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Linux-Magazin 01/2015
© herjua, 123RF

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Eine erstaunliche USV für den Raspberry Pi

Ohne Spannung

Unter den unzähligen Einsatzmöglichkeiten eines Raspberry Pi finden sich durchaus auch solche, bei denen ein Stromausfall kritisch wäre. Deshalb gibt es für den kleinen ARM-Rechner sogar eine regelrechte unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV). Linux-Magazin-Autor Udo Seidel war elektrisiert.

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Im einfachsten Fall reicht ja eine Batterie oder ein Akkupack – eine richtige USV bietet aber noch viel weiter gehende Möglichkeiten, von denen dieser Artikel einige auslotet.

Erste Schritte

Der Start mit der schicken USV namens Upis für den Raspberry ist denkbar einfach. Der Lötkolben kann schon mal im Schrank bleiben. Die Upis besteht aus einem Board, das man über die GPIO-Pins des ARM-Zwergs [1] anschließt, und einem Lithium-Polymer-(Lipo-)Akkumulator. Im Lieferumfang ist ebenfalls ein Stückchen Spiegelklebeband, um den Akku auf der USV zu fixieren.

Sind Raspberry und Upis miteinander verbunden, passen sie leider nicht in die üblichen Gehäuse. Erstens ist das Gesamtkonstrukt höher als der ARM-Zwerg allein. Zweitens gibt es zusätzliche Anschlüsse und Schalter, die entsprechende Öffnungen brauchen (Abbildung 1). Wer kein Lego zur Hand hat, kann im Internet passende Gehäuse für die Huckepack-Konstruktion bestellen [2].

Abbildung 1: Die Upis bringt zusätzliche Anschlüsse und Schalter mit. Sie passt zwar sehr gut auf den Raspberry Pi, aber dann nicht mehr in die üblichen Gehäuse.

Übrigens gibt es zwei Varianten der USV: eine Basis-Version und eine Delux-Ausgabe [3]. Der Formfaktor ist nahezu identisch, allerdings hat Letztere einen größeren Akku, einen zweiten Spannungseingang und bietet mehr Funktionen. Aber selbst die Basis-Variante ist schon beeindruckend und bildet die Grundlage für diesen Artikel. Unterschiede beider Variationen kann man in (http://4, http://5) nachlesen. Einige wichtige Eigenschaften sind:

  • Automatisches Laden der Sicherungsbatterie
  • Programmierbares Herunterfahren des Rechners nach Stromausfall
  • I2C-Schnittstelle
  • Überwachbar durch externe Programme und Skripte (beispielsweise Nagios)
  • Temperatursensor
  • Serielle Schnittstelle

Die USV kann erst nach dem Starten des ARM-Rechners die Stromversorgung übernehmen. Sprich: Zum erfolgreichen Booten ist Strom aus der Steckdose nötig. Die Grundeinrichtung ist schnell erledigt. Einfach das USV-Board mit dem Lipo-Akku verbinden, dann gemäß Anleitung auf den Mini-Rechner stecken, Stromversorgung anschließen – und fertig. Die USV prüft ab sofort permanent, ob Spannung anliegt.

Vor den ersten Tests sollte die Batterie aufgeladen sein. Fällt die externe Stromversorgung aus, läuft der ARM-Zwerg rund zwei Stunden munter weiter. Ohne zusätzliche Maßnahmen bemerkt das Betriebssystem auf dem Raspberry den Wechsel auf Batteriestrom allerdings gar nicht. Der aktuelle Zustand der Upis lässt sich aber bequem über den I2C-Bus ([6], [7]) auslesen.

Vortasten

Als Erstes steht die Überprüfung und gegebenenfalls Aktualisierung der Firmware des Upis-Boards an. Bis Mitte September 2014 war dazu ein Windows-System erforderlich. Inzwischen ist die Aktualisierung direkt vom angeschlossenen ARM-Rechner aus möglich. Dafür ist jedoch etwas Handarbeit angesagt.

Die Kommunikation erfolgt über die serielle Schnittstelle der USV, die muss vom Raspberry aus erreichbar sein. Dazu setzt der Benutzer zwei Jumper des Upis um – Details erläutert das Anwenderhandbuch [4] unter, "Route Raspberry Pi RS232 to Upis Serial Port".

Vor dem eigentlichen Firmware-Upgrade sollte der Anwender die Einstellung testen und prüfen, ob die so genannten Upis-Terminalkommandos funktionieren (Listing 1). Damit das USV-Board die speziellen Terminalbefehle erkennt, beginnen sie mit einem »@-« Zeichen. Eine Beschreibung aller Kommandos findet sich im Benutzerhandbuch.

Listing 1

Terminalkommandos

01 $ minicom -b 38400 -o -D /dev/ttyAMA0
02
03 @version
04
05 www.pimodules.com
06 Upis Basic
07 Firmware Version:1.096 Beta Version
08 Hardware Release:VCO2
09
10
11 @status
12 ...
13 Powering Source:USB
14 Upis RTC Date:2014:10:26
15 Upis RTC Time:12:45:54
16
17 Average Powering Values
18 ----------------------
19 RPi Voltage:05.07 V
20 ...
21 Real Time Clock Correction Factor value is: 0x00
22 Analog Sensor Temperature:43 C 0109 F
23 ...

Der zweite vorbereitende Schritt ist das Umstöpseln der Spannungsquelle. Für das Firmware-Upgrade ist der Micro-USB-Anschluss des Raspberry zuständig. Hintergrund ist, dass die Installationsprozedur einen kompletten Reset des Upis-Boards vornimmt. Das würde dann auch die Stromversorgung des ARM-Rechners unterbrechen. Zum Schluss gilt es noch, das Python-Skript [8] und die zu ladende Firmware auf den Pi zu kopieren und eventuell die notwendigen Pakete »python-serial« und »python-smbus« zu installieren.

Das Firmware-Upgrade an sich ist dann recht unspektakulär. Zunächst setzt der Benutzer die USV in den so genannte Bootloader-Modus. Dazu muss er den Knopf »RST« drücken und halten, »SDWN« ebenfalls drücken und halten, »RST« loslassen, »SDWN« loslassen. Am Ende sollte die Status-LED auf der Upis rot leuchten. Nun kann der Benutzer das oben erwähnte Python-Skript starten (Abbildung 2, [9]).

Abbildung 2: Es empfiehlt sich, eine möglichst aktuelle Firmware zu installieren, um Fehler zu beheben und auch zusätzliche Funktionen freizuschalten.

Als dieser Artikel geschrieben wurde, war übrigens die Firmwareversion 1.096Beta aktuell. Diese ist allerdings nur über das Forum [8] erhältlich und nicht offiziell als stabil freigegeben. Im Briefkasten landen die Upis-Boards (immer noch) mit Version 1.00.

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