Arduino

Generelles zu Arduino

Die Arduino-Initiative

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. 20€ Stand Nov. 2016, 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.

Arduino-Projekte mit Anbindung an FHEM

Folgende Projekte basieren (u.A.) auf Arduino:

• Selbstbau_CUL
• Arduino_Firmata bzw. Arduino_mit_OneWireFirmata
• FHEMduino
• SIGNALduino
• panStamps über das SWAP Protokoll per RF
• HomeMatic_Asksin_Library
• MySensors per RF oder RS485
• ArduCounter
• KeyValueProtocol (siehe Commandref)

Beispiel: Arduino mit Ethernet

Eine einfache und sehr kompakte Lösung ist der Arduino Nano mit Ethernet-Shield. Der Nano hat je 8 nutzbare Analog- und Digital Ein-/Ausgänge über die sich beispielsweise Temperatursensoren, Relais etc. ansprechen lassen.

Folgende Schritte sind zur Vorbereitung zu tun:

1. Arduino (bzw. Klon) mit Ethernet-Shield (z.B. mit ENC28J60 Chip) und gewünschten Sensoren kaufen
2. Arduino-IDE von der Arduino-Homepage (für Windows, Mac OS X und Linux vorhanden) herunterladen und installieren
3. 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)
4. Folgenden Beispiel-Sketch mit Arduino-IDE öffnen Arduino_FHEM.ino [2]
5. IP Adresse im Sketch passend zum eigenen Netzwerk ändern (steht im Sketch auf 192.168.2.44)
6. Sketch auf Arduino laden
7. Arduino mit 5V-USB-Netzteil ans Netzwerk anschliessen
8. Verbindung testen indem in einem Webbrowser <arduino_ip_adresse>/?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.
9. 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.
10. 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):

Auszug aus der 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

Abfragen von Sensorwerten sind natürlich auch möglich, z.B. mit folgender Definition (Analog- und Digital-PINs werden alle fünf Minuten abgefragt und in Plots visualisiert):

Auszug aus der fhem.cfg

define arduinogetsensorvalues at +*00:05:00 {\ 
 my $val = GetHttpFile('arduino:80', '/?cmd=get_analog_values');;\ 
 fhem("trigger arduinogetsensorvalues $val");;\ 
}
attr arduinogetsensorvalues room Arduino
define FileLog_arduinogetsensorvalues FileLog /opt/fhem/log/arduinogetsensorvalues-%Y.log arduinogetsensorvalues:.*
attr FileLog_arduinogetsensorvalues room Arduino
define weblink_getsensorvalues weblink fileplot FileLog_arduinogetsensorvalues:arduino:CURRENT
attr weblink_getsensorvalues label "Arduino Sensorvalues Min $data{min1}, Max $data{max1}, Last $data{currval1}"
attr weblink_getsensorvalues room Arduino
define arduinogetsensorvaluesD at +*00:05:35 {\ 
 my $val = GetHttpFile('arduino:80', '/?cmd=get_digital_values');;\ 
 fhem("trigger arduinogetsensorvaluesD $val");;\ 
}
attr arduinogetsensorvaluesD room Arduino
define FileLog_arduinogetsensorvaluesD FileLog /opt/fhem/log/arduinogetsensorvaluesD-%Y.log arduinogetsensorvaluesD:.*
attr FileLog_arduinogetsensorvaluesD room Arduino
define weblink_getsensorvaluesD weblink fileplot FileLog_arduinogetsensorvaluesD:arduino:CURRENT
attr weblink_getsensorvaluesD label "Arduino Digital Values Min $data{min1}, Max $data{max1}, Last $data{currval1}"
attr weblink_getsensorvaluesD room Arduino

WLAN

Die Anbindung von Arduinos über WLAN ist möglich, indem z.B. ein ESP8266 mit dem Arduino verbunden wird. In der Regel ist es aber zielführender, direkt den Microcontroller auf dem ESP-Board auch für die Auswertung der anzuschließenden Sensoren zu nutzen und so auf den Arduino zu verzichten. Die entsprechenden Sketche für Arduino laufen in der Regel mit geringen Überarbeitungen auch auf diesen Boards.

ToDo

Kommunikation via Bluetooth

Bekannte Probleme

FTDI-Resets

FTDI-Pinbelegung

Bei Arduinos Nanos mit FTDI-USB-seriell-Wandlern kann es vorkommen, dass diese immer wieder scheinbar grundlos rebooten und keine stabile Kommunikation entsteht. In diesesem Fall sollte geprüft werden, ob der TEST-Pin (26) auf Ground liegt. Ist dies nicht der Fall, kann der Fehler dadurch behoben werden, dass der TEST-Pin mit AGND (25) zusammengelötet wird.