptables_01.save

Ferrariszähler abtasten - ein Experiment

Mit ein paar Widerständen zwei LEDs und einem Phototransistor durch eine Scheibe aus gebührenden Abstand zuverlässig die nur Millimeter starke, rotierende Scheibe abtasten und dabei einen roten Punkt erkennen? Kann das funktionieren? Ich habe es nach dieser Anleitung ausprobiert und tatsächlich - es funktioniert! Dank eines Arduino nano und einer cleveren Software.

Der schnelle Aufbau

In einen kleinen Plastestreifen von 15 x 50 mm habe ich ziemlich mittig zwei 3 mm Löcher im Abstand von 5mm gebohrt. Diese dienen als Aufnahme für IR LED und Phototransistor. Mit einem 4 adrigen ungeschirmten Kabel, knapp 1 meter lang, habe ich beide Elemente über einen 4 poligen Pfostenverbinder mit dem Breadboard verbunden.
Auf dem Breadboard ist der Arduino nano mit den Widerständen und der Status LED platziert. Also alles in wenigen Minuten zusammengebaut.
Den Sketch habe ich direkt vom Github heruntergeladen und mit der Arduino IDE auf den nano aufgespielt.
Nun wird es spannend: wird die Schaltung funktionieren?
Der serielle Monitor der IDE lässt uns einen ganz schnellen Test machen. Der nano meldet sich mit der aktuellen Einstellung
Trigger levels: 50 100
Mit einem großen C schaltet er in den Command Mode und meldet sich mit einem Prompt >
Mit einem großen D zeigt er anschließend fortlaufen die Messwerte.
Mit einem Stück weißen Papier oder einem glänzenden Gegenstand als Reflektor kann sollten die Messwerte irgendwie zwischen 5 und 200 schwanken.
Ok, das funktioniert, jetzt muss der Sensor eingestellt werden.

Montage und Einrichtung

Ich habe den Strich für die Bohrungen gleich in die Oberfläche geritzt, diesen Strich verwende ich jetzt um den Sensor möglicht exakt mit der Ferraris Scheibe auszurichten. Die im Bild gezeigte Methode mit Panzertape verändert ihre Lage innerhalb weniger Stunden! Also nur als schnelle Probe geeignet!
Der Sensor wird mit dem Breadboard verbunden und der nano mit meinem im Schaltschrank vorhandenen Raspberry. Um die Messwerte mitzuschreiben um später die Triggerschwellen festzulegen verwende ich minicom.

sudo apt-get update && sudo apt-get install minicom

Mit minicom kenne ich mich erstmal gar nicht aus, aber das Programm ist interaktiv bedienbar:

minicom -s

startet minicom im Setup Mode. Wir müssen folgendes einstellen:

• Serial port setup
• Serial Device /dev/ttyUSB1
• Bps/Par/Bits 9600 8N1
• Hardware Flowcontrol No
• Exit

Jetzt mit C und D in die kontinuierliche Datenausgabe versetzen, die Messwerte scrollen durch. Wenn nicht die Einstellung überprüfen!

Mit CTRL-A und Z öffnen wir den Hilfemodus öffnen, von diesem kann man das Programm auch weiter bedienen. L öffnet den Capture Modus, wir müssen bloß noch den Dateinamen bestätigen und schon zeichnet minicom die Messwerte auf, per default ins aktuelle Verzeichnis mit dem Namen minicom.cap. Wir müssen jetzt ein 3-4 Runden der Ferrarisscheibe aufzeichnen. 

Mit CTRL-A (Z) und L kann der Capturemodus anschließend mit close und damit die Datei geschlossen werden.

Mit WinScp kann man die Datei auf den PC kopieren, in minicom.txt umbenennen und anschließend in Excel oder Google Tabellen importieren (beide weigern sich eine Datei mit der Endung .cap zu importieren!?).
Jetzt markiert man die Spalte mit den Werten und fügt über das Menü / Einfügen / Diagramm eine Kurve ein.
Die Kurve kann man etwas aufzoomen und ganz leicht die beiden Trigger Punkte bestimmen. Im Anzeigemodus des Diagramms der Google Tabelle kann man mit der Maus die einzelnen Punkte anzeigen lassen.
Beispielauswahl 130 175

Zurück zu minicom und wieder mit C in den Command Modus wechseln. Jetzt geben wir mit S 130 175 die Triggerschwellen ein. Nun wechseln wir wieder in den Trigger Mode mit T.

Fertig!

Ich habe jetzt einfach den Ausgang mit der Status LED (D12) mit einem Pin meines ArduCounter nano verbunden ein neues Pin definiert und schon habe ich den Zähler in FHEM eingebunden. 

Mein Zähler liefert 75 Impulse pro kWh (Zählerkonstante). 

Der Zählerwert (kWh) ergibt sich damit aus: Impulsanzahl/75 

Für die Momentanleistung braucht man die Impulsdauer (Zeit für 1 Umdrehung) damit kann man daraus allgemein ableiten:

Leistung im Watt = 3.600.000 / (Zählerkonstante * Anzahl der Sekunden für eine Umdrehung)

Damit steht in meinem Beispiel eine Runde für 48.000 Ws 

Momentanleistung (Watt) = 48000/Impulsdauer (sec)

Ideen zur endgültigen Umsetzung

Der eigentliche Sensor ist störunempfindlich, man kann ihn also wirklich vom Arduino absetzen und damit einen kleine Sensor machen der einfach mit Klebepads auf der Zählerfront befestigt wird.
Neben der hier gezeigten einfachen Variante der Kopplung mit dem ArduCounter, will ich versuchen alles in einem Arduino unterzubringen. Mal sehen ob mir das gelingt.

Mein erstes Arduino Projekt

Ständig taucht beim Lesen dieser Name "Arduino" auf, der wie ein kleiner Italiener klingt. Und die Leute schreiben dafür einen Sketch - was für mich bisher ein gespielter Witz war.
Sicher ging es auch lustig zu, in der Bar von Ivrea wo vor über 10 Jahren von zwei Italienern diese Technologie entwickelt wurde.
Es interessierte mich und ich suchte schon eine Weile ein simplere Lösung um die S0 Schnittstellen meiner Zwischenzähler endlich mal auswertbar zu erfassen. Die seinerzeit gekaufte PM2 von Allnet (ALL3691) war nur als Mäusekino zu gebrauchen und hatte zu viele Macken. Da tauchte beim Stöbern im FHEM Forum der Begriff ArduCounter auf, das wird es doch!
Die kleinen Platinen des Arduino nano gibt es in vielen Ausführungen, sie kosten wenige Euro, man kann sie direkt aus China holen - aber letztendlich brauchte ich erstmal was zum probieren, was auch sofort funktioniert! Ich habe mich etwas belesen und dann den bei Amazon bestellt: Aptotec Nano V3.0 Pro mit Org.ATmega328P/ FT232RL Chip. Ein FTDI Chip sollte er haben, damit die USB Anbindung erstmal ohne große Probleme läuft!
Wobei scheinbar alle Probleme mit dem CH340 Chip behoben sind, auch ein solcher Arduino Nano läuft ohne Probleme. Allerdings, wenn man mehrere USB Geräte betreiben möchte: siehe Abschnitt am Ende "Probleme".

Was braucht man noch?

• Ein USB Kabel passend zum Board (USB mini). Bei meinem Board war ein Kurzes dabei.
• Ein Breadboard, das ist kein Brettchen fürs Brot sondern ein Steckbrett auf dem man sich elektronische Schaltungen einfach zusammenstecken kann.
• Den FTDI USB Treiber falls der Arduino nicht beim anstecken sofort erkannt wird.
• Die IDE für den Arduino um einen Sketch zu schreiben. Es empfiehlt sich die von der arduino.cc Webseite obwohl die derzeit eine niedrigere Versionsnummer (1.6.12) trägt. Die Alternative von arduino.org ist unvollständiger.

Hardwareinstallation und Vorbereitung

Den Arduino auf Steckbrett, USB Kabel dran und los geht es. Zunächst leuchtet nur die Power LED. 

1. Zuerst im Gerätemanager schauen ob der Treiber installiert ist, es sollte eine neue COM Schnittstelle da sein, ohne Ausrufezeichen! Die Nummer merken (bei mir COM3).
2. Die IDE in ein Verzeichnis entpacken und die Arduino.exe starten. Wir benötigen keine erweiterten Rechte.
3. Die Konfiguration der IDE - Im Menü: Werkzeuge->Board "Arduino nano" wählen, dann Werkzeuge->Port "COM3" wählen.
4. Das Fenster zeigt einen leeren Sketch, so etwas wie der Grundrahmen. Für einen kleinen Funktionstest öffnen wir: Datei->Beispiele->01.Basisc->Blink
5. Jetzt einfach den Pfeil nach rechts in der Symbolleiste oder Menü->Sketch->hochladen oder Strg-U drücken. Wenn keine Fehlermeldungen erscheint wird nach wenigen Sekunden die LED des Arduino im Sekundentakt blinken. Der Arduino nano hat eine "Signal" LED die mit PIN D13 on Board verbunden ist. Neben der Power LED zeigen noch zwei LEDs die Datenübertragung der seriellen Schnittstelle an.

Meine Zähler sind schon mit RJ11 Kabeln beschaltet, für einen schnellen Test muss ich meinem Arduino nur noch ein "Interface" verpassen. Ich habe mir ein altes RJ45 Netzwerkkabel zerschnitten und die Leitungen an einen Pfostensteckverbinder gelötet. Dieses Kabel kommt aufs Steckbrett und mit zwei Drahtbrücken wird die Verbindung zu Pin 4 und 5 hergestellt. Hier muss man auf die Polung achten, viele Zähler S0 Schnittstellen sind "Open-Collector" und mit + und - bezeichnet. Das sieht alles nicht spektakulär aus, ich habe trotzdem mal ein Foto gemacht.

Zähler programmieren

Die IDE legt im Dokumente Ordner des Benutzers einen Arduino Ordner als Arbeitsverzeichnis an.

Dahin kopieren wird den Sketch "ArduCounter.ino" entweder vom contrib/arduino Ordner unsere FHEM Installation oder direkt vom github. 

Mit Datei öffnen wird die ArduCounter.ino geladen und anschließend auf den Arduino hochgeladen. Wenn keine Fehler angezeigt werden sind wir fertig, wir können den Arduino von der USB Schnittstelle abziehen.

Am FHEM Server anschließen

Bisher haben wir alles am Desktop jetzt müssen wir kurz überprüfen ob der Arduino am FHEM Server erkannt wird. Mit Putty loggen wir uns am Raspberry ein und haben den Arduino noch nicht angesteckt! 

Mit ls /dev/ttyUSB* schauen wir uns die Liste der seriellen/USB Schnittstellen an und merken die uns. Wenn bisher keine vorhanden ist wird eine Meldung ausgegeben
ls: cannot access /dev/ttyUSB*: No such file or directory. 

Jetzt stecken wir das USB Kabel mit dem Arduino und warten einen Moment. Jetzt sollte die Ausgabe mindesten eine Schnittstelle zeigen, werden mehrere gezeigt ist die neue unsere Schnittstelle, bitte wieder die Nummer merken, bei mir /dev/ttyUSB0.

Das RJ11 Kabel vom Zähler verbinde ich einfach mit einer RJ45 Kupplung mit meinem Kabel zum Steckbrett.

Einbindung in FHEM

Seit Januar 2017 ist ArduCounter Bestandteil vom normalen FHEM, vorher war es ein "contrib" Modul. Die ersten beiden Schritte sind also obsolete:
Mit putty am raspberry:

sudo cp /opt/fhem/contrib/98_ArduCounter.pm /opt/fhem/FHEM/

Auf diese Weise gehört die Datei zwar root aber es darf jeder lesen und fhem sollte damit zurecht kommen. Man kann auch noch die Rechte gerade ziehen:

sudo chown fhem:dialout /opt/fhem/FHEM/98_ArduCounter.pm

Jetzt in der Kommandozeile im Browser das Gerät anlegen:

define AC ArduCounter /dev/ttyUSB0@38400 

Jetzt noch den Messeingang definieren:

attr AC pinD4 rising pullup

Wenn alles richtig lief (Logfile) steht das Gerät auf opened und die Readings für pin4 und power4 sollten sich füllen. Mit get AC info könnte man eine Zwischenabfrage starten (Ergebnis -> Logfile).

Feintuning

Das power Reading liefert den momentane Leistung am Zähler. Damit die stimmt muss auch der Faktor stimmen. 

• Mein Zähler SMD630 liefert 400 Impulse pro 1 kWh. 
• 1 Impulse entspricht also 0,0025 kWh.
• Um den Zählerstand in kWh zu ermittteln, muss man einfach die Anzahl der Impules durch die Zahl Impulse/kWh dividieren. 
• ArduCounter ermittelt den Wert für die momentane Leistung in Impulsen/h ((delta count) / (delta time) * factor). Liefert der Zähler 1 Impuls pro 1 W/h, dann erhält man mit dem Faktor 1000 den Wert in kW angezeigt. Da mein Zähler 1 Impuls pro 2,5 W/h liefert, muss ich 2500 (statt Standardwert 1000) als Faktor einstellen.

Der folgende Abschnitt muss überarbeitet werden.

attr AC factor 2500

Ich will ja eigentlich meinen Zählerstand abbilden. Dazu definiere ich ein userReadings

attr AC userReadings Zaehler {ReadingsVal("AC","pin4",0)/400 + gggg.gg }

gggg.gg ist der Grundwert. Es ist der Zählerstand der bei Start der Zählung der S0 Impulse auf dem Zähler stand. Damit kann jederzeit der echte und der ermittelte Zählerstand abgeglichen werden.

Wenn der Arduino mal vom Strom genommen wird, dann sind die gespeicherten Impulse natürlich gelöscht. Damit man einfach den Zählerstand wieder setzen kann, habe ich mir noch einen Dummy gebaut dem ich einfach meinen aktuellen Zählerstand gebe und der rechnet dann sofort den Grundwert aus:

define ZStart dummy
attr ZStart userReadings Grundwert {ReadingsNum("ZStart","state",0)- ReadingsNum("AC","pin4",0)/400 }

Man stellt sich also einfach vor den Zähler und tippt den abgelesenen Wert in das set vom Dummy. Der Grundwert wird sofort ermittelt und das veränderte userReading von oben liest dann den Grundwert direkt aus:

attr AC userReadings Zaehler {ReadingsVal("AC","pin4",0)/400 + {ReadingsNum("ZStart","Grundwert",0) }

Fertig

Nachdem das alles ziemlich einfach war und gut läuft, muss das Ganze noch weg vom Provisorium. Es soll ja einfach so in der Verkabelung verschwinden. Also muss ein Arduino nano ohne Beinchen her. Habe ich ich doch überall gesehen und die meisten haben sich beim Kauf aufgeregt, dass sie selbst noch löten mussten. Das war dann aber doch gar nicht so einfach, vor allem stimmen denn die Produktfotos? 

Ich habe den Nano 3.0 Arduino kompatibel ATmega328P-AU 16MHz Mini USB mit CH340G V3.0 5V ICSP bei ebay bestellt, der war zumindest innerhalb ein paar Tage lieferbar. Er kam wirklich ohne Beinchen. Allerdings hat dieser eine unschöne Eigenheit: Am Ende des Hochladens des Sketches meldet er ein paar Fehler:  

avrdude: verification error, first mismatch at byte x....  0xf1 != 0xb1

avrdude: verification error; content mismatch

Sieht irgendwie aus als wäre ein bit Fehlerhaft. Es passiert offenbar beim Kontrolllesen, scheint aber kein wirkliches Problem zu sein. Das aufgespielte Programm läuft ohne Probleme. 

Ich habe eine Weile alles mögliche probiert und im Internet dazu gefunden: man könnte die Firmware tauschen, die ist eventuell fehlerhaft. Dazu bräuchte ich einen ISP Programmer. Aber außer das es "philosophisch" vielleicht interessant ist, stört es mich erstmal wenig. Ich habe einfach ein Stück RJ45 Kabel an das Board gelötet, zwei Stück Isolierschlauch drüber gezogen und fertig!
Nachtrag: Dieser Nano war wirklich defekt! Die serielle Kommunikation mit dem FHEM Modul brachte immer mal wieder unsinnige Zeichen zu Tage. Mit einem anderen Nano lief es sofort alles Fehlerfrei. An der Firmware lag es jedenfalls nicht, das USB-Seriell Chip war defekt. Ich habe mir einen neuen CH340G bestellt und diesen getauscht. Jetzt läuft auch dieser Nano wieder ohne Fehler! Klar auch das war rein Interessehalber: die Reparatur eines Nano Wert 4,49€ mit einem CH340G für 1,12 € lohnt unter wirtschaftlichen Gründen nicht wirklich. Aber ich wollte wissen ob ich den SMD Chip tauschen kann und es geht! 
Beinchen am besten mit einem kleinen Seitenschneider einzeln trennen, Reste mit dem Lötkolben herunter "wischen", neuen Chip an einer Ecke fixieren und genau positionieren, alle Pins anlöten, zuviel Zinn und Brücken sind nicht schlimm. Anschließend mit Entlötlitze großzügig "absaugen" - dabei passiert bei einigen Pins erst der wirkliche Lötvorgang!

Probleme

Die Zählung der Impulse funktionierte bei mir nicht auf Anhieb. Ich habe im laufenden Zustand den Resetknopf am Arduino gedrückt. Danach funktionierte alles wie gewollt. Das war aber ein Bug im Modul, der ist inzwischen behoben.
Hat man versehentlich falsche Pins definiert bleiben die Readings erhalten. Mit deletereading AC xxx kann man diese Readings löschen.

Sollte die USB Schnittstelle des Arduino nicht sofort erkannt werden, hilft nochmaliges Ab- und Anstecken. 

Mit lsusb kann man schauen ob die Schnittstelle überhaupt erkannt wird. 

Mit dmesg | grep FTDI könnte man schauen ob ein FTDI Chip erkannt wurde.

Es gibt wohl generell, dass Problem, dass die USB Sticks unter Linux einfach durch nummeriert werden, in der Reihenfolge wie sie erkannt werden. Was zunächst mal interessant war: Den ersten Arduino nano ab und den neuen dran - er bekommt auch wieder USB0. Bei einem einzelnen Stick kann das ja schick sein, aber bei mehr als einem?

Dazu gibt es offenbar eine Lösung "/dev/serial/by-path".
Mit ls /dev/serial/by-path/ kann man sich die gesteckten USB Stick mit kompletten Pfad anzeigen lassen.

platform-3f980000.usb-usb-0:1.2:1.0-port0
platform-3f980000.usb-usb-0:1.5:1.0-port0

Die :1 ist der interne USB Hub des Pi, die folgende Ziffer nach dem Punkt der Port (siehe unten). Steckt an Port 3 (0:1.3) noch ein Hub, kommen dessen Anschlüsse als weitere Punkt dazu (0:1.3.1:). Man kann dann meist die Ports am Hub mechanisch / logisch zuordnen.

Mit ls -l bekommt man die Info ausführlicher und sieht die Verbindung auf USBx. Die USB Nummerierung ist abhängig von der Reihenfolge der Erkennung!

Mit lsusb -t bekommt man die Port Zuordnung im Klartext.
lsusb liefert hingegen nur die Device Auskunft, die ist abhängig von der Reihenfolge der Erkennung!

 /:  Bus 01.Port 1: Dev 1, Class=root_hub, Driver=dwc_otg/1p, 480M
    |__ Port 1: Dev 2, If 0, Class=hub, Driver=hub/5p, 480M
        |__ Port 1: Dev 3, If 0, Class=Vendor Specific Class, Driver=smsc95xx, 480M
        |__ Port 2: Dev 4, If 0, Class=Vendor Specific Class, Driver=ch341, 12M
        |__ Port 5: Dev 6, If 0, Class=Vendor Specific Class, Driver=ch341, 12M

Spätestens wenn noch ein USB Hub verwendet wird ist diese Auskunft auch nicht mehr "logisch", da hilft nur probieren (abziehen/stecken).

Portnummerierung am Raspberry Pi 3

ist simpel zu merken: Wie "man schreibt", die Ethernetschnittstelle ist USB Port 1. In der Mitte ist oben USB Port 2 und darunter USB Port 3, naja und klar Rechts oben ist USB Port 4 und unten USB Port 5.
   2  4
1  3  5

Um festzulegen, dass der USB Stick in einem bestimmten Port (Port 2) genommen wird, muss das define im FHEM so aussehen:

define AC ArduCounter /dev/serial/by-path/platform-3f980000.usb-usb-0:1.2:1.0-port0@9600