Заметки на память

Эта страница только для чтения. Вы можете посмотреть её исходный текст, но не можете его изменить. Сообщите администратору, если считаете, что это неправильно.
====== Мониторинг температуры Raspberry Pi + zabbix ======

===== Введение =====
Задача: мониторинг температуры в серверной и на улице, а также сохранение статистики и рисование графиков.

Для решения задачи нам понадобится:
  * [[http://amperka.ru/product/raspberry-pi-model-b|Raspberry pi]]
  * [[http://amperka.ru/product/temperature-sensor-ds18b20|Температурные датчики DS18B20]] (кол-во на одной шине ограничено 128 штуками, если не ошибаюсь)
  * [[http://amperka.ru/collection/display/product/text-lcd-20x4|Текстовый экран 20×4]] (опционально)
  * [[http://amperka.ru/collection/power-sources/product/usb-power-plug|Импульсный блок питания с USB-разъёмом (5 В, 1000 мА)]]
  * Резистор 4.7кОм
  * Развернутая система мониторинга [[https://www.zabbix.com|Zabbix]]
  * Какой-нибудь подходящий корпус для всего этого(я использовал обыкновенную пластиковую [[http://shop.avselectro.ru/catalog/__207RVOR/__1YJAVOR.html|электрическую распаячную коробку]])


===== Подготовка Raspberry Pi =====
Для начала нужно установить ОС на флеш-карту, для этого используется [[https://downloads.raspberrypi.org/imager/imager_latest.exe|Raspberry Pi Imager]]. 
После того, как система установлена и загружается нужно ее подготовить для работы. Во-первых, настраивает локальную сеть, дату, время, часовой пояс и т.д. 

Во-вторых, нужно включить нужные интерфейсы, раньше это делалось добавлением модулей в файл /etc/modules, теперь это можно сделать утилитой raspi-config(встроена в систему) Interfacing Options -> 1-Wire и Interfacing Options -> I2C
По сути дела эта утилита просто добавляет нужные параметры в файл /boot/config.txt нужные параметры, например для 1-wire она добавит в конец dtoverlay=w1-gpio, т.е. это можно сделать и вручную.
===== Подключение датчиков и дисплея =====
Для подключения температурных датчиков нам понадобится трехжильный кабель(или более), отлично подойдет четырехжильная витая пара. У датчика три пина: земля, пин по которому передаются данные и плюс питания:

{{ :ds18b20-symbol.png?direct&100 |}}

Датчики подключаются парралельно на один кабель. Протягиваем кабель от места установки Raspberry через те места, где мы хотим повесить датчики. После чего в конце линии вешаем датчик, подключив его к трем жилам кабеля(запоминаем цвета жил к каким подключили пины датчика) и соответственно по ходу линии делаем любое кол-во разрезов и врезаем туда датчики на те же цвета(не перепутать, а то можно спалить датчики). Также в любом месте между пином данных и пином +3,3в надо поставить один резистор 4.7кОм, я установил его в корпусе, но можно в любом месте на линии, где удобно. Наглядная сехма подключения датчика на макетной плате(для тестов) ниже:

{{ :ds18b20-temperature-sensor_bb.png?direct&300 |}}

Итак, датчик(и) подключен(ы), вышеуказанные модули ядра загружены, после этого в каталоге /sys/bus/w1/devices/ должен появиться список ваших датчиков, у каждого свой аппаратный номер:

  # ls -1 /sys/bus/w1/devices
  28-0000045ef9b4
  28-0000045f1c62
  28-0000046022cb
  w1_bus_master1
  
В моем случае 3 датчика, пробуем теперь считать показания(заниает 1 секунду):

  # cat /sys/bus/w1/devices/28-0000045ef9b4/w1_slave
  a6 00 4b 46 7f ff 0a 10 cb : crc=cb YES
  a6 00 4b 46 7f ff 0a 10 cb t=10375

Вот в таком виде датчик дает показания, чтобы получить температуру в градусах нужно разделить на 1000:
  
  10375 / 1000 = 10.375 С
  
Также с датчиками можно работать с помощью библиотеки w1thermsensor для python, устанавливаем:

  pip3 install w1thermsensor
  
Пример кода:

  from w1thermsensor import W1ThermSensor
  
  # Все сенсоры
  for sensor in W1ThermSensor.get_available_sensors():
  print(f"Сенсон ID {sensor.id} температура {sensor.get_temperature():.2f}")
  
  # Определенный сенсор
  sensor = W1ThermSensor(sensor_id="0000046022cb")
  print(f"Температура  {sensor.get_temperature():.2f}")

Если все работает, переходим к подлючению дисплея. Схема подключения пинов дисплея к пинам GPIO показаны ниже(4х битный режим):

{{ :gpio1.png?direct&300 |}}

Если дисплей подключен правильно, то уже должна загореться подсветка. Далее нужно установить в системе библиотеку [[http://wiringpi.com/download-and-install/|Wiring Pi]] для Си, которая позволит нам работать с дисплеем. Установка очень простая, распаковываем архив и запускаем скрипт build:

  # tar xfz wiringPi-98bcb20.tar.gz
  # cd wiringPi-98bcb20
  # ./build

Установка завершена, проверим:

  # gpio -v
  # gpio readall
  
Теперь проверим работоспособность дисплея, скомпилируем и запустим эту программу(источник указан в списке литературы), которая выведет сообщение на экран:

  #include <stdio.h>  //стандартная библиотека ввода-вывода
  #include <wiringPi.h>  //библиотека из пакета wiringPi
  #include <lcd.h>  //библиотека из пакета wiringPi
  
  int main (void)
  {
   printf ("Raspberry Pi LCD test\n") ;
   //Инициализация порта GPIO
   if(wiringPiSetup ()==-1)
   {
    printf ("GPIO Setup failed!\n") ;
   }
   
   int fd;
   printf ("Start LCD initialization...\n") ;
   //Инициализация LCD
   fd = lcdInit (4,20,4, 11,10, 1,0,2,3,0,0,0,0);
   
   if(fd==-1)
   {
    printf ("Initialization failed\n") ;
   }
   else
   {
    printf ("GO!\n");
   
    //Очистка дислпея
    lcdClear(fd);
     
    //Перевод каретки на первую позицию первой строки
    lcdPosition (fd,0,0);
     
    //Вывод форматированного текста
    lcdPrintf(fd, "Hello Pi");
   
    //Перевод каретки на вторую строку и вывод текста
    lcdPosition (fd,0,1);
    lcdPrintf(fd, " World!");
   
    //Перевод каретки на третью строку и вывод текста
    lcdPosition (fd,0,2);
    lcdPrintf(fd, "25-01-2014");
   
    //Перевод каретки на четвертую строку и вывод текста
    lcdPosition (fd,0,3);
    lcdPrintf(fd, "Happy New Year))))");
   }
   return 0;
  }
  
Компилируем и запускаем:

  # gcc -Wall -o test test.c -lwiringPi -lwiringPiDev
  # ./test  
  
В результате чего на экране должна появится надпись. Если так и произошло, значит дисплей подключен верно и все необходимые библиотеки в системе присутствуют.


===== Снятие показаний =====

Если бы я использовал показания термодатчиков только для zabbix, то можно было бы снимать их непосредственно zabbix-агентом, но я еще захотел выводить эти показания на дисплей, соответственно, чтобы не было две программы, которые одновременно пытаются считать показания, я сделал скрипт, который через cron каждую минуту опрашивает датчики и сохраняет их показания, после чего эти данные также раз в минуту выводятся на дисплей и считываются zabbix-агентом. Так как в качестве устройства хранения данных используется флеш-карта, то было бы крайне не желательно писать на нее каждую минуту, пусть и небольшие кусочки данных, думаю, долго она не выдержала бы. Поэтому для этих целей в системе был создан ram-диск размером 10МБ и уже на него будут сохранятся показания датчиков.

Итак, создаем каталог /mnt/tmpfs и в /etc/fstab прописываем стоку:

  tmpfs   /mnt/tmpfs         tmpfs   nodev,nosuid,size=10M          0  0

Теперь после перезагрузки у нас появится небольшая файловая система в оперативной памяти.

И наконец создадим скрипт /opt/scripts/gen_temp.sh(у меня три датчика):

  #!/bin/bash
  
  cat /sys/bus/w1/devices/28-0000045ef9b4/w1_slave | grep t= | head -1 | awk '{print substr($10,3)/1000; }' > /mnt/tmpfs/0000045ef9b4
  
  cat /sys/bus/w1/devices/28-0000046022cb/w1_slave | grep t= | head -1 | awk '{print substr($10,3)/1000; }' > /mnt/tmpfs/0000046022cb
  
  cat /sys/bus/w1/devices/28-0000045f1c62/w1_slave | grep t= | head -1 | awk '{print substr($10,3)/1000; }' > /mnt/tmpfs/0000045f1c62

В результате выполнения которого в каталоге /mnt/tmpfs появятся файлы с показаниями датчиков в формате float.

<note important>В скрипте нужно заменить ID моих датчиков на ваши (28-0000045ef9b4 и т.д.)</note>

Осталось добавить строку в /etc/crontab и перезапустить cron:

  * *     * * *   root    /opt/scripts/gen_temp.sh
  # /etc/init.d/cron restart

На данном этапе у нас показания датчиков считываются каждую минуту и сохраняются в файл. Теперь надо написать программу, которая будет считывать эти файлы и выводить показания на экран. Вот пример моей программы с тремя датчиками display.c:

  #define _GNU_SOURCE
  #include <stdio.h>
  #include <stdlib.h>
  #include <wiringPi.h>
  #include <lcd.h>
  #include <unistd.h>
  
  int main (void)
  {
   FILE * fp;
   char * line = NULL;
   size_t len = 0;
   char display[81];
   float temp_s1;
   float temp_s2;
   float temp_out;
  
   printf ("Raspberry Pi LCD test\n") ;
   //Инициализация порта GPIO
   if(wiringPiSetup ()==-1)
   {
    printf ("GPIO Setup failed!\n") ;
   }
  
   int fd;
   printf ("Start LCD initialization...\n") ;
   //Инициализация LCD
   fd = lcdInit (4,20,4, 11,10, 1,0,2,3,0,0,0,0);
  
   if(fd==-1)
   {
    printf ("Initialization failed\n") ;
   }
   else
   {
    printf ("GO!\n");
  
    //Чтение температуры
    fp = fopen("/mnt/tmpfs/0000046022cb", "r");
    if (fp == NULL)
        exit(EXIT_FAILURE);
    getline(&line, &len, fp);
    temp_s1 = strtof(line, NULL);
    close(fd);
  
    fp = fopen("/mnt/tmpfs/0000045ef9b4", "r");
    if (fp == NULL)
        exit(EXIT_FAILURE);
    getline(&line, &len, fp);
    temp_s2 = strtof(line, NULL);
    close(fd);
  
    fp = fopen("/mnt/tmpfs/0000045f1c62", "r");
    if (fp == NULL)
        exit(EXIT_FAILURE);
    getline(&line, &len, fp);
    temp_out = strtof(line, NULL);
    close(fd);
  
    //Очистка дислпея
    lcdClear(fd);
  
    //Перевод каретки на первую позицию первой строки
    lcdPosition (fd,0,0);
  
    //Формируем строку
    sprintf(display, "Pe\xBD\xE3""ep\xBD""a\xC7 \xE0""1: %06.2fPe\xBD\xE3""ep\xBD""a\xC7 \xE0""2: %06.2f\xA9\xBB\xB8\xE5""a       : %06.2f                    ", temp_s1, temp_s2, temp_out);
  
    lcdPrintf(fd, display);
  }
   return 0;
  }
  
Эта программа инициализирует дисплей, очищает его, считывает показания датчиков из файлов, формирует строку длиной 80 символов(дисплей выводит по 20 символов на строке) и выводит ее на дисплей.

Скомпилируем ее и запустим:

  # gcc -Wall -o display display.c -lwiringPi -lwiringPiDev
  # ./display

В результате чего на дисплее появятся показания с трех датчиков(в моем случае).

<note>По поводу кирилицы: нельзя просто так взять и написать на русском языке, из-за кодировок дисплей выведет полную ерунду. Чтобы выводить русские символы нужно писать их в hex-формате, т.е. например \xFF. Таблицу самих же символов и их коды можно поглядеть в официальной [[http://files.amperka.ru/datasheets/MT-16S2H.pdf|документации]] к дисплею на странице 8 или на рисунке ниже. Если вы хотите смешивать латиницу и кирилицу(как сделал я), то после кода кирилического символа нужно добавить две кавычки "" и дальше любое кол-во латинских букв или цифр

{{ :hex_codes_display.png?direct&300 |}}
</note>



Если все отработало корректно, то осталось добавить скомпилированную програму для автовыполнения в скрипт /opt/scripts/gen_temp.sh (в конец):

  /opt/scripts/display
  

===== Zabbix-агент =====

К этому моменту у нас уже показания с датчиков снимаются, на дисплей выводятся, осталось настроить zabbix. Подходящих бинарников для Raspberry Pi нет, поэтому придется собрать из исходников. Качаем [[http://sourceforge.net/projects/zabbix/files/ZABBIX%20Latest%20Stable/2.2.1/zabbix-2.2.1.tar.gz/download|сорцы]], распаковываем, компилируем и устанавливаем:

  # ./configure --prefix=/usr/local/zabbix_agent --enable-agent
  # make install
  # useradd zabbix
  # mkdir /var/run/zabbix
  # mkdir /var/log/zabbix
  # chown zabbix /var/run/zabbix
  # chown zabbix /var/log/zabbix  
  
Если все прошло успешно, редактируем конфигурационный файл /usr/local/zabbix_agent/etc/zabbix_agentd.conf и приводим его к такому виду:

  PidFile=/var/run/zabbix/zabbix_agentd.pid
  LogFile=/var/log/zabbix/zabbix_agentd.log
  LogFileSize=5
  DebugLevel=0
  Server=address.of.zabbix.server
  
  ListenIP=X.X.X.X
  Hostname=rfarm-raspberrypi
  
  ServerActive=address.of.zabbix.server
  HostnameItem=system.hostname
  
  Timeout=10
  
  UserParameter=custom.temp.rfarm.sensor1,/bin/cat /mnt/tmpfs/0000046022cb
  UserParameter=custom.temp.rfarm.sensor2,/bin/cat /mnt/tmpfs/0000045ef9b4
  UserParameter=custom.temp.outside.sensor1,/bin/cat /mnt/tmpfs/0000045f1c62
  
Тут главное указать адрес вашего zabbix-сервера в параметрах Server и ServerActive, IP-адрес на котором агент будет ждать подключения ListenIP и задать имя агента Hostname. И самое главное - задать параметры пользователя UserParameter с помощью которых агент будет считывать показания.

Теперь протестируем наши параметры, что они корректно считываются:

  # /usr/local/zabbix_agent/sbin/zabbix_agentd -t custom.temp.rfarm.sensor1
  custom.temp.rfarm.sensor1                     [t|17.812]
  
  # /usr/local/zabbix_agent/sbin/zabbix_agentd -t custom.temp.rfarm.sensor2
  custom.temp.rfarm.sensor2                     [t|11.812]
  
  # /usr/local/zabbix_agent/sbin/zabbix_agentd -t custom.temp.outside.sensor1
  custom.temp.outside.sensor1                   [t|-5.125]

Все нормально, осталось добавить агента в автозагрузку, проще всего добавить в /etc/rc.local такую строку:

  /usr/local/zabbix_agent/sbin/zabbix_agentd -c /usr/local/zabbix_agent/etc/zabbix_agentd.conf
  

===== Zabbix-сервер =====

Ну и осталось создать хост и прописать для него итемы и графики в веб-интерфейсе.

Создаем хост(наш raspberry pi):
{{ :create_host1.png?direct&300 |}}


По желанию добавляем ему шаблон "zabbix-агент", чтобы отслеживать состояние хоста:
{{ :create_host2.png?direct&300 |}}


На каждый датчик создаем свой item(элемент, который будет коллекционировать данные), для каждого датчика у нас заранее на стороне zabbix-агента прописаны наши собственные параметры, ниже пример создания итема:
{{ :create_item1.png?direct&300 |}}


В итоге у меня получилось три итема, по одному на каждый датчик:
{{ :items.png?direct&300 |}}


И в конце создаем любое кол-во графиков, какое нужно, хоть по отельному на каждый итем, хоть один для всех сразу. На примере ниже создается один график, на котором будут рисоваться показания всех датчиков:
{{ :graph.png?direct&300 |}}


На этом все.


===== Заключение =====

В итоге получили прибор, который в режиме реального времени выводит информацию по температуре с датчиков на дисплей, а также коллекционируется статистика по температуре и строятся графики с помощью zabbix. Ниже можно поглядеть как это выглядит в жизне.

{{:temp_mon1.jpg?direct&300|}} {{:temp_mon2.jpg?direct&300|}} {{:temp_mon3.jpg?direct&300|}} {{:temp_mon4.png?direct&300|}}


===== Список использованной литературы =====

  - [[http://files.amperka.ru/datasheets/MT-16S2H.pdf|Даташит на дисплей]]
  - [[http://shabpoint.blogspot.ru/2013/09/lcd-raspberry-pi.html|Подключение LCD дисплея к Raspberry Pi]]
  - [[http://wiki.amperka.ru/схемы-подключения:подключение-текстового-экрана|Подключение текстового экрана к Arduino]]
  - [[http://wiringpi.com/download-and-install/|GPIO Interface library for the Raspberry Pi]]
  - [[http://www.raspberrypi-spy.co.uk/2013/03/raspberry-pi-1-wire-digital-thermometer-sensor/|Raspberry Pi 1- Wire Digital Thermometer Sensor]]
  - [[http://habrahabr.ru/post/204478/|Мониторинг температуры гермозоны с помощью 1-wire датчиков и Zabbix 2]]
  - [[https://www.zabbix.com/wiki/howto/install/ubuntu/ubuntuinstall|Installing Zabbix on Ubuntu from source files]]
  - [[http://forum.cxem.net/index.php?showtopic=114312&#entry1361054|Faq Raspberry Pi - Миникомпьютер С Linux За 25$/35$]]