Strom aus der Konserve: Die überarbeitete Pi USV+ von CW2

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Notstrom Plus

PCs schaltet man nicht ab, ohne sie herunterzufahren – ansonsten droht Datenverlust. Auch der Raspberry Pi verdient dieselbe Pflege: Mit der Pi USV+ sorgen Sie dafür, dass er ordentlich herunterfährt, selbst wenn plötzlich der Strom ausbleibt.

Wie überall gibt es auch in der Computer-Welt Dos and Don'ts: Kaffee über die Tastatur schütten? Eher ein Don't. Das Handy ins Wasser fallen lassen? In der Regel wenig empfehlenswert. Den Computer vom Strom abklemmen, ohne ihn herunterzufahren? Das klappt tausendmal problemlos, aber irgendwann gehen dann doch einmal Daten verloren, die noch in einem Zwischenspeicher lagen. Unter anderem deshalb hängen Server an einer unterbrechungsfreien Stromversorgung: Fällt plötzlich der Strom aus, übernimmt die USV und stellt so lange die Stromversorgung sicher, bis ihr selbst der Saft ausgeht. In diesem Fall signalisiert sie dem Server rechtzeitig, alle Daten zu speichern und ordentlich herunterzufahren.

Nun lässt sich der Raspberry Pi nicht gerade mit einem wichtigen Hochverfügbarkeitsserver vergleichen. Trotzdem gilt es bei manchen RasPi-Projekten, darauf zu achten, dass der Mini-Rechner bei einem Stromausfall oder bei unachtsamem Ziehen des Netzsteckers nicht einfach ohne Strom hart abschaltet. Dafür gibt es USV-Aufsätze wie die Pi USV (Abbildung 1) des Stuttgarter Herstellers CW2, die wir bereits in RPG 05/2014 testeten [1]. Der überarbeitete Nachfolger Pi USV+ [2] räumt nun mit ein paar Kritikpunkten auf und bringt neue Funktionen mit.

Abbildung 1: Pi USV und Pi USV+ (rechts) im Vergleich: Die überarbeitete Version lädt angeschlossene Akkus nun während des Betriebs nach.

Notstrom für den RasPi

Die USV+ findet auf dem GPIO-Port des Raspberry Pi Platz und arbeitet mit den Modellen A+, B+ sowie dem RasPi 2 zusammen. Für die Modelle A und B benötigen Sie einen optional erhältlichen Adapter. Die Größe der Platine entspricht den üblichen HAT-Abmaßen und lässt sich ohne Probleme aufsetzen (Abbildung 2). Da die Pi USV+ die GPIO-Pins nach oben durchschleift, lässt sie sich mit weiteren HAT-Modulen kombinieren. Die Funktionen der GPIO-Pins schränkt sie nicht ein, da sie per I2C mit dem Raspberry Pi kommuniziert. Im Test harmonierte die Pi USV+ beispielsweise ohne Komplikationen mit dem Touchscreen-Aufsatz 4DPi-24-HAT von 4D Systems [3] (Abbildung 3).

Abbildung 2: Der zweite Netzeingang dient als Alternative zum herkömmlichen USB-Netzanschluss. In der Praxis zieht die Pi USV+ immer aus derjenigen Quelle Strom, die eine höhere Spannung bietet – normalerweise also aus dem Batteriepack.
Abbildung 3: Die Pi USV+ schleift den GPIO-Port nach oben durch und kommuniziert über den I2C-Bus mit dem Raspberry Pi, sodass zusätzliche Erweiterungen wie der 4DPi-24-HAT-Touchscreen ohne Komplikationen funktionieren.

Die Installation erfolgt durch einfaches Aufstecken der Erweiterung. Anschließend verbinden Sie den RasPi nicht mehr über seinen eigenen Micro-USB-Port mit dem Netzteil, sondern nutzen den entsprechenden Anschluss auf der USV+. Als Neuerung gegenüber dem Vorgängermodell sitzt auf der Pi USV+ ein Mikroschalter, über den Sie den RasPi starten. Durch Entfernen eines Jumpers aktivieren Sie bei Bedarf das alte Verhalten, bei dem die USV den Raspberry Pi startet, sobald Strom anliegt. So lässt er sich nun bei ausreichend Saft im Akku auch ohne Strom über das USB-Netzteil starten.

Zur Stromversorgung ohne Netzteil benötigen Sie entweder einen geeigneten Akku (siehe Kasten "Nachgeladen") oder eine alternative Stromquelle – etwa ein Batteriepack oder einen Modellbau-Akku mit einer Spannung zwischen 5 und 24 Volt. Diese stecken Sie über jeweils zwei Klemmbuchsen rechts neben der Micro-USB-Buchse an. Diese Anschlussart hat sowohl Vor- als auch Nachteile: Zwar braucht es keine besonderen Stecker oder Buchsen, doch müssen Sie beim Anschluss der Stromquelle auf die korrekte Polung achten. Die entnehmen Sie der Dokumentation [4], auf der Platine finden sich keine aufgedruckten Hinweise.

Nachgeladen

Der Betrieb mit einem modernen Akku bietet den Vorteil, dass die Pi USV+ diesen lädt, solange das Netzteil den RasPi mit Strom versorgt. Als Stromspeicher eignen sich Lithium-Ionen- oder Lithium-Polymer-Akkus mit 3,7 Volt, einem Entladestrom von mindestens 3000 mA und einer Kapazität von 500 mAh oder mehr. Geeignete Akkuzellen mit einer Kapazität von etwa 2700 mAh erhalten Sie im Handel für rund 15 Euro [5]. Beachten Sie jedoch, dass ausschließlich der Akku-Eingang als USV-Notstromquelle dient. Der zweite Stromeingang fungiert lediglich als alternative Stromquelle für den USB-Eingang. Die Pi USV+ nutzt dabei automatisch die Quelle mit der höheren Eingangsspannung. Schließen Sie also einen Batteriepack an, dann zieht die USV+ ihn sehr schnell leer.

RasPi-Überwachung

Für die grundlegende Funktion, bei Ausfall des Netzteils Strom über die an der Pi USV+ angeschlossenen Akkus oder Batterien zu beziehen, müssen Sie an der Software des Raspberry Pi nichts ändern. Doch egal, wie groß die Batterien ausfallen – irgendwann geht ihnen der Saft aus. Daher sollten Sie den von CW2 bereitgestellten Pi-USV+-Monitor installieren. Er überwacht die Stromquellen und fährt den RasPi bei Ausfall der Netzteilspannung nach einer voreingestellten Zeit (in der Voreinstellung nach 5 Sekunden) herunter.

Dafür müssen Sie den I2C-Bus des Raspberry Pi aktivieren. Installieren Sie dazu das Paket i2c-tools aus den Paketquellen und rufen Sie das RasPi-Konfigurationswerkzeug raspi-config mit Root-Rechten auf (Listing 1). Dort wählen Sie in den 8 Advanced Options die Option A7 I2C an und bestätigen jeweils, dass das System das ARM-I2C-Interface aktivieren und das I2C-Kernel-Modul automatisch laden soll. Unterlassen Sie allerdings den angebotenen Neustart – es gilt, noch eine Reihe weiterer Konfigurationspunkte abzuarbeiten.

Listing 1

 

$ sudo apt-get install i2c-tools
$ sudo raspi-config

Öffnen Sie dazu die Datei /etc/modules in einem mit Root-Rechten gestarteten Editor (sudo nano ...) und prüfen Sie, ob diese die Module i2c-bcm2708 und i2c-dev enthält. Aktuell (Ende August 2015) ist dies nicht der Fall – fügen Sie die beiden Module daher jeweils in einer neuen Zeile ans Ende der Datei an (Listing 2). Mit der Tastenkombination [Strg]+[X],[J] und [Eingabe] speichern Sie die Änderung und beenden den Editor.

Listing 2

 

[...]
i2c-bcm2708
i2c-dev

Kontrollieren Sie nun, ob die Datei /boot/config.txt die Einträge dtparam=i2c1=on und dtparam=i2c_arm=on enthält (Listing 3). Fehlen diese Zeilen, fügen Sie sie ein. Mit einem Neustart des RasPi aktivieren Sie dann den I2C-Bus. Zur Kontrolle fragen Sie anschließend mit i2cdetect -y 1 den Busstatus ab (Listing 4). Bei einem Raspberry Pi der ersten Generation müssten Sie allerdings mit -y 0 die Portadresse anpassen.

Listing 3

 

[...]
dtparam=i2c1=on
dtparam=i2c_arm=on
[...]

Listing 4

 

$ i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- 18 -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
[...]
70: -- -- -- -- -- -- -- --

Den Client zur USV-Überwachung finden Sie nicht in den Raspian-Paketquellen, sondern müssen ihn von der Webseite des Herstellers laden [6] und manuell installieren. Da das Paket keine Abhängigkeiten benötigt, klappt das nach dem in Listing 5 gezeigten Schema ohne größere Komplikationen. Kontrollieren Sie dennoch, ob CW2 nicht eine neue Version des Programms auf seiner Webseite führt. Nach der Installation prüfen Sie, wie in Listing 6 gezeigt, ob der Dienst korrekt lädt. Weitere Informationen liefert die Logdatei /var/log/piupsmon.log. Zudem bietet die Konfigurationsdatei /etc/piupsmon/piupsmon.conf die Möglichkeit, die Zeiträume bis zum Herunterfahren oder das Shutdown-Kommando anzupassen (Listing 7).

Listing 5

 

$ wget http://piusv.de/support/piupsmon-0.9.deb
$ sudo dpkg -i piupsmon-0.9.deb

Listing 6

 

$ sudo service piupsmon restart
stopping piupsmon... done
starting piupsmon... done
$ tail /var/log/piupsmon.log
2015-08-28 18:18:49 [NOTICE] piupsmon started
2015-08-31 21:09:26 [NOTICE] Status changed from 1 (primary power) to 5 (primary power,battery low)
2015-08-31 21:09:27 [NOTICE] Status changed from 5 (primary power,battery low) to 6 (battery power,battery low)
2015-08-31 21:09:27 [NOTICE] Shutdown timer: 1 / 5
[...]
2015-08-31 21:09:31 [NOTICE] Shutdown timer: 5 / 5
2015-08-31 21:09:31 [NOTICE] System shutdown!

Listing 7

 

PowerOffTimer=15
ShutdownTimer=5
ShutdownCmd=init 0
LogLevel=error
LogStatusDesc=1
StatusChangedCmd=

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