PvMonit v1.0 : Monitoring de mon installation photovoltaïque autonome

PvMonit est arrivé à une version « mature », une version 1.0. PvMonit est un logiciel sous licence Beerware qui vous permet de monitorer votre installation électrique solaire autonome, plus particulièrement avec les appareils Victron.

Nouvelle version pvmonit dispo ici. Avec une « sur-couche » à PvMonit pour gérer le surplus d’électricité : Déclencher des actions à la demande. Exemple : les batteries sont pleines, on allume une pompe à eau puis la résistance électrique d’un chauffe eau. Ou encore, les batteries sont sous un seuil critique, on coupe tout sauf l’éclairage…. toutes les applications sont possibles !

PvMonit C’est quoi ?

PvMonit, c’est donc un petit logiciel de monitoring photovoltaïque pour matériel Victron compatible Ve.direct (le minimum pour que cela fonctionne est d’avoir un BMV 600, 700 ou 702…), particulièrement adapté pour les installations autonomes (hors réseau). Il permet une vue « en direct » par interface web et un enregistrement de l’historique (avec emoncms, branche d’OpenEnergyMonitor).

Mon usage

Je collecte les information de mon système photovoltaïque (température, état des batteries, production solaire, etc…) par une carte électronique (Arduino) qui se trouve dans un local à 35m de mon habitation. Je transporte ces données par un 3 fils dans un câble réseau. Celui-ci est connecté à un mini ordinateur (raspberry pi 0) sur lequel j’ai un écran LCD qui m’affiche l’état du système et j’ai un interface web (démo) ou j’ai plus de détails. Il y a aussi un historique qui est enregistré via emoncms (démo).

Au niveau Matériel

2 versions possibles :

  • Une version Raspberry PI 3B, si vous avez un point wifi actif (même occasionnellement) et que votre matériel solaire est à porté de wifi. C’est une solution plutôt simple (si on touche un peu sous linux).
  • Une version Raspberry Pi 0 + Arduino : plus complexe à mettre en œuvre (il faut savoir souder et avoir plus de connaissances), mais beaucoup plus souple et moins chère. Particulièrement adapté si votre installation réseau est loin (max 60m) de votre maison ;
Version Raspberry PI 3BVersion Arduino + Raspberry Pi 0
Consommation électrique0,37A (pi 3b) * 5V = ~1,85W0,22A (pi 0) + 0,08A (arduino MEGA) = 0,30A * 5V = ~1,5W
Difficulté********
Prix matériel (détails)200 €110 €

Raspberry Pi 3B & Ve.direct USB (officiel)

L’usage des câbles ve.direct USB officiel permet de simplifier le montage.

Arduino + Raspbery Pi 0

L’usage d’un arduino pour collecter les données donne de la souplesse pour pouvoir ajouter des sondes à volonté et permet de parcourir de grande distance jusqu’au Raspberry PI qui récupère les informations. Un schéma de câblage détaillé :

Le schéma de câblage détaillé

Voilà ce que ça donne, c’est plus de boulot, plus de soudure mais plus DIY, plus fun :-p

Installation

Il ne faut pas se mentir, ça demande de bonnes connaissances techniques en linux/réseau voir arduino/soudure (si vous choisissiez cette option).

J’ai fais un très long tuto d’installation dans le fichier INSTALL.md du dépôt git : https://framagit.org/kepon/PvMonit/blob/master/INSTALL.md

PvMonit – Monitoring de mon installation photovoltaïque autonome

Nouvel article avec nouvelle version de PvMonit ici même + gestion du surplus électrique

Cet article fait suite à la réalisation de mon installation électrique solaire autonome. Je suis très content de celle-ci, seulement j’ai un grand besoin de maîtrise, et ne pas savoir tout ce qui se passait dans ces petites boîtes bleues me taraudait… Il fallait que je monitor. Coup de chance, les appareils Victron que j’ai installés peuvent se connecter à un ordinateur avec les câbles VE Direct USB.

En bon libriste que je suis, j’ai vite découvert OpenEnergyMonitor project. J’ai failli craquer pour un emonPi – Solar PV mais ça ne correspondait pas complètement à mes contraintes. J’ai donc pris mes petits doigts et j’ai pondu PvMonit.

PvMonit C’est quoi ?

PvMonit c’est donc un petit logiciel de monitoring photovoltaïque pour matériel Victron compatible Ve.direct (USB), particulièrement adapté pour les installations autonomes. Il permet une vue « en direct » et un export de l’historique vers emoncms (une branche d’OpenEnergyMonitor project).

Exemple d’usage de PvMonit (le mien) : je dispose d’un RaspberryPi (mini ordinateur qui ne consomme que ~3W), mes appareils Victron (MPTT, BMV) sont connectés avec des câbles VE.Direct USB. PvMonit est installé sur ce RaspberryPi et me permet :

  • D’afficher les informations en temps réel sur une page web (local)
    • Une copie de cette page est faite toutes les heures (si la connexion internet est allumée) et est accessible ici : http://demo.zici.fr/PvMonit/
  • De collecter les données toutes les X minutes et les expédier vers emoncms quand internet est là (le wifi n’étant pas toujours allumé)

Des images :

Installation de PvMonit

Le matériel

Il vous faudra pour suivre ce tuto :

  • Un ordinateur faible consommation configuré sous Debian ou un dérivé type Ubuntu/Raspbian (j’ai fait un article sur l’installation de mon Raspberry PI) 68€ (d’occasion avec coque, ventilateur, carte SD)
  • Les câbles Ve.Direct USB connectés à vos appareils 30€ (x3 car 3 appareils à connecter)
  • En option :
    • Une sonde de température USB pour contrôler la température du local où vivent les batteries. J’utilise « thermomètre USB TEMPer » qui coûte entre 5 et 20€, (ils en parlent ici)
    • Une pince ampèremètre USB pour contrôler la consommation de l’habitat. J’utilise la Aviosys 8870 à 27€ quand même, mais il ne semble pas y avoir beaucoup de concurrence pour ce type de produit… (j’en parle ici)

Voici le schéma de mon installation avec le câblage pour PvMonit incorporé :

pvmonit-cablage

Et voilà dans la vraie vie :

Le logiciel : Installation de PvMonit

Requis

  • Linux (le tutoriel ci-dessous est prévu pour Debian/Rasbian/Ubuntu like)
  • PHP (5.6 minimum)
  • Lighttpd/Apache (ou autre serveur web)
  • Perl
  • Python

Installation

PvMonit dispose de deux fonctions dissociées et indépendantes que je vais distinguer :

  • Interface en temps réel
  • Export vers emoncms

Il y a bien sûr une base commune :

La base / le socle

Installation de PvMonit via le dépôt git et de ses dépendances :

aptitude install php-cli git python-serial sudo
cd /opt
git clone https://github.com/kepon85/PvMonit.git
cp config-default.php config.php

Vous pouvez maintenant éditer le fichier config.php à votre guise !

Test du script vedirect.py : branchez un appareil Victron avec un Câble Ve.Direct USB et voici un exemple de ce que vous devriez obtenir (Ici un MPTT BlueSolare branché sur le ttyUS0)

$ /opt/PvMonit/bin/vedirect.py /dev/ttyUSB0 
PID:0xA04A
FW:119
SER#:HQ********
V:25660
I:500
VPV:53270
PPV:14
CS:3
ERR:0
LOAD:ON
H19:3348
H20:1
H21:17
H22:33
H23:167
HSDS:52

Pour comprendre chaque valeur, téléchargez la documentation Victron VE Direct Protocol documentation : https://www.victronenergy.fr/support-and-downloads/whitepapers

Interface web en temps réel

Installation des dépendances :

aptitude install lighttpd php-cgi 
lighttpd-enable-mod fastcgi
lighttpd-enable-mod fastcgi-php

Configuration du serveur http, avec le fichier /etc/lighttpd/lighttpd.conf :

server.document-root        = "/opt/PvMonit/www"
server.pid-file             = "/var/run/lighttpd.pid"
server.username             = "www-data"
server.groupname            = "www-data"
server.port                 = 80
index-file.names            = ( "index.html", "index.php")
url.access-deny             = ( "~", ".inc" )
include_shell "/usr/share/lighttpd/use-ipv6.pl " + server.port
include_shell "/usr/share/lighttpd/create-mime.assign.pl"
include_shell "/usr/share/lighttpd/include-conf-enabled.pl"

On applique la configuration :

service lighttpd restart

On ajoute ensuite la possibilité à l’utilisateur exécutant lighttpd de lancer les script avec sudo sans mot de passe :

Lancer la commande :

visudo

Ajouter la ligne suivante :

+ www-data ALL=(ALL) NOPASSWD: /usr/bin/perl /opt/PvMonit/bin/ampermetre.pl, /opt/temperv14/temperv14 -c, /usr/bin/python /opt/PvMonit/bin/vedirect.py /dev/tty*

C’est terminé, vous pouvez vous connecter sur votre IP local pour joindre votre serveur web :

Export vers emoncms

Connectez-vous à votre interface emoncms hébergée ou créez un compte sur emoncms.org et rendez-vous sur la page « Input api » https://emoncms.org/input/api :

emoncms_api

Récupérez la valeur « Accès en écriture » et ajoutez-la dans le fichier de configuration Pvmonit /opt/PvMonit/config.php :

- $EMONCMS_URL_INPUT_JSON_POST='https://emoncms.chezvous.org/input/post.json';
- $EMONCMS_API_KEY='XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX';
+ $EMONCMS_URL_INPUT_JSON_POST='https://emoncms.org/input/post.json';
+ $EMONCMS_API_KEY='????VOTRE API KEY?????';

Création d’un utilisateur dédié avec pouvoir restreint

adduser --shell /bin/bash pvmonit

Installation des dépendances :

aptitude install lynx

On ajoute ensuite la possibilité à l’utilisateur exécutant l’export de lancer les scripts avec sudo sans mot de passe :

Lancer la commande :

visudo

Ajouter la ligne suivante :

+ pvmonit ALL=(ALL) NOPASSWD: /opt/temperv14/temperv14 -c, /usr/bin/perl /opt/PvMonit/bin/ampermetre.pl, /usr/bin/python /opt/PvMonit/bin/vedirect.py /dev/tty*

Test de collecte :

$ su - pvmonit -c /opt/PvMonit/getForEmoncms.php
2016-11-02T10:55:30+01:00 - C'est un MPTT, modèle "BlueSolar MPPT 100/30 rev2" du nom de MpttBleu
2016-11-02T10:55:30+01:00 - Les données sont formatées comme ceci : V:26180,I:800,VPV:56360,PPV:21,CS:3,ERR:0,H19:3352,H20:5,H21:51,H22:33,H23:167
2016-11-02T10:55:31+01:00 - C'est un MPTT, modèle "BlueSolar MPPT 100/30 rev2" du nom de MpttBlanc
2016-11-02T10:55:31+01:00 - Les données sont formatées comme ceci : V:26200,I:600,VPV:53630,PPV:18,CS:3,ERR:0,H19:1267,H20:4,H21:46,H22:17,H23:201
2016-11-02T10:55:31+01:00 - Après correction, la température est de 11.88°C
2016-11-02T10:55:31+01:00 - Tentative 1 de récupération de consommation
2016-11-02T10:55:32+01:00 - Trouvé à la tentative 1 : la La consommation trouvé est 00.1A
2016-11-02T10:55:32+01:00 - La consommation est de 00.1A soit 23W

Test d’envoi des données :

$ su - pvmonit -c /opt/PvMonit/sendToEmoncms.php 
2016-11-02T10:56:44+01:00 - Données correctements envoyées : 1, données en erreurs : 0

Mettre les scripts en tâche planifiée

crontab -e -u pvmonit

Ajouter :

+# Script de récupération des données, toutes les 5 minutes
+/5 * * * * /usr/bin/php /opt/PvMonit/getForEmoncms.php >> /tmp/PvMonit.getForEmoncms.log
+# Script d'envoi des données, ici toutes les 1/2 heures
+3,33 * * * * /usr/bin/php /opt/PvMonit/sendToEmoncms.php >> /tmp/PvMonit.sendToEmoncms.log

Je n’explique pas ici comment configurer emoncms, les flux pour obtenir de beaux dashboard, je vous laisse lire la documentation

Voici, pour exemple, mon dashboard : http://emoncms.mercereau.info/dashboard/view?id=1

Sonde température (option)

J’utilise la sonde thermomètre USB TEMPer, cette sonde fonctionne avec le logiciel temperv14 qui est plutôt simple à installer

apt-get install libusb-dev libusb-1.0-0-dev unzip
cd /opt
wget http://dev-random.net/wp-content/uploads/2013/08/temperv14.zip
#ou un miroir
#wget http://www.generation-linux.fr/public/juin14/temperv14.zip
unzip temperv14.zip
cd temperv14/
make

Test de la sonde :

$ /opt/temperv14/temperv14 -c
18.50

Ajout de celle-ci dans le fichier /opt/PvMonit/config.php :

- $TEMPERV14_BIN='';
+ $TEMPERV14_BIN='/usr/bin/sudo /opt/temperv14/temperv14';

Autres documentations à propos de cette sonde :

Pince ampèremétrique (option)

J’utilise la pince ampèremétrique USB Aviosys 8870 pour mesurer ma consommation électrique.

Le petit script perl (/opt/PvMonit/bin/ampermetre.pl) est très simple pour lire la pince ampèremétrique, qui sera branchée en USB et apparaîtra dans votre système sur le port /dev/ttyACM0

Celui-ci dépend de la librairie serialport :

aptitde install libdevice-serialport-perl

Test : :

$ /opt/PvMonit/bin/ampermetre.pl 
00.1A

Ajout de celle-ci dans le fichier /opt/PvMonit/config.php :

- $AMPEREMETRE_BIN = '';
+ $AMPEREMETRE_BIN = '/usr/bin/sudo /usr/bin/perl /opt/PvMonit/bin/ampermetre.pl';
Documentation

Voilà voilà, bon courage !

RaspberryPi & Raspbian en lecture seul (ReadOnly) pour préserver la carte SD

Le Raspberry Pi, est un mini ordinateur qui consomme très peu d’énergie. Il n’y a pas de disque dur mécanique, le système se trouve sur une carte SD.  L’avantage c’est que ça consomme moins d’énergie mais la carte SD à l’inconvénient de s’abîmer très rapidement quand il y a beaucoup de lecture/écriture (et sa durée de vie n’en ai que moindre). J’ai donc passé mon Raspberry Pi sous Raspbian (une Debian pré-packagé pour Raspberry) et mis en place un système en lecture seul. Il s’agit ici d’une installation type serveur sans interface graphique.

Installation de Raspbian (sans écran sur le Raspberry) avec connexion Wifi

Vue que je n’ai pas d’écran pour installer mon Raspberry, j’ai mis la carte SD dans mon ordinateur portable pour l’installation. Après le téléchargement de « Raspbien lite » sur le site officiel : http://www.raspbian.org. Il suffit d’utiliser la commande dd pour installer l’image :

david@portabuntu:~/Téléchargements$ unip raspbian_lite_latest.zip
david@portabuntu:~/Téléchargements$ sudo dd bs=4M if=2016-05-10-raspbian-jessie-lite.img of=/dev/sdc
330+1 enregistrements lus
330+1 enregistrements écrits
1386217472 octets (1,4 GB) copiés, 86,4596 s, 16,0 MB/s

Attention : remplacer /dev/sdc par le périphérique de votre carte SD ! (/dev/sdb, /dev/mmcblk0… un « sudo fdisk  -l » pourra vous en dire plus)

Éjecter la carte SD et remettez là, vous devriez avoir plusieurs partition sur la carte SD :

  • #1 : FAT32 (partition de boot)
  • #2 : ext3 (système)

Utilisation de gparted pour agrandir l’espace disque de la partition système :

Attention : cet article est vieux, préféré celui-ci pour la partie wifi : https://www.inpact-hardware.com/article/270/100830-comment-installer-simplement-raspberry-pi-sous-raspbian-avec-ssh-et-wi-fi-sans-ecran

On va maintenant préparer la connexion Wifi pour pouvoir l’attaquer en SSH :

sudo mkdir /mnt/sd-sys
sudo mount /dev/sdc2 /mnt/sd-sys # (la partition ext3)
sudo vi /mnt/sd-sys/etc/network/interfaces

L’édition de se fichier interface qui gère les cartes réseaux :

< iface wlan0 inet manual
< wpa-conf /etc/wpa_supplicant/wpa_supplicant.conf
---
> auto wlan0
> iface wlan0 inet static
> address 192.168.1.2
> netmask 255.255.255.0
> gateway 192.168.1.1
> wpa-ssid "VOTRE SSID WIFI"
> wpa-psk "VOTRE CLEF WAP PSK"

On spécifie le serveur DNS en modifiant le fichier /mnt/sd-sys/etc/network/interfaces

< #name_servers=127.0.0.1
---
> name_servers=192.168.1.1

Bien sûr il faut mette des IP’s de votre réseau…

On éjecte la carte :

david@portabuntu:~$ sudo umount /dev/sdc2 
david@portabuntu:~$ sudo eject /dev/sdc

On met la carte SD dans le Raspberry et on l’allume, on partiente que la connexion au Wifi soit faite et on test la connexion ssh :

david@portabuntu:~$ ssh pi@192.168.1.2 
The authenticity of host '192.168.1.2 (192.168.1.2)' can't be established.
ECDSA key fingerprint is fe:ed:f6:fe:e5:ea:28:bb:ad:6d:0c:2e:8f:b1:2c:5b.
Are you sure you want to continue connecting (yes/no)? yes
Warning: Permanently added '192.168.1.2' (ECDSA) to the list of known hosts.
pi@192.168.1.2's password: 

The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
pi@raspberrypi:~ $ 

ça fonctionne !!!!

Passage du système en ReadOnly

Je me suis bien aidé des différents sites suivant :

Le reste des commandes va s’effectuer avec les droits root :

pi@raspberrypi:~ $ sudo -i
root@raspberrypi:~#

Il va falloir minimiser les programmes qui écrivent sur le FileSystème. On commence par désactiver la SWAP :

dphys-swapfile swapoff
dphys-swapfile uninstall
update-rc.d dphys-swapfile disable

Et on fait du ménage :

apt-get remove --purge logrotate dbus dphys-swapfile  fake-hwclock

Sauf si vous utilisez le DHCP, dans ce cas il faudra ajouter des choses pour que ça fonctionne en RO (« ln -s /tmp /var/lib/dhcp » par exemple…) sinon on supprime aussi le client DHCP :

aptitude purge isc-dhcp-client  dhcpcd5  isc-dhcp-common

On met l’horloge sur le bon fuseau horaire (Europe/Paris pour moi) :

rm /etc/localtime
ln -s /usr/share/zoneinfo/Europe/Paris /etc/localtime 

On remplace le « log manager » rsyslogd par busybox one qui fonctionne en RAM et on en FS :

apt-get install busybox-syslogd; dpkg --purge rsyslog

Pour lire les logs il faut utiliser la commande logread (logread -f correspond à un tail -f sur le syslog)

Encore un peu de ménage au démarrage :

systemctl disable bootlogs
systemctl disable sudo # Si vous n'utilisez pas sudo
systemctl disable alsa-utils # Si vous n'utilisez pas le son
systemctl disable console-setup
systemctl disable fake-hwclock # Certainement déjà absent à ce stade

A ce stade je conseil d’installer les petits outils indispensables

On désactive le bash_history soit en supprimant complètement le fichier

history -c
rm ~/.bash_history -rf
export HISTFILESIZE=0
unset HISTFILE
echo "HISTFILESIZE=0" >> ~/.bashrc

Soit en le déplaçant dans /tmp. Il sera remis à 0 à chaque reboot mais fonctionnera en read only.

+ HISTFILE="/tmp/${USER}_bash_history"

Avant de mettre le système en read only on va faire deux alias pour switcher du mode read-only on mode read-write facilement. Ajouter dans bashrc commun : /etc/bash.bashrc :

# Fonction pour connaître le mode en cours
fs_mode=$(mount | sed -n -e "s/^.* on \/ .*(\(r[w|o]\).*/\1/p")
# alias ro/rw pour passer de l'un à l'autre
alias ro='mount -o remount,ro / ; fs_mode=$(mount | sed -n -e "s/^.* on \/ .*(\(r[w|o]\).*/\1/p")'
alias rw='mount -o remount,rw / ; fs_mode=$(mount | sed -n -e "s/^.* on \/ .*(\(r[w|o]\).*/\1/p")'
# Modification du prompt pour afficher le mode en cours
export PS1='\[\033[01;32m\]\u@\h${fs_mode:+($fs_mode)}\[\033[00m\]:\[\033[01;34m\]\w\[\033[00m\]\$ '

Aller hop, on passe au chose sérieuse, on modifie le /etc/fstab :

< /dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults          0       2
< /dev/mmcblk0p2  /               ext4    defaults,noatime  0       1
---
> /dev/mmcblk0p1  /boot           vfat    defaults,ro          0       2
> /dev/mmcblk0p2  /               ext4    defaults,noatime,ro  0       1
> tmpfs	/var/log	tmpfs	nodev,nosuid	0	0
> tmpfs	/var/tmp	tmpfs	nodev,nosuid	0	0
> tmpfs	/tmp	tmpfs	nodev,nosuid	0	0

Puis le fichier /boot/cmdline.txt :

< dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait
---
> dwc_otg.lpm_enable=0 console=serial0,115200 console=tty1 root=/dev/mmcblk0p2 rootfstype=ext4 elevator=deadline fsck.repair=yes rootwait noswap ro

Après un reboot on peut tester :

root@raspberrypi(ro):~# touch /root/testEcriture
touch: cannot touch ‘/root/testEcriture’: Read-only file system
root@raspberrypi(ro):~# rw
root@raspberrypi(rw):~# touch /root/testEcriture
root@raspberrypi(rw):~# rm /root/testEcriture
root@raspberrypi(rw):~# ro
root@raspberrypi(ro):~#

ça fonctionne !

Le petit plus du chef, un petit script ~/.bash_logout pour ne pas oublier de remettre le FS en read only après avoir travaillé dessus…

#!/bin/bash
if [ "$fs_mode" != "ro" ]; then
	read -p "Le FS est en lecture/écriture, ne voudriez vous pas le basculer en lecture seul ? [O/n] " 
	if [[ ! $REPLY =~ ^[Nn]$ ]]
	then
		echo "Bascule en Read/Only"
		ro
	else
		echo "Ok on fait rien tant pi... Mais n'oublie pas que ça use la carte SD :-/"
	fi
fi