Project 10 — Pi Zero 2 met MQTT-broker

Repost van Tumblr. Sources op github.

Als je met je zelfgebouwde IoT-dingetjes in huis gegevens wilt verzamelen, dan moet je die gegevens ergens opslaan. Daar zijn verschillende mogelijkheden voor.

Je kunt een internet-dienst gebruiken. Ik hou daar niet van. Je bent afhankelijk, en je geeft je data uit handen.

Je kunt een service opzetten op je PC. Maar dan moet die PC wel 24 uur per dag aan staan. Dat wil je niet met zo’n energieslurper.

Wat overblijft is een mini-computer of een single board computer, een apparaat dat heel weinig energie verbruikt.

Ik wilde een Rasberry Pi 4B gebruiken. Die is al een flinke tijd voor me in bestelling. Nog steeds niet gearriveerd. Nergens leverbaar. De vraag is veel groter dan het aanbod. Gelukkig wist ik m’n hand te leggen op een Raspberry Pi Zero 2.

Een Raspberry met Ubuntu Server 64bits, en daar dan Mosquitto op draaien (een broker voor MQTT), InfluxDB (een time series database), Telegram (om gegevens vanuit Mosquitto in InfluxDB te krijgen), en Grafana (voor de weergave van data uit InfluxDB in grafieken die beter zijn dan de grafieken die InfluxDB zelf kan produceren).

Dit alles bleek niet mogelijk. Op een Pi 4B had het gekund, met 4 of 8 Gb geheugen, maar de Zero 2 heeft maar een half Gb. InfluxDB en co vreten geheugen. Deze set-up zal moeten wachten tot (als) m’n Pi 4B arriveert.

Ik heb nu een minimale set-up. Een server met Moquitto, en een klein programmaatje dat de gegevens die binnenkomen via Mosquitto opslaat in tekstbestanden. Als m’n PC aan staat, dan worden de gegevens regelmatig van de Pi naar de PC verplaatst, en daar ingevoerd in InfluxDB. Grafana draait ook op m’n PC zodat ik daar de grafieken kan bekijken, maar ook op m’n tablet, mits de PC aanstaat. Er zit wel een vertraging van 12 tot 22 minuten in tot de gegevens op deze manier beschikbaar zijn.

Actuele gegevens (de meest actuele waardes) zijn wel direct te zien op m’n PC (met mosquitto_sub) en op m’n tablet (met MQTT Dash, ook als de PC uit staat).

MQTT

MQTT is een prachtige techniek, een zeer eenvoudige standaard die breed wordt ondersteund, waarmee je makkelijk data-bronnen en data-gebruikers aan elkaar kunt koppelen. Alles gaat via een centraal punt, de broker, die bij mij op de Pi draait (Mosquitto). Bronnen sturen data daarheen zonder zich verder hoeven te bekommeren om waar de data uiteindelijk heen moet om gebruikt te worden. M’n Nano IoT uit project 08 stuurt de gegevens van de weersensor daarheen. M’n PC en m’n tablet sturen allebei gegevens over wanneer het scherm aan is, zodat ik inzicht krijg ik m’n schermgebruik (dat blijkt meer dan verstandig). En de Pi stuurt meetgegevens over zichzelf naar zichzelf, over geheugengebruik, temperatuur van de processor, etc.

Rapsberry Pi Zero 2: Set-up

Algemene instructies: How to install Ubuntu Server on your Raspberry Pi

Als besturingssysteem op de Pi Zero 2 gebruik ik Ubuntu Server. Ik gebruik de 64-bits versie zodat ik ook Go-programma’s kan draaien, die je trouwens gewoon op je PC kunt compileren, dankzij de cross-compileermogelijkheid van Go. (InfluxDB draait ook alleen onder 64 bits.) De Pi Zero 2 wordt (nog?) niet officieel ondersteund door Ubuntu, maar met een simpele truc kun je het er wel op installeren.

Onderstaande instructies heb ik van https://waldorf.waveform.org.uk/2021/the-pi-zero-2.html

• Flash a fresh Ubuntu Impish image to your choice of storage media (SD card, SSD, etc). Probably the easiest means of doing this is the Raspberry Pi Imaging utility (you’ll find Ubuntu under “Other general purpose OS”).
• Once complete, safely remove the medium and re-insert. The boot partition (and potentially the root partition if you’re on Linux) will auto-mount.
• Open the boot partition in your file-browser and find the bcm2710-rpi-3-b.dtb file. Make a copy of this file and rename it to bcm2710-rpi-zero-2.dtb. The trick here is simply that the Zero 2’s hardware is close enough to the 3B (minus the ethernet port, some RAM, and the DSI port) that the 3B’s device-tree works.
• You’re done! You can now boot the card on your new Zero 2. Once you’ve done that, go through the usual sudo apt update, sudo apt upgrade dance to get the “proper” device-tree installed.

Dit werkte, bijna goed. Ik kreeg een foutmelding bij apt upgrade.

Setting up linux-firmware (1.201.1) ...
update-initramfs: Generating /boot/initrd.img-5.13.0-1008-raspi
Killed
E: mkinitramfs failure zstd -q -19 -T0 137
update-initramfs: failed for /boot/initrd.img-5.13.0-1008-raspi with 1.
dpkg: error processing package linux-firmware (--configure):
 installed linux-firmware package post-installation script subprocess returned error exit status 1

Errors were encountered while processing:
 linux-firmware
needrestart is being skipped since dpkg has failed

Een oplossing voor dit probleem vond ik elders. In /etc/initramfs-tools/initramfs.conf moet je zstd vervangen door lz4. En dan:

sudo apt install lz4
sudo apt upgrade

Mosquitto

Mosquitto installeren is simpel:

sudo apt install mosquitto mosquitto-clients

Je moet dan nog wel de configuratie aanpassen om Mosquitto bereikbaar te maken voor andere apparaten in je lokale netwerk. Maak het bestand /etc/mosquitto/conf.d/local.conf met deze inhoud:

allow_anonymous true
listener 1883

Herstarten:

sudo systemctl restart mosquitto

Ik heb twee extra services aangemaakt (zie bronbestanden op github), mqtt-logger.service en mqtt-status.service. De eerste verzamelt data die binnenkomt in Mosquitto en slaat die op in tekstbestanden. De tweede stuurt statusinformatie over de Pi naar Mosquitto.