Automation & Hacking mit dem Raspberry Pi

Auch das Ideation & Prototyping Lab möchten im Zeitalter der zunehmenden Automation Schritt halten und hat daher das hauseigene Bluetooth-Radio des CityLAB Berlin zum Web Radio transformatiert. Das dabei entstandene Tutorial beschäftigt sich mit dem Raspberry Pi (RasPi), dessen Autostart-Konfiguration & Bluetooth Radios. Wie das Alles zusammenhängt und wie man sich mit Hilfe eines RasPi’s ein Autoplay Web Radio hackt, das soll in diesem Artikel beschrieben werden. Das ausführlich Tutorial findet ihr auf GitHub.

Die Idee

In Zeiten der zunehmenden Automation wollten wir einmal mehr hinter die Kulissen blicken und ein bluetooth-fähiges Radio mit Hilfe eines Raspberry Pi 3 und einem Autostart-Programm zu einem Autoplay Web Radio hacken. Die Kommunikation vom Laptop zum RasPi erfolgt dabei über SSH - vom RasPi zum Radio über Bluetooth. Die gesamte Konfiguration (Bluetooth, VLC-Mediaplayer Command, Delays etc.) wurde in ein Shell-Skript geschrieben, welches schließlich mit der Autostart-Datei des Raspberry’s verknüpft wurde.

Die Hard- und Software

Hardwareseitig ist dieses Projekt sehr leicht zu realisieren, da man lediglich:

• einen Laptop
• einen Raspberry 3
• ein Bluetooth-fähiges Radio und
• eine Internetverbindung

benötigt. Die Anleitung funktioniert natürlich auch mit anderen Einplatinencomputern unter Linux – solange diese ein boardinternes Chipset für die WLAN- und Bluetooth-Funktion verbaut haben.

Damit der Laptop mit dem Raspberry kommunizieren kann, muss zunächst einmal ein Betriebssystem auf den RasPi aufgesetzt werden – in unserem Falle Rasbian. Nach erfolgreicher Installation des Betriebssystems kann mit der Konfiguration des Raspberry’s begonnen werden. Je nachdem ob der RasPi headless (via SSH) oder mit head (via Tastatur und Monitor) betrieben werden soll, dient das Netzwerkprotokoll Secure Shell (SSH) als Kommunikationsschnittstelle zu unserem RasPi. In unserem Tutorial wurde die headless Inbetriebnahme unter Nutzung von SSH beschrieben und darüber hinaus das kryptografische Verschlüsselungsverfahren der SSH beleuchtet.

Schnittstellen zwischen den einzelnen Devices (©eigene Darstellung, Technologiestiftung Berlin)

RasPi mit dem Radio verbinden

Die meisten von uns verbinden sich tagtäglich via Bluetooth mit anderen Devices – ganz einfach unter Nutzung des Graphical User Interface (GUI) mit Tastatur und Maus. Das ist in der Regel auch schneller und intuitiver. Doch in unserem Workshop stellen wir die Verbindung lediglich mit ein paar Terminal-Commands her, denn genau hier liegt die Magie der Automation. Speichert man die Commands in einem Shell-Skript und bindet dieses kleine Skript in den Autostart des Raspberrys ein, verbindet sich der Raspberry beim nächsten Hochfahren automagically mit dem Bluetooth-Radio.

Es sind einige Shell-Befehle (siehe unten) notwendig, um sich mit dem Radio zu verbinden. Die im Beispielcode angegebene MAC-Adresse des Radios muss durch die des eigenen Radios ausgetauscht werden. Zunächst öffnet man die Bluetooth-Steuerung.

Hinweis: $ kennzeichnet einen Befehl; > die Rückgabe des Terminals.

$ bluetoothctl
> Agent registered

Mit diesem Command started eine eigene Bluetooth-Shell [bluetoothctl]#. Alle nachfolgend gezeigten $-Commands sind als [bluetooth]#-Commands zu verstehen.

$ power on
> changing power on succeeded

$ default-agent
> Default agent request successful

$ pairable on
> changing pairable on succeeded

Wichtiger command, falls man sich erneut(!) mit dem gleichen Gerät verbinden möchte:

$ remove 12:34:56:78:9A:BC
> changing pairable on succeeded

Als nächstes wird die Umgebung nach Bluetooth-Devices gescannt. An dieser Stelle sollte die MAC-Adresse des eigenen Radios erscheinen.

$ scan on
> Discovery started
> [CHG] Device 12:34:56:78:9A:BC 12-34-56-78-9A-BC

$ scan off
> Discovery stopped

Sobald das Radio im Scan auftaucht, kann man sich damit pairen. Durch das pairen wird das Radio ist die Liste der bekannten Bluetooth.Devices aufgenommen.

$ pair 12:34:56:78:9A:BC
> Attempting to pair with 12:34:56:78:9A:BC
> [CHG] Device 12:34:56:78:9A:BC Connected: yes
> [CHG] Device 12:34:56:78:9A:BC ServicesResolved: yes
> [CHG] Device 12:34:56:78:9A:BC Paired: yes
> Pairing successful

Mit dem nachfolgenden Command wird überprüft, ob das Pairing wirklich geklappt hat. Das Radio sollte gelistet werden.

$ devices
> Device 12:34:56:78:9A:BC MeinRadioName

Damit sich der RasPi automatisch mit dem Radio verbindet, sobald es eingeschaltet wird, ist folgender Command nötig:

$ trust 12:34:56:78:9A:BC
> [CHG] Device 12:34:56:78:9A:BC Trusted: yes
> Changing 12:34:56:78:9A:BC trust succeeded

Finally: mit dem Radio verbinden.

$ connect 12:34:56:78:9A:BC

Einbinden von Web Radio & Autostart

Damit der Aha-Effekt größer und das Ergebnis hörbar ist, haben wir das Shell-Skript um einen weiteren Command ergänzt. Mit dem Command. Hinweis: wir befinden uns wieder in der default Shell.

$ vlc meinePlaylist.m3u

öffnet der bereits vorinstalliert VLC-Mediaplayer die eigens erstellte Playlist “meinePlaylist”. Alle darin befindlichen Dateien wie .mp3-Dateien oder weitere Playlists, beispielsweise die Playlist eures Lieblings-Web-Radios, werden mit dem Command nacheinander abgespielt. In die Playlist muss demnach lediglich eine URL zum entsprechenden Web-Radiosender hinterlegt werden.

Last but not least: das Shell-Skript in den Autostart einbinden. Um ein Programm in den Autostart des Raspberry’s einzubinden gibt es verschiedene Möglichkeiten. In unserem Tutorial haben wir eine .desktop-Datei erstellt, um unser Skript mit jedem Hochfahren des RasPi’s auszuführen.

$ sudo geany /etc/xdg/autostart/NameDerDatei.desktop&

Nice To Know: durch das kaufmännische “Und” am Ende des Befehls, könnt ihr das Terminal weiterhin bedienen, obwohl der Texteditor geöffnet ist.

Die .desktop-Dateien haben eine vorgeschriebene schematische Struktur (innerhalb der .sh-Datei), die es zu berücksichtigen gilt.

[Desktop Entry]
Type=Application
Name=irgendeinName
Terminal=false
Exec=/bin/sh /usr/bin/meinSkript.sh

Nach dem Attribut “Exec=…” wird der beim Autostart auszuführende Befehl angegeben. Da wir für die Verbindung via Bluetooth und das Abspielen des Web-Radiosenders mehrere Befehle benötigen, verlinken wir an dieser Stelle also zu unserem bereits erstellten Shell Skript “meinSkript”.

Ausblick

Wer jetzt neugierig geworden ist und gerne selber aktiv werden möchte, findet weitere Instruktionen im ausführlichen Tutorial auf GitHub. Darin wird unter anderem erklärt wie:

• die IP des RasPi’s abfragt werden kann.
• der RasPi über SSH angesteuert werden kann.
• die .desktop-Autostart-Datei angelegt und abgelegt werden sollte.
• der Audio-Ausgang des Raspberry eingerichtet werden kann.
• uvm.

Wer zu Hause etwas experimentieren möchte, jedoch keinen eigenen RasPi besitzt, der kann sich RasPi’s + Zubehör kostenlos via Hacking Box ausleihen. Darüber hinaus bietet das CityLAB Berlin monatlich stattfindende, partizipative Workshops zu Themen wie Internet of Things, Mikrokontroller, Smart Home und Hardware Hacking an.

Bei Fragen rund um das Thema RasPi & Web Radio hilft Julia Zimmermann gerne weiter.