Содержание
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:
- Температурные датчики DS18B20 (кол-во на одной шине ограничено 128 штуками, если не ошибаюсь)
- Текстовый экран 20×4 (опционально)
- Резистор 4.7кОм
- Развернутая система мониторинга Zabbix
- Какой-нибудь подходящий корпус для всего этого(я использовал обыкновенную пластиковую электрическую распаячную коробку)
Подготовка Raspberry Pi
Для начала нужно установить ОС на флеш-карту, для этого используется 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:
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:
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):
Если дисплей подключен правильно, то уже должна загореться подсветка. Далее нужно установить в системе библиотеку 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.
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).
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 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):
По желанию добавляем ему шаблон «zabbix-агент», чтобы отслеживать состояние хоста:
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:
В итоге у меня получилось три итема, по одному на каждый датчик:
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:
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.
