Der Raspberry Pi kann für eine Vielzahl von Projekten verwendet werden und zeichnet sich durch eine ausreichende Performance und einen geringen Stromverbrauch aus. Doch was bedeutet ein geringer Stromverbrauch genau? Falls der Raspberry Pi mit Akkus betrieben oder als Server verwendet wird und rund um die Uhr läuft, ist es wichtig genaue Werte zu kennen.

Ich habe den aktuellen Raspberry Pi 3B+ genauer unter die Lupe genommen und liefere euch ein paar Werte. Alle Messungen wurden ohne Monitor, Tastatur und Maus durchgeführt. Als Betriebssystem kam das aktuelle Raspbian Stretch Lite (13.11.2018) zum Einsatz.

Zusammengefasst benötigt der Raspberry Pi 3B+ im Leerlauf 1,6 Watt. WLAN zusätzlich macht 0,3 Watt aus, LAN je nach Geschwindigkeit 0,2 Watt (100 MBit/s) oder 0,5 Watt (1 GBit/s).

Stromverbrauch minimieren

Insbesondere beim mobilen Einsatz mit Batterien oder Akku ist eine möglichst lange Laufzeit wünschenswert. Mit einigen kleinen Tweaks kann der Stromverbrauch weiter reduziert und damit gleichzeitig die Laufzeit erhöht werden. Nichtsdestotrotz sollte man sich die Frage stellen, ob ein Raspberry Pi Zero W oder ein anderes älteres Modell eine bessere Alternative wären.

HDMI

Wenn kein Bildschirm verwendet wird, kann der HDMI-Port on-the-fly deaktiviert werden:

sudo tvservice -o

Dies spart ca. 20 mA, also 0,1 Watt. Wenn HDMI automatisch deaktiviert werden soll, kann dies z.B. über die “/etc/rc.local” erfolgen. Vor “exit 0” ergänzt man folgendes in der Datei:

# Disable HDMI
/usr/bin/tvservice -o

Eine schönere Alternative ist dies aber über die Datei “/boot/config.txt” zu erledigen:

disable_splash=1
hdmi_blanking=1
hdmi_ignore_hotplug=1
hdmi_ignore_composite=1

Damit die Änderungen aktiv werden ist ein Neustart notwendig.

LEDs

Des Weiteren können die Aktivitäts- und Power-LED deaktiviert werden. Dies geschieht ebenfalls über Einträge in der “/boot/config.txt“:

# Disable the ACT LED.
dtparam=act_led_trigger=none
dtparam=act_led_activelow=off

# Disable the PWR LED.
dtparam=pwr_led_trigger=none
dtparam=pwr_led_activelow=off

Nach einem Neustart lassen sich hier pro LED rund 5 mA sparen, insgesamt also 10 mA oder 0,05 Watt.

Bluetooth & WLAN

Die integrierte WLAN-Funktionalität kann im laufenden Betrieb deaktiviert werden:

sudo ifconfig wlan0 down

Wer WLAN und Bluetooth automatisch immer deaktiviert haben möchte, kann dies wiederrum über die “/boot/config.txt” erledigen:

# Disable Bluetooth and Wifi
dtoverlay=disable-wifi
dtoverlay=disable-bt

Darüber hinaus können nun die Services deaktiviert werden.

# Disable Services
sudo systemctl disable wpa_supplicant.service
sudo systemctl disable hciuart.service
sudo systemctl disable bluealsa.service
sudo systemctl disable bluetooth.service

Da die Services nun deaktiviert sind, werden die entsprechenden Kernelmodule auch nicht mehr benötigt. Diese können über die Datei “/etc/modprobe.d/raspi-blacklist.conf” entfernt werden. Dazu muss folgendes innerhalb der Datei ergänzt werden:

# Disable Bluetooth
blacklist btbcm
blacklist bnep
blacklist bluetooth
 
# Disable Wifi
blacklist 8192cu

USB & Ethernet

Einen wirklich großen Effekt erzielt die Deaktivierung des USB-Chips. Damit lassen sich rund 200 mA, respektive 1 Watt einsparen. Allerdings muss einem bewusst sein, dass damit automatisch auch das Ethernet deaktiviert ist, WLAN funktioniert aber weiterhin.

sudo echo '1-1'|sudo tee /sys/bus/usb/drivers/usb/unbind

Hat das Betriebssystem Einfluss auf den Stromverbrauch?

Angeregt durch einen Kommentar von tux. habe ich mir zudem den Stromverbrauch unter NetBSD / FreeBSD / OpenBSD angesehen. Leider wird der neue Raspberry Pi 3B+ noch nicht von allen BSD-Betriebssystemen vollständig unterstützt, sodass das Gerät nicht automatisch bootet und keine IP-Adresse per DHCP bezieht. In diesem Fall ist die Installation etwas aufwändiger. Abhilfe schafft entweder eine Tastatur und ein Bildschirm oder der Consolen-Zugang mit einem USB to TTL Serial Cable.

NetBSD / FreeBSD

Von NetBSD gibt es ein speziell auf Raspberry Pis angepasstes Image, den Download-Link findet ihr in Zeile 14. Zu beachten ist, dass das integrierte WLAN des Raspberry Pi 3B+ unter BSD aktuell nicht funktioniert.

Bei FreeBSD verwendet ihr am besten FreeBSD-12.0-RELEASE  oder FreeBSD-13.0-CURRENT. Hier gibt es jeweils spezielle Versionen (-RPI3) für den aktuellen Pi, die out-of-the-box laufen. Allerdings funktioniert auch hier das WLAN mangels entsprechendem Treiber nicht.

Insgesamt betrachtet liegt der Stromverbrauch unter NetBSD und FreeBSD leicht höher als bei Raspbian.

Weitere Messungen

Alternative Messergebnisse inklusive Vergleichsmessungen zu älteren Raspberry-Pi-Modellen findet ihr bei RasPi.TV und Raspberry Pi Dramble.

Der Raspberry Pi ist wohl der bekannteste und auch beliebteste Einplatinencomputer weltweit. Im Smart Home kommt er oft zum Einsatz, da er für fast alle Projekte genügend Leistung liefert und gleichzeitig einen geringen Stromverbrauch aufweist. In diesem Artikel möchte ich euch zeigen, wie ihr den Raspberry Pi mit einer Basisinstallation bzw. -konfiguration in Betrieb nehmen könnt. Darauf aufbauend lassen sich viele spannende Projekte (unbound, Pi-hole, EDOMI, openHAB, ioBroker, usw.) mit dem kleinen Computer realisieren.

Hardware

Zur Grundausstattung, damit der Raspi in Betrieb genommen werden kann, gehören neben dem Raspberry Pi ein passendes Netzteil und eine Speicherkarte. Ein Bildschirm und eine Tastatur sind im Normalfall nicht notwendig, dazu aber später mehr. Meine Hardwarekomponenten sehen beispielsweise folgendermaßen aus:

• Raspberry Pi 3B+
• Offizielles Micro USB Netzteil 2,5A/5V
• SanDisk Ultra 32GB microSDHC Speicherkarte oder Samsung EVO Plus Micro SDHC 32GB Speicherkarte
• optional: offizielles Gehäuse für Raspberry Pi 3 (Himbeer/weiß)

Als Alternative zum offiziellen Micro-USB-Netzteil kann selbstverständlich auch ein anderes Netzteil mit 2,5A/5V verwendet werden. Allerdings möchte ich erwähnen, dass es bei USB-Netzteilen bzw. Handyladegeräten teilweise zu Problemen kommt, Stichwort Undervolt-Icon. Das hängt damit zusammen, dass viele Netzteile eine Spannung von 4,9V oder genau 5V am Micro-USB-Stecker liefern. Durch die Bauelemente zur Spannungsregelung auf dem Raspberry Pi führt das aber dazu, dass beim Raspi lediglich 4,7 – 4,8V ankommen, was zu wenig ist. Das offizielle Netzteil liefert am Ausgang 5,1V, wodurch beim Raspi ausreichende 4,9A anliegen. Wer seinen Raspberry Pi 3B+ via PoE betreiben möchte, kann sich den offiziellen PoE-HAT ansehen.

Beim Speicher solltet ihr darauf achten, dass die microSD-Karte den Standard UHS-I unterstützt, sonst bremst ihr euren Pi unnötig aus. Schnellere Karten sind aber auch nicht sinnvoll, da der Minicomputer davon nicht profitiert. Der Speicherplatz sollte mindestens 8 GByte betragen. Bei den aktuellen Preisen, bei denen selbst 32 GByte unter 10 Euro inklusive Versand erhältlich sind, setze ich aber auf mindestens 32 GByte.

Software

Die empfohlene Linux-Distribution für den Raspberry Pi ist Raspberry Pi OS (früher Raspbian). Die aktuelle Version basiert auf Debian 10 Stable (Buster), hat aber einige Anpassungen für den Minicomputer an Bord. Das ist auch der Grund, warum ihr das Betriebssystem immer direkt bei der Raspberry Pi Foundation herunterladen solltet. Raspberry Pi OS ist in drei Varianten erhältlich:

• Raspberry Pi OS with desktop and recommended software
• Raspberry Pi OS with desktop
• Raspberry Pi OS Lite

Für viele Projekte genügt das aufs Nötigste reduzierte Raspberry Pi OS Lite. Sofern möglich bevorzuge ich immer die Lite-Variante.

Installation

Die Installation von Raspberry Pi OS auf die microSD-Karte kann mit verschiedenen Methoden durchgeführt werden. Anfänger können auf NOOBS (New Out Of the Box Software) zurückgreifen, welches das gewünschte Betriebssystem vollautomatisch herunterlädt und auf die microSD-Karte packt. Nichtsdestotrotz empfehle ich den “manuellen” Weg, der nicht viel mehr Aufwand bedeutet.

Nach dem Herunterladen der gewünschten Raspberry Pi OS-Version, kann diese unter Windows, Linux oder macOS mit dem Tool Etcher auf die microSD-Karte installiert werden. Das Ganze geht schnell und ist quasi selbsterklärend. Etcher starten, das Raspberry Pi OS -Image- bzw. -ZIP auswählen, anschließend die microSD-Karte angeben und zum Abschuss auf den Button “Flash!” klicken.

Alternativ existieren noch weitere Möglichkeiten, die in den offiziellen Anleitungen der Raspberry Pi Foundation beschrieben sind:

• Windows
• Linux
• macOS

Unter Linux und macOS können die Boardmittel genutzt werden. Unter Windows existiert mit dem Tool Win32 Disk Imager eine Alternative zu Etcher, die aber fast identisch funktioniert. Nachdem die Image-Datei und die microSD-Karte als Ziel-Laufwerk angegeben wurden, kann Raspberry Pi OS mit einem Klick auf die microSD-Karte geschrieben werden.

Einrichtung / Grundkonfiguration

Nachdem Raspberry Pi OS auf der microSD-Karte installiert wurde, müsst ihr dort auf die Partition “/boot” zugreifen. Unter Windows wird die Boot-Partition als separates Laufwerk angezeigt. Direkt darunter solltet ihr eine neue Datei mit dem Namen “ssh” anlegen. Dies ist notwendig, damit ihr via SSH auf euren Raspberry Pi zugreifen könnt. Das Vorhandensein einer Tastatur und eines Bildschirms ist nicht notwendig.

Grundsätzlich solltet ihr das Gerät wenn möglich via LAN verbinden. Diese Variante ist stabiler als WLAN und bringt niedrigere Latenzzeiten als zusätzlichen Bonus mit. Falls ihr kein LAN nutzen könnt oder einen Raspberry Zero W ohne LAN-Anschluss habt, müsst ihr auf der Boot-Partition noch eine zweite Datei namens “wpa_supplicant.conf” erstellen. Anschließend folgenden Inhalt in die Datei einfügen. Vergesst nicht die SSID und das WLAN-Passwort anzupassen.

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=DE
network={
    ssid="<SSID Ihres WLAN>"
    psk="<WLAN-Passwort>"
    key_mgmt=WPA-PSK
}

Im nächsten Schritt steckt ihr eure microSD-Karte in den Raspberry Pi. Anschließend verbindet ihr euren Pi mit dem Netzwerk (bei LAN) und schließt die Stromversorgung an. Innerhalb einer Minute ist der Minicomputer betriebsbereit und sollte via DHCP eine IP-Adresse bekommen haben, sofern in eurem Netzwerk ein DHCP-Server läuft (üblicherweise euer Internet-Router). Dort könnt ihr die vergebene IP einsehen. Bei einer FRITZ!Box findet ihr die benötigte Information unter “Heimnetz –> Netzwerk”. Darüber hinaus sollte das Gerät auch über den Hostnamen “raspberrypi” erreichbar sein.

Jetzt kann die erste Verbindung zum Raspberry Pi via SSH aufgebaut werden. Unter Windows könnt ihr neben PuTTY auch KiTTY oder unter Windows 10 sogar die PowerShell nutzen. Bei Linux oder macOS einfach eine Konsole öffnen und den Befehl “ssh pi@IP-Adresse” verwenden. Die Standard-Zugangsdaten lauten User “pi” und Passwort “raspberry“.

Als Erstes ändert Ihr direkt das Standard-Passwort mit dem Befehl:

passwd

Daraufhin werden das Betriebssystem und die Pakete auf den aktuellen Stand gebracht. Das kann bis zu einer Viertelstunde dauern.

sudo apt update
sudo apt upgrade
sudo rpi-update
sudo apt dist-upgrade

Danach ist euer Raspberry Pi auf dem neuesten Stand und betriebsbereit.

Jetzt könnt ihr mit folgendem Befehl die Grundkonfiguration starten:

sudo raspi-config

Dort lassen sich unter anderem der Hostname, die Sprache, das Tastaturlayout oder die Zeitzone anpassen. Ebenso kann hier das Dateisystem auf die gesamte Größe der SD-Karte ausgedehnt werden.

Dennoch möchte ich euch nachfolgend noch ein paar weitere nützliche Konfigurationen vorstellen.

Statische IPv4-Adresse definieren

In Raspberry Pi OS wird empfohlen, eine IPv4-Konfiguration über den DHCP Client Daemon (DHCPCD) vorzunehmen. Auch wenn der Dienst “dhcpcd” standardmäßig aktiv sein sollte, überprüfen wir zunächst, ob “dhcpcd” läuft:

systemctl status dhcpcd

Der Befehl sollte “dhcpcd” als installiert und aktiv zurückmelden. Anschließend die Datei “/etc/dhcpcd.conf” öffnen:

sudo nano /etc/dhcpcd.conf

Weiter unten in der Datei befindet sich bereits eine beispielhafte Konfiguration für eine statische IP. Dort müsst ihr bei den folgenden vier Zeilen das “‘#” entfernen und die IP-Daten anpassen. Achtet dabei darauf, dass ihr keine IP-Adresse verwendet, die sich im Pool des DHCP-Servers befindet.

interface eth0
static ip_address=192.168.178.100/24
static routers=192.168.178.1
static domain_name_servers=192.168.178.1 8.8.8.8

Nachdem die Änderungen vorgenommen wurden, kann die Datei mit STRG + O gespeichert und mit STRG + X geschlossen werden.

Zum Schluss müssen die Änderungen noch angewandt werden. Da wir via SSH auf den Pi verbunden sind, ist die beste Variante einfach einen Neustart durchzuführen.

sudo reboot

Shell-Konfigurationen

Zum bequemeren Arbeiten können in der “.bashrc” noch weitere Aliase aktiviert werden.

nano ~/.bashrc

Folgende drei Aliase sind bereits vorhanden und müssen lediglich auskommentiert werden:

# some more ls aliases
alias ll='ls -l'
alias la='ls -A'
alias l='ls -CF'

Des Weiteren arbeite ich gerne mit “vim”. Da der Texteditor standardmäßig nicht vorhanden ist, muss dieser nachinstalliert werden:

sudo apt install vim

Anschließend aktiviere ich das Syntax-Highlighting und die Unterstützung für dunklen Hintergrund:

sudo nano /etc/vim/vimrc

Dort bei folgenden zwei Optionen das ” entfernen:

" Vim5 and later versions support syntax highlighting. Uncommenting the next
" line enables syntax highlighting by default.
syntax on

" If using a dark background within the editing area and syntax highlighting
" turn on this option as well
set background=dark

Außerdem ist standardmäßig der “visual mode” aktiviert, welchen ich überhaupt nicht brauchen kann. Dieser kann mit den folgenden zwei Zeilen deaktiviert werden:

set mouse-=a            " Disable mouse usage (all modes)
set term=builtin_ansi

Stromverbrauch verringern

In meinem Artikel “Raspberry Pi – Ein Blick auf den Stromverbrauch” habe ich den Stromverbrauch genauer unter die Lupe genommen. Außerdem habe ich dort einige Tipps aufgeführt, wie ihr den Stromverbrauch verringern könnt.