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PiTS - the smart π-Temperature-Sentinel

Welcome to the PiTS - a smart app for measuring, monitoring and displaying temperatures based on the Raspberry Pi and REBOL.
 
This webpage provides some information about a further developement of TGD-Consulting in the field of embedded hardware and software solutions for the Raspberry Pi and is intended for all users, makers and developers who would like to use their Raspberry Pi for measuring and monitoring temperatures or other environmental data.

You can purchase an officially licensed bundle of the "PiTS-It!" management software at a price of €19,99 EUR only here. The software bundle already includes all necessary modules of the management software, which are required for a smart temperature sentinel / guardian based on the Raspberry Pi.

The software runs on all Raspberry Pi models, especially on the new Raspberry Pi 3 as well as Raspberry Pi 2 our software benefits from the additional computing power of the new multi-core architecture.

The "PiTS-It!" management software features in particular
  • amazingly simple setup
  • small memory footprint (<1MB)
  • efficient, modular, smart application
  • user space operated embedded web server
  • displaying meassurements optionally on a remote LCD.
It operates with many different sensors:
  • 1-Wire temperature sensors, such as DS18B20
  • I2C-temperature sensors, such as BME/BMP280
  • seamlessly integration of sensors (temperature/light) of the Enviro pHAT
  • analogue sensors via SPI AD converter (MCP3008/MCP3208)
  • internal SOC temperature of the Raspberry Pi
PiTS-Logo

Please refer to the release notes to get an overview and information on the latest version of the software.

The hardware that is shown on the following photos are only for illustration and example as a PiTS can look like and how it is assembled. Please purchase the required hardware from the respective manufacturers or through their distribution channels. TGD-Consulting offers only IT services and software solutions.

You want to make your own PiTS based on our "PiTS-It!" management software? Then purchase a license and read on to find out ...

As a quick start you'll get here directly an answer to the most frequently asked questions:

More answers to questions can be found in the FAQ.


The term PiTS stands for π-Temperature-Sentinel and represents the expansion of an ordinary Raspberry Pi into a smart solution for measuring, monitoring and displaying temperatures. PiTS is highly versatile. It can be used either for temperature monitoring in server rooms</iframe />
Beispiel einer Temperaturüberwachung auf Basis von PiTS
, as a regulation for heating systems or also for the long-term archiving and recording of environmental data (such as temperature, air pressure and humidity) in the realm of weather stations. Below the latter application example will be described. All important functions of PiTS are controlled and monitored even from afar by using a browser from any PC, tablet or smartphone.

Find out live the ease of use and advantages of the π-Temperature-Sentinel and convince yourself right here and now on the Internet from the "PiTS-It!" management software, its simple operation and the extensive configuration options. Here you see a

PiTS in action: 

PiTS-WebUI
Die Bedienoberfläche von PiTS.

The system price of PiTS including all required components varies between 50 and 100 EUR depending on the type and number of components / sensors. That figure already includes the cost for the license of the "PiTS-It!" management software. The version of the PiTS shown on this page consists of the following components:

HardwareSoftware
PiTS Prototyp 

PiTS-Prototyp FrontPiTS-Prototyp back
PiTS-Prototyp
PiTS Protoyp im Außeneinsatz.

Das äußere Erscheinungsbild unseres PiTS-Prototyps ist geprägt durch die externe WLAN-Antenne und die schwarze Platine des Enviro pHAT. Aufgrund der Ausmaße aller zusammengebauten Komponenten ist der Einbau in das Gehäuse etwas umständlich. Trotzdem können die einzelnen Komponenten des PiTS von jedem ambitionierten Anwender mit etwas Geschick selbstständig zusammengebaut werden. Alle Komponenten lassen sich direkt über das Internet beziehen. Die Bezugsquellen sind zum Teil in den obigen Listen verlinkt. Wir verwenden für unseren Prototypen des PiTS einen Raspberry Pi Zero, der um das HLK-PM01 Mini-Schaltnetzteil sowie die Sensoren erweitert wird. Dadurch lässt sich auf sehr kostengünstige Weise eine moderne, erweiterbare digitale Wetterstation zur Erfasung der gewünschten Umweltdaten im Eigenbau zusammenstellen.

Da spritzwassergeschützte und für den Außenbereich geeignete Gehäuse für den Raspberry Pi bekanntermaßen recht teuer sind, empfiehlt sich die Zweckentfremdung eines geeigneten LED-Flutergehäuses. Bei Bedarf kann anstelle des Mini-Schaltnetzteil-Moduls auch ein konventionelles Netzteil zur Stromversorgung des Raspberry Pi verwendet werden. Allerdings ist dann darauf zu achten, dass die Kleinspannungsseitige Verbindung zwischen der Stromversorgung und dem Raspberry Pi nicht zu lang ist, um den Spannungsabfall im Kabel so gering wie möglich zu halten. Sofern die Kabelqualität stimmt, sollte es bei Längen bis zu einem Meter aber keine Probleme geben.

Achtung: Falls es im laufenden Betrieb zu unerwartenden Systemhängern kommt, deutet dies auf eine zu schwache Stromversorgung des Raspberry Pi hin. Tauschen Sie dann das Netzteil gegen ein stärkeres und zuverlässigeres aus.

Anstelle des günstigeren BMP280-Sensors

BMP280 Sensor-Modul
kann auch ein BME280-Sensor

BME280 Sensor-Modul
genutzt werden. Das BME280 Sensor-Modul ist zwar in der Anschaffung teurer, bietet aber den Vorteil, dass es neben Temperatur und barometrischen Luftdruck auch noch die relative Luftfeuchtigkeit erfasst. Beide Sensoren werden über die I²C-Schnittstelle an den Raspberry Pi angeschlossen. Daher sollten die Kabel/Litzen zum Anschluss dieser Sensor-Module nicht zu lang sein. Beide Module sind vom Anschluss her kompatibel zueinander und sind direkt mit der 3,3 Volt Spannung (Pin#1), einem Masseanschluss (GND z.B. Pin#6) und den GPIO-Pins der I²C-Schnittstelle (Pin#3 & Pin#5) der Stiftleiste P1 des Raspberry Pi verbunden. Beim Anschluss von mehr als einem BMP/BME280 Sensor-Modul an den Raspberry Pi, ist darauf zu achten, dass die Sensor-Module nicht die gleiche I²C-Adresse verwenden.

Liegen die Messpunkte für die Temperaturen weit vom Raspberry Pi entfernt, sind 1-Wire-Temperatursensoren vom Typ DS18B20 besser geeignet. Beim 1-Wire Bussystem werden Kabellängen von mehreren Metern unterstützt. Deshalb verwenden wir zur Überwachung von Temperaturen im Serveraum</iframe />
Beispiel einer Temperaturüberwachung mit 1-Wire Sensoren
(hier sind die DS18B20 über die weissen Kabel angeschlossen)
bei einem weiteren PiTS-Protypen mehrere DS18B20 Sensoren, welche im parasitären Betrieb sternförmig an den Bus angeschlossen sind. Der genaue Anschluss der 1-Wire-Temperatursensoren ergibt sich aus dem hier abgebildeten Schaltplan. Alle 1-Wire Sensoren, die ordnungsgemäß mit dem Raspberry Pi verbunden sind, werden beim Initialstart der "PiTS-It!" Management-Software automatisch erkannt und für die Temperaturmessung eingebunden.

Beim Einbau der Komponenten ins Gehäuse sollten Kurzschlüsse vermieden werden. Achten Sie daher beim Einbau des HLK-PM01-Moduls darauf, dass keine ungewollten Verbindungen zum geerdeten Gehäuse oder zu spannungsführenden Leitungen entstehen. Insbesondere beim Einbau des Raspberry Pi und im Umgang mit dem Sensoren/Enviro pHAT ist darauf zu achten, dass entsprechende Schutzmaßnahmen gegen statische Aufladungen ergriffen werden.
Der Ethernet-Port (nur beim Model B vorhanden) sowie der USB-Anschluss des Raspberry Pi (alle Modelle) sind intern frei zugänglich, sodaß der π-Temperatur-Sentinel (PiTS) entweder per Cat-Kabel oder USB-WLAN-Adapter ans eigene LAN angeschlossen werden kann. So sieht unser PiTS-Prototyp zur Zeit von innen aus:

PiTS Innenleben 

PiTS-Stromversorgung
PiTS-EnviropHAT
PiTS-inside
PiTS - magic by design.

Die Messung der jeweiligen Messgrößen geschieht automatisch durch die angeschlossenen Sensoren. Die Messwerte aller Sensoren werden periodisch über eine beliebig einstellbare Messrate durch ein REBOL3 Skript, das TempSensor Modul der "PiTS-It!" Management-Software erfasst, ausgewertet und bei Abweichung vom vorherigen Messwert wird der aktuelle Wert automatisch geloggt.

Unser PiTS Prototyp erfasst neben den drei Messgrößen (Temperatur, Feuchtigkeit, Luftdruck) des BME280 Sensors auch noch die Temperatur und den Luftdruck des auf dem Enviro pHAT integrierten BMP280 Sensors sowie die Helligkeit und Lichtfarbe des dort ebenfalls verbauten TCS3472 Sensors
Der TCS3472 Sensor des Enviro pHATs
.
Der Enviro pHat ist unmittelbar hinter der Scheibe des LED-Fluters platziert, damit die Helligkeit und Farbe des einfallenden Sonnenlichtes

Lichthelligkeit und -farbe bei sonniger und bewölkter Morgendämmerung im Vergleich
gut gemessen werden kann. Die schwarze Platine des Enviro pHAT nimmt die Wärmestrahlung des Sonnenlichtes besonders gut auf und erwärmt sich. Daher sind die vom BMP280 gemessenen Temperaturen nicht repräsentativ für die aktuelle Lufttemperatur in der Umgebung (au?erhalb des Gehäuses). Die SOC-Temperatur des Raspberry Pi Zero ist immer ein paar Grad Celsius "kühler", da der oberhalb montierte Enviro pHAT die Sonnenstrahlung abschirmt und sie nicht direkt bis zum SOC vordringen kann. Der Raspberry Pi Zero verrichtet trotz der gro?en Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht zuverlässig seinen Dienst im 24/7 Betrieb.

Das zentrale Kernstück des PiTS stellt die "PiTS-It!" Management Software dar, welche neben dem TempSensor-Modul auch ein Webserver-Modul sowie das Archivierungs- & Plot-Modul beinhaltet. Mit Hilfe von letzterem archiviert PiTS-It! alle Messdaten und bereitet die Daten für die grafische Darstellung als Plot auf. Die Grafiken werden dabei jede Nacht, um kurz vor Mitternacht, automatisch aktualisiert und als Resourcen für eine Seite des Webservers bereitgestellt. Die übersichtlichen Tages- , Wochen-, Monats- sowie Jahresgrafiken (siehe oben) werden beim Anklicken vergrößert. Das TempSensor-Modul ist Donationware und unter dieser Rahmenbedingung als Open Source verfügbar. Die übrigen Bestandteile der Management Software sind Closed-Source und erfordern den Erwerb einer Lizenz.

Die Software enthält zusätzlich ein LCD-Modul, welches die Darstellung der Messergebnisse</iframe />
Beispiel der Darstellung von Temperaturen auf dem LCD
durch die direkte Ansteuerung eines Liquid-Chrystal-Displays (HD44780 LCD) ermöglicht. Wie das optionale LCD-Modul genau genutzt wird, entnehmen Sie bitte der FAQ.

Die Software benötigt eine REBOL3-Laufzeitumgebung/Interpreter. Wer möchte kann selbst den Source Code des REBOL3-Interpreters für den Raspberry Pi compilieren. Der Master Branch ist unter der Apache2.0-Lizenz auf GitHub veröffentlicht. Alternativ dazu kann ein fertiges Binary für Raspbian direkt hier von unserer Homepage heruntergeladen werden.

Die Bedienung von PiTS-It! erfolgt einfach über einen normalen Web-Browser. Das Webserver-Modul übernimmt dabei die komplette Kommunikation und Steuerung. Eine integrierte Suchfunktion ermöglicht die einfache und schnelle Suche nach historischen Messwerten. Darüber hinaus ist im Webserver-Modul eine Statusfunktion ("...ein nettes Gimmick ...") implementiert, welche u.a. neben Informationen zur Hardware des Raspberry Pi auch dessen SOC-Temperatur der letzten 10 Stunden aufzeichnet und als Temperaturverlauf darstellt. Klicken Sie dafür einfach auf das entsprechende π im unteren Bereich der Seite und erfahren so wie warm es im Inneren des PiTS ungefähr ist.
Neben diesem Gimmick konfigurieren Sie mit Hilfe des Webserver-Moduls auch die wesentlichen Funktionen von PiTS. Angefangen mit der genauen Bezeichnung der einzelnen Sensoren über die Abtastrate der Messungen bis hin zum Typ der Sensoren sowie der optionalen Ereignissteuerung werden alle wichtigen Parameter über die Systemeinstellungen zentral vom Browser aus konfiguriert.
Mit der universellen Ereignissteuerung

Beispiel einer LED-Temperaturanzeige auf Basis der Ereignissteuerung
können konfigurierbare Ereignisse (GPIOs, E-Mail oder Shell-Befehle) temperaturabhängig gesteuert werden. So lassen sich zum Beispiel eine automatische Überwachung und Steuerung der Heizungsanlage oder eine temperatur- und / oder helligskeitsabhängige Rolladensteuerung über zusätzliche GPIOs und Relais-Module einfach realisieren. Ebenso ist auf diese Weise eine Benachrichtigung per E-Mail bei zu warmen oder kalten Temperaturen möglich.
Eine Übersicht der verschiedenen Einstellungsmöglichkeiten ist aus dem folgenden Bild ersichtlich.

PiTS-Settings 

PiTS-Settings
The PiTS configuration interface (PiTS-Settings).

Note: By factory default the configuration interface (PiTS settings) is only reachable within the same network segment as the PiTS. If necessary, this can be adjusted according to your own security requirements. If no address for the Admin IP nor an IP range is specified, the π-Temperature-Sentinel is configurably from any IP address! Optionally, you can set the access control by an individual combination of user and password.

Über den folgenden Link können Sie eine Lizenz von "PiTS-It!" sowie die Software selbst kostenpflichtig beziehen. Mit der Lizenz für das Softwarebundle erwerben Sie auch ein beschränktes, nicht exklusives Nutzungsrecht für die jeweiligen Module. Eine zusätzliche Lizensierung der einzelnen Module ist nicht erforderlich. Trotzdem können bei Bedarf neben einzelnen Lizenzen für die jeweiligen Module ( Archivierung & Plot / Webserver ) auch Volumenlizenzen unserer Software erworben werden. Genaue Angaben zu den Preisen und Mengenrabatten erhalten Sie auf Anfrage.

Bestandskunden können hier ein Upgrade ihrer Lizenz auf die jeweils aktuelle Version der PiTS-It! Management Software zum vergünstigten Preis von 6,99 EUR erwerben.

Installation & Start: Die Software kommt als Tarball, welcher nur entpackt werden muss (tar xvf PiTSIt.tar) und schon steht die "PiTS-It!" Management Software einsatzbereit auf dem Raspberry Pi zur Verfügung. Durch manuellen Aufruf des Shell-Skripts ./PiTSIt.sh start werden die PiTS-It! Module auf dem Raspberry Pi gestartet. Dieses Skript kann natürlich auch als init-Skript zum automatischen Starten von PiTS-It! ins System eingebunden werden. Als Alternative zum Shell-Skript lassen sich die PiTS-It! Module auch einzeln ausführen. Durch Eingabe von ./bin/r3 PiTSIt.r & wird das Archivierungs & Plot-Modul sowie das TempSensor-Modul gestartet. Der Start des Webserver-Moduls erfolgt durch diesen Befehl ./bin/r3 Webserver.r & . Wir empfehlen aber die Einbindung des Webserver-Moduls als ReSpawn-Process in der /etc/inittab oder als systemd-Service. Dies bietet den Vorteil, dass das Webserver-Modul jedesmal neu startet, sobald es beendet wurde.

Usage: As already mentioned above, the continued use and configuration of the PiPS-It! management software is amazingly simple. It is primarily done by using the browser on pc, tablets or smartphones. Simply enter the IP address of the Raspberry Pi in conjunction with the port of the web server module as an URL in the browser ( eg: http://192.168.0.100:8080 ) and go for it. Everything else is self-explanatory or reveals itself by itself.


We hope you are just as convinced of the benefits of PiTS and from the smart design of the software as we do. If you have any questions, requests or suggestions for improving PiTS or the "PiTS-It!" management software, we are looking forward to your inquiry.

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