Die Wetterstation auf Basis des Raspberry Pi benötigt ein robustes Grundsystem, damit sie Stromunterbrechungen schadlos übersteht. Dazu gehört insbesondere eine Reduktion der Schreibzugriffe auf die SD-Karte und die Nutzung einer Ram-Disk.

Der Aufbau der „Wetterstation in sechs Missionen“ ist ein Bestandteil der Raspberry-Pi-Schülerworkshops des Fachbereichs Wirtschaftswissenschaften der Hochschule Niederrhein.

Bisher erschienene Artikel zur Raspilab Wetterstation

1. Raspilab Wetterstation Grundsystem aufsetzen
2. RaspiLab Wetterstation Zugriffe auf SD-Karte minimieren und Lebensdauer erhöhen
3. RaspiLab Wetterstation sechste Mission Druck messen mit dem BMP280

Raspbian Lite als Betriebssystem

Die erste Frage ist die Wahl des Betriebssystems. Obgleich für einfache Messaufgaben überdimensioniert, fällt die Wahl auf das Standard Raspbian. Hierzu finden sich die meisten Anleitungen im Netz. Die Wetterstation soll headles laufen, somit wird keine grafische Benutzungsoberfläche benötigt, en genügt Raspbian Lite in der neuesten Version.

Raspbian Lite herunterladen und entpacken

Die aktuelle Version erhalten Sie unter https://www.raspberrypi.org/downloads/ . Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Beitrages war das Release Date 2019-04-08. Wählen Sie „Raspbian Stretch Lite
Minimal image based on Debian Stretch“, Download als ZIP. Die weitere Anleitung geht davon aus, dass Sie die ZIP Datei in einem Verzeichnis „Downloads“ gespeichert haben. Entpacken Sie das ZIP-Archiv (alle Betriebssysteme haben einen Entpacker in ihrem Dateimanager integriert), Sie sollten nun eine Datei „2019-04-08-raspbian-stretch-lite.img“ mit einer Größe von 1,7 GB vorfinden. Benennen Sie die Datei zur einfacheren Handhabung in „raspbian.img“ um. Dieses Betriebssystemimage „brennen“ Sie im weiteren Schritt auf eine SD-Karte.

Mikro-SD Karte auswählen

Grundsätzlich würde das System mit einer 2 GB Mikro-SD Karte funktionieren. Da es schwer ist, SD-Karten mit geringerer Kapazität als 16 GB und passabler Geschwindigkeit zu beschaffen, fällt die Wahl auf eine 16 GB Karten mit Class 10. Als sehr robust und zuverlässig haben sich z.B. SanDisk Ultra 16 GB erwiesen, die in der Praxis sehr viele Schreibvorgänge verkraften und schnell booten.

Mikro-SD-Karte brennen

Im Folgenden wird das Verfahren unter MacOS beschrieben, das vergleichbar auch unter Linux funktioniert. Für das Brennen der SD-Karten unter Windows existiert eine Vielzahl sehr guter Anleitungen im Netz, die Sie mit der google-Suche „raspbian brennen sd karte windows“  finden.

Rufen Sie die Konsole auf. Stecken Sie eine SD-Karte ein und suchen Sie die Bezeichnung der SD-Karten mit

df -h

Werfen Sie die eingebundene Partition aus mit

sudo diskutil unmount /dev/disk2s1

Brennen Sie nun das Image mit

sudo dd of=/dev/rdisk2 if=Downloads/raspbian.img bs=1m

Der Prozess ist für 2-3 Minuten nicht sehr gesprächig, meldet sich dann aber mit den übertragenen Bytes und der Transferrate.

Mikro-SD-Karte für den headless-Betrieb vorbereiten

Wenn Sie von Beginn an ohne Monitor und Tastatur mit dem Raspberry arbeiten wollen, benötigen Sie einen „Fernzugriff“ auf dem Raspberry. Das gelingt mit ssh, wenn sich der Raspberry in Ihr WLAN einbucht. Dazu genügt es, zwei Textdateien ssh und wpa_supplicant.conf in der Partition boot der Mikro-SD-Karte anzulegen.

Damit der Raspberry gleich beim ersten Start Ihr LAN nutzt, erzeugen Sie mit dem Texteditor die Datei wpa_supplicant.conf in der Partition boot der Micro-SD-Karte. In der Datei sollte stehen:

country=DE
ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
network={
       ssid="wlan-bezeichnung"
       psk="passwort"
       key_mgmt=WPA-PSK
}

Damit Sie bequem via ssh auf dem Raspberry arbeiten können, erstellen Sie in der Partition „boot“ der SD-Karte mit einem Texteditor eine leere Datei „ssh“.

Entnehmen Sie nun die Mikro-SD-Karte und starten Sie Ihren Raspberry.

IP-Adresse des Raspberry ermitteln

Sie benötigen die IP-Adresse, um drüber mit ssh auf den Raspberry zuzugreifen. Sie können die IP-Adresse Ihres Raspberrys über das Konfigurationsmenüs Ihres Routers oder über eine App wie Fritz WLAN Basic mit Ihrem Smartphone ermitteln. Für MacOS und Linux gibt es das praktische Konsolenprogramm arp-scan. Sie installieren es auf Ihrem Rechner mit

sudo apt-get install arp-scan

und nutzen es mit dem Aufruf

sudo arp-scan -l

Mit ssh auf den Raspberry zugreifen

Sie benötigen für den Zugriff den Standardnurzer pi und das Standardpasswwot raspberry, Ist die IP-Adresse z.B. 192.168.1.131, so gelangen Sie mit

ssh pi@192.168.1.131

und der nachfolgenden Eingabe des Standardpasswortes raspberry auf Ihren Raspberry und können nun so arbeiten, als säßen Sie vor einem angeschlossenen Bildschirm und Tastatur.

Anmerkung: Wenn Sie in verschiedenen netzen und mit mehreren Raspberrys arbeiten, kann es sein, dass die Sicherheitseinrichtungen Ihres Rechners den Zugriff mit einer kryptischen Fehlermeldung verweigern. Es hilft, in diesem Falle die Datei known_hosts im Verzeichnis .ssh zu löschen mit

cd .ssh
rm known_hosts

Zeitzone und Lokalisierung einrichten

Damit Sie bei den weiteren Skripten für die Wetterstation die richtige Zeit bekommen, sollten Sie noch die Zeitzone einrichten. Das geht bequem mit dem Konfigurationswerkzeug des Raspberrys und dem Aufruf

sudo raspi-config

Stellen Sie als Locale de-UTF8 und als Zeitzone Europa – Berlin ein.

Sie haben nun ein Grundsystem eingerichtet, auf dessen Basis Sie die Wetterstation einrichten können. Allerdings schreibt ein Linux-Betriebssystem gerne auf die SD-Karte, die mittelfristig dadurch zerstört wird. Wenn Sie Ihr System im 7×12 Stunden Dauerbetrieb nutzen wollen, sollten Sie ein wenig in die „Härtung“, das heißt Minimierung der Schreibzugriffe, investieren. Das ist im Folgebeitrag beschrieben.