Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Eigenbau-USV für RaspberryPi-NAS


von Simon (Gast)


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Hallo Forum

Ich plane mir ein RaspberryPi- bzw. BananaPi-NAS für eine Nextcloud o.ä. 
zu bauen. Momentan hänge ich an der Frage der Stromversorgung bzw. einer 
Art USV. Hauptsächlich, um grössere Probleme zu vermeiden, falls der 
Strom ausfällt - mir würde also eine Lösung reichen, bei der der Pi 
runterfährt, sobald der Netzstrom ausfällt. Nach einigem Lesen habe ich 
vier Möglichkeiten ausgelistet. Eine weitere Möglichkeit wäre im Prinzip 
ein fertiges Modul zu kaufen, aber irgendwie habe ich das schnell 
verworfen. Zum einen schien es mir teuer oder nicht so einfach zu 
bekommen (häufig führten Links ins Leere), zum anderen hat es schon 
einen Reiz, eine eigene Lösung zu entwickeln. Meine Elektronikkentnisse 
sind nur grundlegend und etwas eingerostet, daher bitte ich etwaige 
Dummheiten zu entschuldigen und richtig zu stellen. :) Etwas Löten macht 
mir aber nichts aus.

Read-only-Zugriff auf das Betriebssystem
Das ist die simpelste Lösung, um zu vermeiden, dass der Dateninhalt der 
SD-Karte bei einem Stromausfall beschädigt wird. Ich könnte mir 
vorstellen, dass dieses am Ende doch die sinnvollste Lösung ist, da 
vermutlich ausreichend und einfach umzusetzen.

2. Verwendung einer USB-Powerbank
Das wäre dann diese Lösung: http://raspi-ups.appspot.com/de/index.jsp
Scheint auf den ersten Blick bestechend einfach. Allerdings mache ich 
mir doch Sorgen, was die Haltbarkeit der Powerbank angeht. Eigentlich 
ist sie ja für einen solchen Einsatz nicht gedacht und wenn ich mir dann 
jedes halbe Jahr eine neue Powerbank kaufen muss (oder noch schlimmer, 
sich irgendwas überhitzt etc.) ist das auch nicht das Wahre.

3. Verwendung von Akkus/Batterien
Das wäre diese Lösung: 
http://homediyelectronics.com/projects/raspberrypi/ups/
In der einfachsten Version mit regelmässigem Akkuwechsel verbunden, aber 
das ist mir lieber als das beschriebene Trickle-Laden. Den 
Spannungswandler würde ich wohl mit einem LM 2576 selbst bauen. 
Allerdings ist es genau das, was mich stört: Anstatt direkt ein 
5V-Netzteil zu nehmen, würde die Spannung ein weiteres Mal 
(verlustbehaftet) umgewandelt.

Es gibt zwar noch andere Anleitungen mit anderen Batterien, aber da ist 
oft auch die doppelte Spannungswandlung möglich und mir scheinen 
gewöhnliche NiMH-Akkus auch sicherer bzw. robuster.

4. Verwendung von Superkondensatoren
Hier: 
http://www.instructables.com/id/Lets-learn-about-Super-Capacitors-A-Practical-G/
Wird sehr enthusiastisch über Superkondensatoren geschrieben und ich bin 
fast überzeugt: Keine Wartung, genug Strom zum Runterfahren, keine 
doppelte Spannungsumwandlung.
Diese Lösung schien mir bestechend einfach: 
http://www.hackerspace-ffm.de/wiki/index.php?title=Raspi_EDLC_UPS

Ein paar Dinge kamen mir aber komisch vor (z.B. 100-Ohm-Widerstände fürs 
Balancing) und hier im Forum habe ich dann auch einen Beitrag gefunden, 
der diese Schaltung behandelt. Sie wird da ziemlich runtergemacht.


Nach langem Überlegen bin ich an einem Punkt angekommen, an dem ich 
alleine nicht mehr weiterkomme. Am liebsten würde ich Lösung 4 umsetzen, 
da sie mir die meisten Vorteile zu haben scheint. Allerdings scheint ja 
die verlinkte Schaltung nicht direkt überzeugend. Also entweder eine 
andere Lösung wählen oder die Schaltung verbessern. Könnt Ihr mir dabei 
helfen, die Nachteile der Schaltung besser zu verstehen? Was haltet Ihr 
von den anderen Lösungen? Habe ich Vor-/Nachteile übersehen, die eine 
der Lösungen ausschliessen oder zum Favoriten machen?

Vielen Dank für Eure Anregungen!

: Verschoben durch Moderator
von jz23 (Gast)


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Simon schrieb:
> Read-only-Zugriff auf das Betriebssystem

Das ist Murks: Du willst ja eine Cloud darauf betreiben, wahrscheinlich 
auch von außen erreichbar (Sonst würde Samba sinnvoller sein). Da 
gehören aber regelmäßige (Sprich: mindestens wöchentliche) 
Sicherheitsupdates dazu. Und die vertragen sich nicht direkt mit einem 
Read-Only System.
Außerdem schützt du damit nur die SD-Karte, die aber im Zweifel sowieso 
egal ist, weil man die schnell neu kauft und bespielt. Das Problem ist 
eher das Dateisystem der Festplatte. Und dagegen helfen wohl nur Backups 
wirklich.

von Horst (Gast)


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jz23 schrieb:
> Da gehören aber regelmäßige (Sprich: mindestens wöchentliche)
> Sicherheitsupdates dazu. Und die vertragen sich nicht direkt mit einem
> Read-Only System.

Warum nicht? Das mounten 'rw' kann man mit ins Update-Script packen.
BTDT

von g457 (Gast)


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> Warum nicht? Das mounten 'rw' kann man mit ins Update-Script packen.

Es gibt durchaus Dateisysteme, für die es keine Schreibunterstützung 
gibt. Ein ebensolches sollte man hierfür also zweckmäßigerweise nicht 
benutzen, sonst wird das mit dem 'mounten rw' nix :-)

von Fledermann (Gast)


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Auf welche Art von Datensicherheit kommt es denn an? Das Dateisystem 
(sofern es ein halbwegs modernes mit journaling ist) wird durch einen 
Stromausfall nicht beschädigt.

Wenn man dann noch Datenjournaling aktiviert, bleibt meist sogar die 
Datei heile, auf die im Moment des Ausfalls geschrieben wurde. Viele 
Dateisysteme können sich zusätzlich sogar alle paar Sekunden syncen 
womit dann keine Wünsche offen bleiben. Letzteres kann aber Rechenzeit 
fressen.

von Simon (Gast)


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Also 100% Datensicherheit ist jetzt nicht wichtig. Das Ganze soll vor 
allem mein Dropbox-Account ersetzen, d.h. das alle Daten eh auf dem NAS 
sowie allen gesyncten Rechnern vorhanden sind. Sollten also auf der 
Cloud-Festplatte die letzten geschriebenen Daten verloren gehen, sollten 
sie ja auf dem angeschlossenen Rechner noch vorhanden und beim nächsten 
Booten des NAS synchronisiert werden.

Ich habe selbst noch keine Erfahrung mit Pis, aber habe eben gelesen, 
dass die SD-Karte bzw. deren Inhalt schnell beschädigt werden kann, wenn 
der Rechner einfach ausgeschaltet wird, ein read-only-Zugriff aber 
helfen soll. Ich hätte dann auch ein entsprechendes Skript für Updates 
eingeplant (damit wollte ich mich aber erst beschäftigen, wenn meine 
Grundfrage, also welche der vier Lösungen ich benutzen möchte, geklärt 
ist).

Mir ist aber wichtig, dass der Pi nach einem Stromausfall einfach wieder 
gestartet werden kann und direkt als Cloud funktioniert. Eine neue 
SD-Karte erstellen (selbst wenn das nur einmal im Jahr vorkommen sollte) 
ist schon zu viel Aufwand.

von Christian S. (vivus)


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Nextcloud auf RP oder BP ist nicht sooo geil - lieber: 
https://geizhals.de/asrock-j3455-itx-90-mxb3w0-a0uayz-a1525579.html?hloc=de 
oder ähnliches...

Leistungsaufnahme hält sich in Grenzen (Nur System HDD laufen ca. 15W), 
dafür 4x SATA und Gigabit Port. Dh. du kannst ohne Probleme mit 100MB/s 
übers Netzwerk auf die HDD schreiben.

Übrigens: BP1 hat nur SATA 2.0!

von Jan H. (j_hansen)


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Christian S. schrieb:
> Nextcloud auf RP oder BP ist nicht sooo geil

Wenn man so eine Behauptung aufstellt, dann sollte man sie zumindest 
kurz begründen.

von Simon (Gast)


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Christian S. schrieb:
> Nextcloud auf RP oder BP ist nicht sooo geil - lieber:

Ehrlich gesagt kam mir auch schon der Gedanke, ob ich mir die Bastelei 
nicht sparen und gleich ein fertiges NAS kaufen soll. Aber das macht ja 
nicht so viel Spaß. ;)

Beim Banana Pi bin ich gelandet, weil er eben einen höheren 
Datendurchsatz als der Raspberry Pi liefert (z.B. 
http://www.raspberry-pi-geek.de/Magazin/2014/05/Banana-Pi-und-Raspberry-Pi-als-Server-im-Vergleich). 
Ein vollwertiger Server hätte zwar auch seinen Reiz, aber beim 
Dauerbetrieb fällt die doppelte bis dreifache Leistungsaufnahme schon 
ins Gewicht. Inwiefern ich die zusätzliche Geschwindigkeit brauche, weiß 
ich nicht. Aber da die Daten ja eh im Hintergrund aktualisiert werden 
und es sich eher selten um große Datenmengen am Stück handeln sollte, 
glaube ich nicht, dass das in der Praxis ins Gewicht fällt. Außerdem 
liegen die verlinkten Werte, abgesehen vom (leider relevanten) Szenario
mit Verschlüsselung, eh über dem, was meine Internetanbindung leistet.

Danke schonmal für Eure bisherigen Antworten, aber bei meinem 
Hauptproblem, welche der vier Lösungen zur Vermeidung von Problemen bei 
einem Stromausfall am sinnvollsten ist, bin ich leider noch nicht viel 
schlauer geworden.

von Fledermann (Gast)


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Wie gesagt, ich denke nicht dass das Dateisystem durch einen 
Stromausfall beschädigt wird.

 Ich habe einen Wackelkontakt im Netzteilstecker meines Bastellaptops 
(ohne Akku) und das Ding geht regelmäßig während des Betriebs aus. Da 
passiert gar nix, und ob SSD (wie bei mir) oder SD-Karte drin ist, ist 
erstmal egal.

Du kannst dir natürlich eine USV-Lösug bauen, aber meiner Meinung nach 
ist das kein reales Problem.

von Kai A. (kaiand1) Benutzerseite


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Nun was sich Bewährt hat sind die Blei-Gel/Vlies Akkus.
Einen mit 12V nehmen und Fest auf die Ladespannung setzten und mit einen 
Stepdown auf 5V deinen MiniPC Versorgen.
Dazu ein IO-Pin als 230V Ausfall Anzeige nehmen und du kannst noch 
einige Stunden die Wolke am Laufen halten und ggfs per Wlanmodul, UMTS 
Modul zugreifen ;)

Zudem kann es ja sein das der noch Aufgaben/Wartung durchführt während 
deine Versorgung zusammenbricht weshalb dieser ja x Zeit länger laufen 
muss.

Solche Lösungen werden zb in Alarmanlagen seit Jahren verbaut und meist 
bekommst du gebrauchte Akkus alle 3-5 Jahre sehr Günstig was für die 
Zwecke ja reicht...

von Simon (Gast)


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Danke noch mal für alle Tipps. Irgendwie bin ich wieder am Anfang und 
überlege, ob ich mir nicht doch einfach ein fertiges Synology (o.Ä.) 
NAS-Gehäuse kaufen soll. Wären am Ende zwar 50-100 Euro mehr, höherer 
Stromverbrauch samt weniger Flexibilität, aber gleichzeitig doppelter 
Speicher, Hardware-Verschlüsselung und vermutlich wäre das auch robuster 
als eine selbstgebastelte Lösung. Sollte ich doch einen Banana Pi 
kaufen, wäre mein Fazit nach der obigen Diskussion, erstmal auf 
sämtliche Eigenbauten zu verzichten und zu schauen, ob es mir nicht so 
auch reicht. Falls es jemanden interessiert, schreibe ich noch mal, was 
ich sonst noch in Erfahrung gebracht habe:


2. Verwendung einer USB-Powerbank

Eine alternative Lösung wäre hier, die Powerbank so einzubinden, dass 
ich quasi selbst bestimme, wann ge- bzw. entladen wird. Ich würde dazu 
die Powerbank hinter das Netzteil schalten und dann einen MOSFET 
benutzen, um die Powerbank erst mit dem Banana Pi zu verbinden, wenn der 
Netzstrom ausgefallen ist. Ich habe das Gefühl, dass man mit dieser 
Lösung ziemlich weit kommen könnte.


3. Verwendung von Akkus/Batterien

Hier habe ich eine interessante Anleitung gefunden, die auch das nicht 
ganz triviale Problem löst, dass der Raspberry Pi (Banana Pi) nicht 
wieder hochfährt, wenn der Netzstrom wieder vorhanden ist, während er 
sich gerade runterfährt:
https://www.raspberrypi.org/forums/viewtopic.php?f=37&t=102015

Ein paar Feinheiten kann ich mir sparen, trotzdem ist es schon ein 
grösseres Projekt. Ich bin mir auch nicht ganz sicher, ob ich ein NAS 
wirklich nur mit ein paar AA-Akkus sicher versorgen kann. Aber die 
vorgestellte Lösung ist wirklich einen Blick wert.


4. Verwendung von Superkondensatoren

Hier habe ich diese Lösung gefunden:
https://www.stall.biz/project/usv-fuer-homematic-ccu2-und-raspberry-mit-wirkungsvollem-ueberspannungsschutz

Sie scheint mir auf den ersten Blick vertrauenswürdiger als die zuerst 
vorgestellte Lösung. Ich würde sie gerne noch so erweitern, dass im 
Netzbetrieb der Boost-Converter umgangen wird (mit einem MOSFET, wie 
oben schon erwähnt). Allerdings hätte ich zwei Probleme: 1. würde ich 
den Konverter schon an seiner Belastungsgrenze betreiben, 2. hätte ich 
immer noch die Problematik, dass sich der Pi nicht wieder hochfahren 
würde, wenn der Netzstrom zurückkehrt, solange die Superkondensatoren 
noch ausreichend Strom abgeben.


Neu dazugekommen ist Lösung fünf:

5. Banana Pi mit integrierter Unterstützung für 3.7V Li-Ion-Akkus 
verwenden

Per Zufall bin ich darauf gestossen, dass man bei vielen Banana 
Pi-Modellen einen 3.7V-Li-Ion-Akku anschliessen kann (manchmal direkt, 
manchmal mit etwas Lötarbeit). Dieser wird dann anscheinend automatisch 
geladen bzw. als USV genutzt. Angeblich fährt sich der Banana Pi sogar 
automatisch wieder hoch, wenn der Netzstrom zurückkehrt (trotz 
angeschlossenem Akku).

Soweit so gut. Leider muss man genau schauen, welches Modell die 
Kombination aus Akku-Integration und SATA bietet. Das Modell, das ich 
ausgesucht hatte, bietet natürlich keine Akkuladung, also müsste ich 
entweder auf ein teureres oder ein weniger leistungsfähiges Modell 
umsteigen. Leider wird auch die SATA-Stromversorgung nicht gepuffert. 
Also wäre es nur eine halbe Lösung.


Momentan schwanke ich zwischen Lösung 2 (da man den Pi mit einer 
Powerbank wohl relativ lange betreiben könnte, wird wohl auch das 
Problem mit dem Neustart minimiert), 5 und eben doch dem Kauf eines 
fertigen NAS-Gehäuses...

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