HM-MOD-RPI-PCB HomeMatic Funkmodul für Raspberry Pi

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HM-MOD-RPI-PCB HomeMatic Funkmodul für Raspberry Pi
HomeMatic Funkmodul für Raspberry Pi
Allgemein
Protokoll HomeMatic
Typ Gateway
Kategorie HomeMatic
Technische Details
Kommunikation 868,3/869,525 MHz
Kanäle n/a
Betriebsspannung 1,8–3,6 V DC
Leistungsaufnahme 50 mA max.
Versorgung RasPi
Abmessungen 19x41x14mm
Sonstiges
Modulname HMUARTLGW
Hersteller ELV / eQ-3


Das HM-MOD-RPI-PCB HomeMatic Funkmodul für Raspberry Pi ist eine Platine, die auf die GPIO-Schnittstelle des Raspberry Pi aufgesteckt werden und damit als Interface zu HomeMatic Geräten dienen kann.

Aufbau, Einsatz und grundsätzliche Funktionsweise

Das Modul besteht aus zwei Teilplatinen, die von eQ-3 über den Internetshop von ELV (als Bausatz ab etwa 20€, fertig montiert ab etwa 30€) verkauft werden.

Das eigentliche Funkmodul wird mit HM-MOD-RPI-UART bezeichnet (und trägt den Aufdruck UART, im obigen Bild hinten teilweise verdeckt und mit der umrandeten 7 versehen), sie hat fünf einpolige Buchsen mit dem Rastermaß 2mm. Die Zusatzplatine zum Anschluss an die GPIO wird mit TRX1 bezeichnet (im obigen Bild vorn sichtbar mit dem Aufdruck HM-MOD-RPI-PCB), sie hat zwei sechspolige Buchsen mit dem Rastermaß 2,54mm. Die Zusatzplatine enthält im Wesentlichen Stützkondensatoren und erlaubt einen direkten Anschluss an die GPIO eines Raspberry Pi.

Es ist bekannt, dass die Homematic-Geräte nur sehr unzuverlässig von CUL und vergleichbaren Funkmodulen angesprochen werden können, da das Timing hier kritisch ist. Dieses Funkmodul wurde deshalb extra für den Einsatz mit Homematic entwickelt.

Mit dieser Platine (sowie dem dazugehörigen Modul HMUARTLGW) ist nur der Betrieb von BidCoS-Geräten möglich. Zur Einbindung von Geräten, die HM-IP verwenden, ist derzeit (Stand Juni 2018) noch zwingend eine (ggf. virtualisierte) CCU2 oder neuer erforderlich.

Das Funkmodul stellt auf dem 868MHz-Frequenzband eine Verbindung zu Homematic-Geräten her. Das Modul wird über die serielle Schnittstelle an ein Gerät gekoppelt, dass diese serielle Schnittstelle auswerten und die Information dann weiterverarbeiten kann. Hier kommen beispielsweise in Frage: Raspberry Pi, WeMos mini, ESP8266-Module, USB-serielle Adapter. Bereits das UART-Funkmodul erlaubt eine serielle Anbindung (die entsprechenden Schnittstellen Tx und Rx sind vorhanden, sie basieren auf 3,3V), es kann aber auch die zusätzliche TRX1-Platine seriell verbunden werden. Des weiteren gibt es im Forum einen (Thread), in dem PeMue eine eigene Platinenversion (Schaltplan, Stückliste und vieles mehr) vorstellt.


Anbindung der seriellen Schnittstelle

Raspberry Pi mit dem -PCB-Modul

Hier gibt es mindestens zwei Möglichkeiten. Am einfachsten ist es sicherlich, das kombinierte PCB-Modul (also beide Platinen UART und TRX1 durch eine Pfostenleiste miteinander verlötet) direkt auf die GPIO des Raspberry Pi aufzustecken. Hier muss allerdings zuvor die serielle Schnittstelle des RPi freigeschaltet werden. Im nachfolgenden wird beschrieben, wie das geschehen kann.

Vorbereitung serielle Schnittstelle unter Jessie / Stretch

Diese Beschreibung gilt für Jessie Version 27.05.2016. Die Grundlagen findet man hier: Raspberry Pi 3: GPIO-Port Module und Bluetooth

Die Datei /boot/config.txt um diese Zeile ergänzen 

enable_uart=1

Beim PI 3 zusätzlich diese Zeilen ergänzen, bitte entweder core_freq oder force_turbo setzen. 

dtoverlay=pi3-miniuart-bt
core_freq=250
#Alternativ kann auch dieser Eintrag gesetzt werden
force_turbo=1

In der Datei /boot/cmdline.txt diesen Eintrag löschen: 

console=serial0,115200

Den Dienst serial-getty in der System Kommandozeile mit folgendem Befehl deaktivieren 

systemctl disable serial-getty@ttyAMA0.service


Der Benutzer fhem muss Mitglied in der Gruppe dialout sein! Bitte kontrollieren. 

groups fhem

Das System unbedingt neu starten!

Vorbereitung serielle Schnittstelle unter Wheezy

Diese Beschreibung gilt für Wheezy Version Stand 26.07.2016.

Die Datei /boot/config.txt um diese Zeile ergänzen 

enable_uart=1

In der Datei /boot/cmdline.txt diesen Eintrag löschen: 

console=ttyAMA0,115200

Die Datei sollte dann den folgenden Inhalt aufweisen: 

dwc_otg.lpm_enable=0 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline rootwait

Den Dienst serial-getty deaktivieren

in der Datei /etc/inittab wie folgt die Zeile (ziemlich am Ende) mit einer # auskommentieren 

# T0:23:respawn:/sbin/getty -L ttyAMA0 115200 vt100

Mit folgendem Befehlen überprüfen, dass kein getty auf der Schnittstelle läuft 

ps -A |grep getty
cat /etc/inittab
Info green.pngTipp: Sollte der HM-MOD-RPI-PCB nach der Einrichtung immer wieder den Status zwischen init und disconnect wechseln, alle aufgeführten Punkte erneut kontrollieren! reboot nicht vergessen! In ganz hartnäckigen Fällen von der Stromversorgung trennen!


Der Benutzer fhem muss Mitglied in der Gruppe dialout sein! Bitte prüfen: 

groups fhem

Das System unbedingt neu starten!

Kontrolle

Berechtigungen der Schnittstelle kontrollieren 

ls -l /dev/ttyAMA0

liefert die Ausgabe unter Jessie / Stretch 

crw-rw---- 1 root dialout 204, 64 Jul 27 23:39 /dev/ttyAMA0

bzw. unter wheezy 

crw-rw---T 1 root dialout 204, 64 Aug  9 18:07 /dev/ttyAMA0

Nur unter Jessie und auf einem Pi3

Bitte kontrollieren, dass serial1 auf ttyS0 verlinkt ist. Andernfalls muss die Datei /lib/systemd/system/hciuart.service angepasst werden. Dort müsste ttyAMA0 durch ttyS0 ersetzt werden. Dies ist aber seit jessie Version Herbst 2016 nicht mehr nötig. 

ls -l /dev/serial1
lrwxrwxrwx 1 root root 5 Jan 11 20:00 /dev/serial1 -> ttyS0

Bei Stretch wird serial0 auf ttyS0 verlinkt: 

ls -l /dev/serial0
lrwxrwxrwx 1 root root 7 Okt 26 12:39 /dev/serial0 -> ttyAMA0


Raspberry Pi mit dem -UART-Modul

Verkabelung beim HM-MOD-UART

Will man das TRX1-Modul nicht verwenden, so kann man auch das UART-Modul direkt mit Rx/Tx des Raspberry Pi verbinden. Hier sollten allerdings Stützkondensatoren an die Stromversorgung des UART angebracht werden, da Spannungsschwankungen sonst zu schwer interpretierbaren Fehlern führen können. Die Anschlüsse sind dem nachstehenden Bild zu entnehmen, allerdings ist hier nicht die UART-Platine, sondern das TRX1-Gegenstück zu sehen!

Da die serielle Schnittstelle des Raspberry Pi auf 5V basiert, das UART-Modul aber mit 3,3V arbeitet, muss unbedingt ein Spannungsteiler angebracht werden. Anderenfalls wird das UART-Modul durchbrennen. [Stimmt das? Fragt andies.]


Anbindung mit USB-Adapter

X mark.svgBitte beachten: Es sind immer wieder Exemplare mit CP2102 im Umlauf, die mehr als 3.3V Spannung liefern! Vor dem Verbinden mit dem HM-Modul sollte daher geprüft werden, ob der interne Spannungswandler ordnungsgemäß funktioniert und wirklich nur 3.3V liefert. Bei den blauen Micro-Modulen kann man den Fehler nach dieser Anleitung beheben: Beitrag von PBudmark vom 08.07.2017.
Mod zur Herstellung der korrekten Spannung

Das UART-Modul kann ebenfalls mit einem USB-Adapter an ein USB-fähiges Gerät angeschlossen werden. Allerdings ist hier wieder auf den Spannnungspegel zu achten, unbedingt einen USB-Adapter mit 3,3 Volt Pegel nehmen! Grundsätzlich bewährt haben sich z.B. Modelle mit einem CP2102, der auch ausreichend Stromreserven zum Betrieb des Moduls bietet. Dabei ist die serielle Schnittstelle wie üblich zu kreuzen, also

Verschaltung 

 3,3  -> 3,3
 gnd  -> gnd
 RX   -> TX
 TX   -> RX


Anbindung mit ESP8266

Es kann ein beliebiger ESP8266 verwendet werden. Beim ESP8266 gibt es zwei verschiedene Firmware-Möglichkeiten: ESPLink oder ESPEasy. Ebenso sind zwei verschiedene Schnittstellen möglich: Entweder direkt die serielle Schnittstelle (da die ESP auf 3,3V laufen, sind keine Spannungsteiler erforderlich, Verschaltung siehe oben) oder aber durch eine swapped Schnittstelle, bei der auf die digitalen Pins D7/D8 zurückgegriffen wird (siehe unten). Die letztere Verschaltung erfordert aber eine entsprechende Implementation der Schnittstelle in der Firmware selbst (serieller Server genannt), die beispielsweise bei ESPEasy nicht gegeben ist oder selbst kompiliert werden muss.

Verschaltung 

 (UART) -> (Wemos)
  3,3   -> 3,3
  Gnd   -> Gnd
  RX    -> D8
  TX    -> D7

Es gibt eine ausführliche Erläuterung für die Software unter [1].

Verwendet man ESP-Link, so muss neben der WLAN Konfiguration nur das Pin Assignment konfiguriert werden. Alle Pins auf disabled und UART pins auf swapped stellen.

Im Forum gibt es mehr Informationen zu diesen Adaptern, zum Beispiel "(amunra)-Platine für HM-MOD-UART-RPI..." oder "3. Sammelbestellung - Homematic WLAN Gateway".


Definition in FHEM

Je nach physischem Anschluss erfolgt eine Anbindung in FHEM in unterschiedlicher Weise. Wurde ein USB-Adapter auf dem FHEM-Gerät selbst verwendet, definiert man das Gerät in FHEM wie folgt 

 define USB_HmUART HMUARTLGW /dev/ttyUSB0

Wurde dagegen das Gerät über WLAN oder LAN durch das UART-Modul angebunden, erfolgt die Einbindung in FHEM durch 

 define WLAN_HmUART HMUARTLGW uart://<IP-Adresse>:23

Remoteanbindung - Pi + RPI Modul = LAN Modul

Installation auf Remote Instanz 

sudo apt-get install socat

Auf diesem Pi, also wo das Modul steckt: 

sudo socat TCP4-LISTEN:2000,fork,reuseaddr /dev/ttyAMA0,raw,echo=0,b115200

Auf einen Debian Jessie mit systemd legt man am besten folgende Datei an: /etc/systemd/system/hmlangw.service 

[Install]
WantedBy=multi-user.target
Type=forking
  
[Service]
ExecStart=/usr/bin/socat TCP4-LISTEN:2000,fork,reuseaddr /dev/ttyAMA0,raw,echo=0,b115200
User=root
Restart=always
RestartSec=10

Dann kann mit 

sudo systemctl enable hmlangw

der Service zum Autostart konfiguriert werden. Auf dem Modul wo FHEM läuft und das Modul Remote angeschlossen werden soll: 

define RM_HmUART_EG HMUARTLGW uart://<IP-Adresse>:2000
attr RM_HmUART hmId xxxxxx

Es handelt sich nicht um sharing der seriellen Schnittstelle und damit "verfügbar machen" des Moduls "all over the World"! Es handelt sich um ein exklusives "Kabel" von Pi zu Pi zur Schnittstelle zum RPI Modul.

Lokaler Pi: FHEM -> uart://IP:Port -> Netzwerk -> socat listener -> socat serial -> RPI Modul auf Remote Pi Remote Pi: RPI Modul -> serial -> socat -> Netzwerk -> uart://IP:Port -> FHEM auf lokalem Pi


Verschiedenes

Info green.pngNeben der hier beschriebenen Option das HM-MOD-RPI-PCB zu verwenden, besteht auch die Möglichkeit, damit auf demselben Raspberry eine virtuelle CCU zu betreiben, welche dann mit HMCCU eingebunden werden kann. Hierfür stehen mehrere Virtualisierungsvarianten zur Verfügung; eine kurze Darstellung, wie das mittels YAHM funktioniert, ist in diesem Beitrag zu finden.

Juni 2016: Beginn der Entwicklung eines FHEM-Moduls (HMUARTLGW) für dieses Interface, beschrieben im Forum unter dem Titel Modul für HomeMatic UART-Modul (RPi) und HomeMatic LAN Gateway. Dieses Modul unterstützt gleichzeitig auch das "neue" Funk-LAN Gateway HM-LGW-O-TW-W-EU.

Juli 2016: HMUARTLGW wird über FHEM update verteilt, damit ist dieses Funkmodul offiziell unterstützt.


Logbeispiel

Typischerweise meldet sich das Modul beim Start so: 

  2016.10.06 17:11:16 3: Opening myHmUART device /dev/ttyAMA0
  2016.10.06 17:11:16 3: Setting myHmUART serial parameters to 115200,8,N,1
  2016.10.06 17:11:16 3: myHmUART device opened
  2016.10.06 17:11:17 3: HMUARTLGW myHmUART currently running Co_CPU_BL
  2016.10.06 17:11:17 3: HMUARTLGW myHmUART currently running Co_CPU_App

Verwendung AES in FHEM

Das Modul beherrscht AES. Für weitere Informationen gibt es einen separaten Wiki Eintrag AES Encryption


Firmware Update des UART-Moduls

Die Module werden mit einer Firmware 1.2.1 ausgeliefert. Dies Firmware ist nicht für einen stabilen Betrieb geeignet, die Firmware 1.4.1 ist die minimal lauffähige Version.

Die ersten zwei Schritte werden in der Kommandozeile auf Betriebssystemebene ausgeführt, also im "Terminal". Punkt 3 ist bis auf die Pfadeingabe in der FHEM Web Oberfläche auswählbar.

1. Firmware herunterladen 

# Version 1.4.1
wget https://raw.githubusercontent.com/eq-3/occu/28045df83480122f90ab92f7c6e625f9bf3b61aa/firmware/HM-MOD-UART/coprocessor_update.eq3
# Alternativ die aktuellste
wget https://raw.githubusercontent.com/eq-3/occu/HEAD/firmware/HM-MOD-UART/coprocessor_update.eq3

2. Kopieren an einen Ort wo FHEM Zugriff hat, am Besten nach /opt/fhem/FHEM/firmware 

sudo cp coprocessor_update.eq3 /opt/fhem/FHEM/firmware/

3. Flashen der neuen Firmware aus FHEM 

set myHmUART updateCoPro /opt/fhem/FHEM/firmware/coprocessor_update.eq3

Firmware Update des UART-Moduls ohne FHEM

Sollte das Update über FHEM nicht funktionieren oder FHEM nicht verfügbar sein, kann die Firmware auch wie folgt eingespielt werden (Quelle: Ottos Technik Blog) 

 sudo su
 apt-get update && apt-get -y install libusb-1.0-0-dev build-essential git
 systemctl stop fhem
 git clone git://git.zerfleddert.de/hmcfgusb
 cd hmcfgusb/
 make
 # Firmware runterladen
 wget https://raw.githubusercontent.com/eq-3/occu/ee68faf77e42ed5e3641790b43a710a3301cea7e/firmware/HM-MOD-UART/coprocessor_update.eq3
 # eigentliches flashen:
 ./flash-hmmoduart -U /dev/ttyAMA0 coprocessor_update.eq3

Bekannte Probleme

Sollten beim Flashen der Firmware hartnäckige Probleme auftreten (kein Erfolg aber auch gar keine Fehlermeldungen) ist das Modul vom Strom zu trennen, ein Neustart des Pi reicht nicht!

Ein Beitrag aus dem genannten Forenthread: Das Ding ist anscheinend wirklich einfach das Funkmodul aus der CCU2 (wird zumindest in der eQ-3 SW als CCU2 angesprochen) und spricht ein für FHEM vollkommen neues Protokoll.

Links

Abgerufen von „http://wiki.fhem.de/w/index.php?title=HM-MOD-RPI-PCB_HomeMatic_Funkmodul_für_Raspberry_Pi&oldid=26934“