Gebäudeautomation
Für Gebäudeautomation haben sich verschiedene Standards entwickelt:
Beide enthalten auch Übertragungswege über das Stromnetz (Powerline), z.B. KNX-PL (PL110).
Daneben gibt es auch Open Source-Bemühungen: Der als integrativer Bus gedachte OpenHAB basiert auf Java und der Eclipse-Runtime OSGi.
KNX
KNX ist ein Bussystem für die Gebäudeautomatisierung. Dieses System ist dezentral organisiert, d.h. dass die einzelnen Elemente (insbesondere Sensoren wie Lichtschalter, Temperaturmesser sowie Aktoren wie Licht oder Heizungsregler) zunächst (im Regelfall mit der kostenpflichtigen ETS-Software) programmiert werden und diese dann im Betrieb direkt (also ohne eine zwischengeschaltete Zentrale) miteinander kommunizieren.[1] Siehe
Übertragungsweg
Standardbusnetz
Der Normalfall ist, dass die KNX-Sensoren und -Aktoren auf einer extra grünen Leitung, also nicht auf dem Stromnetz, sitzen. Zu beziehen über den eibmarkt für 14 €/50m.
KNX-Hardware
Neben einem handelsüblichen PC mit USB-Anschluss benötigt man noch eine Minimalausstattung[2] aus
- Spannungsversorgung für den Bus
- Sensor (z.B. Binäreingang)
- Aktor (z.B. Binärausgang für LED),
- Schnittstelle (USB) zum KNX-Bus und
- Verkabelung
Alles findet sich im Starter Kit von Opternus für 300 €.
KNX-Bus-Spannungsversorgung
Der KNX-Bus braucht eine Stromversorgung. Für Testzwecke reichen 160 mA, für eine Hausinstallation benötige man 640 mA.[3] Eine Faustregel besage, dass für jedes KNX-Gerät 10 mA gebraucht werden.
Einzelne Geräte:
- Test-Spannungsversorgung ABB NTI/Z28.30.1 mit nur 30 mA bei tandmore für 44 €, bei Elektro und More für 42 €
- MDT Spannungsversorgung STV-0160.01 für den KNX-Bus mit 160 mA bei voltus.de für 93 €
- Siemens Spannungsversorgung 5WG1125-1AB02 für den KNX-Bus mit 160 mA bei Voltus 112 €
- Theben Spannungsversorgung 160mA EIB/KNX S KNX 9070922 im eibmarkt.com für 145 €
- MDT EIB/KNX Busspannungsversorgung, 6TE, REG, 640/1200mA - STV-0640.01 im eibmarkt für 172 €
KNX-Binärein- und ausgang
- Siemens 5WG1220-2AB21 Tasterschnittstelle UP220/21 2x potentialfreier Kontakt bei Voltus für 38 €, die beiden Kanäle können wahlweise als Ein- und als Ausgang (zum Schalten einer LED) genutzt werden.
- MDT EIB/KNX Glastaster 4-fach Plus, Weiß mit Temperatursensor - BE-GTT4W.01 im eibmarkt für 105 €
KNX-Schnittstelle
Zum Übergang zwischen TCP/IP-Netz und KNX-Welt bedarf es eines IP-Routers.
Direkt an einen Rechner lässt der KNX-Bus sich über eine IP-Schnittstelle anbinden.
Daneben gibt es noch eine begriffliche Unterscheidung, wonach IP-Schnittstellen nicht multicast-fähig seien, IP-Router jedoch multicast-fähig.
Bei der Entscheidung, was für ein Buszugang genutzt werden sollte, hilft ein Artikel des KNX-bloggers.
Von der Benutzung einer alten RS232-Schnittstelle (=BCU1) wird abgeraten.
KNX-USB-Schnittstelle
- Siemens N148/11 USB bei Voltus für 158 €
- TPUART USB Adapter bei busware.de für 74 € inkl. Gehäuse
- EIBWeiche USB
KNX-IP-Router und KNX-IP-Schnittstelle
Ein KNX-IP-Router bzw. eine KNX-IP-Schnittstelle stellen die Verbindung zwischen einem KNX-Netzwerk und einem TCP/IP-Netzwerk zur Verfügung. Dabei hat er sowohl im LAN-Netz eine IP- als auch im KNX-Busnetz eine Bus-Adresse. Die Verbindungen erfolgen über NAT (Network Address Translation).
Mit Hilfe der Linux-Software eibd, eines kleinen Rechners (z.B. Raspberry Pi) und einer KNX-USB-Schnittstelle (z.B. TPUART von busware) lässt sich ein KNX-IP-Router selbst bauen.
KNX-IP-Schnittstelle und KNX-IP-Router unterscheiden sich dadurch, dass nur Letzterer multicast-fähig ist. Die Multicast-Fähigkeit ist z.B. für den Gira Homeserver notwendig. Mittels eines Linux-Rechners, auf dem eibd bzw. knxd läuft, kann aus einer IP-Schnittstelle ein IP-Router gemacht werden.
Siehe die Anleitung für IP-Router auf Basis von eibd auf knx-blogger.de.
KNX-RS232 Schnittstelle
Eine RS232-Schnittstelle war früher der Standardzugang zum KNX-Bus. Heutzutage schwindet der Hardware- (welcher Rechner hat noch eine RS232?) und der Software-Support (Treiber selbst bei Linux nicht mehr standardmäßig dabei).
Ausprobieren kann man evtl. die RS232 aber noch mit der KNX Live CD von 2007.
Einzelne Geräte
- Wiregate WireGate 1 Multifunktions-Gateway, unterstützt neben KNX auch 1-Wire, basiert auf Linux, root-Zugang ist möglich
Weiterführendes zur Hardware
Die KNX-Geräte bestehen aus zwei Teilen, einem Busankoppler und einem Anwendungsmodul. Diese werden über eine 10-polige genormte Schnittstelle verbunden.[4]
KNX-Software
Nicht-KNX-gebundene Heimautomatisierungssoftware
- FHEM
- OpenHAB, eine Open Source Software, unterstützt auch KNX
- Außerdem ist JINI noch eine Erwähnung wert.
Software für KNX
ETS
Die ETS ist die offizielle Software der KNX-Association. Mit dieser können die einzelnen KNX-Geräte programmiert werden. Das Programmieren ist das softwaremäßige Verschalten der Geräte, so dass bei bestimmten Ereignissen (z.B. Tastendruck) eine Nachricht an bestimmte Geräte gesendet wird und diese dann eine Aktion ausführen (z.B. Licht an).
Die ETS ist eine Windows-Software.
Wenn man nur fünf Geräte programmieren möchte, reicht die ETS Demo.[5] Diese soll nach Registrierung auf der knx-Seite kostenlos herunterladbar sein; die ETS5-Demo ist auf der Download-Seite als ETS5 Professional herunterzuladen (die Datei scheint sich wohl je nach Lizenz-Schlüssel unterschiedlich zu verhalten).
Bis zu 20 Geräte können mit der für 200 € erhältlichen ETS Lite programmiert werden. Sofern man mehr Geräte programmieren will, muss man diese in verschiedenen ETS Lite-Projekten erfassen und programmieren.[6] Damit scheint aber keine projektübergreifende "Verschaltung" möglich. Diese Version kann man wohl nach Abschluss einer Schulung um 140 € günstiger erwerben.[7]
Die ETS Professional begrenzt die Anzahl der Geräte nicht.
EIBD/KNXD
eibd bzw. sein vermutlicher Nachfolger knxd ist ein Dienst, der auf einem Linux-Rechner läuft und über den eigene Programme, aber auch übers Netzwerk die Windows-gebundene ETS auf den KNX-Bus zugreifen kann.
Siehe
- Original-Dokumentation des eibd-Authors Kögler. Die dort verlinkte PDF enthält eine Beschreibung der mit eibd mitgelieferten Utilities wie groupswrite.
- Anleitung zum Selbstkompiliern des Eibd auf Raspberry Pi, auch Nutzung von groupswrite und groupsocketlisten
- Übersicht über die verschiedenen von eibd unterstützten Schnittstellen zum KNX-Bus
- Anleitung zum Zugriff der ETS über eibd auf KNX-Bus
- Anleitung zum Bau eines IP-Routers mit Raspberry Pi und RS232
KNX-Anwendungssoftware / Homeserver / Visualisierung
SmartHome.py
SmartHome.py ist eine Logiksoftware, die auf Basis bestimmter Nachrichten oder externer Ereignisse Aktionen auf dem KNX-Bus ausführen kann.
Siehe
OpenHAB
OpenHAB ist eine SmartHome-Integrationsplattform.
Beispiel für eine KNX-Anbindung (noch auf OpenHAB 1.x): https://openhabdoc.readthedocs.io/de/latest/KNX/
Weitere
- Calimero, eine Open Source - Java-Bibliothek als Grundlage für eigene KNX-Steuerprogramme/Visualisierungen
KNX-Einrichtung
Nach oder vor der Verkabelung (s.o. KNX-Hardware) müssen die KNX-Geräte noch eine KNX-Geräteadresse (oder "physikalische Adresse") erhalten. Dies erfolgt mit der ETS, wobei jeweils die Programmiertaste am Gerät gedrückt werden muss.[8]
Als Geräteadressen sind im Bereich 1.1.0 bis 1.15.255 die Adressen weitgehend frei vergebbar.[9]
Anschließend können die Geräte noch parametrisiert und programmiert werden (im Regelfall ebenfalls über die ETS).
KNX-Einrichtung ohne ETS
Siehe
Physikalische Adressen der KNX-Geräte einstellen
Die physikalischen Adressen lassen sich mit dem Wiregate Multifunktionsgateway programmieren.[10] Das Format lautet 1.1.1.[11]
Die Gruppenadressen haben das Format 1/1/1.[12]
Neben den physikalischen soll es auch "interne Adressen" geben.[13]
Weiterführendes zu KNX
Siehe
OneWire
Im Gegensatz zum Namen besteht der 1-wire-Bus der Firma Maxim Integral im Regelfall aus drei Leitungen: einer Datenleitung, einer Masseleitung und - optional - einer 5V-Spannungsversorgung.
Vor- und Nachteile des 1-wire gegenüber KNX
Für KNX spricht
- ausgereifte Hardware mit relativ hoher (und damit weniger störungsanfälligen) Betriebsspannung
- Geräte können beliebig miteinander kommunizieren; nach der Einstellung bedarf es regelmäßig keines Busmasters
- Taster können bei Betätigung sofort eine Nachricht auf den Bus schicken; bei 1-wire müssen die Taster dagegen abwarten, bis der Busmaster den Status abfragt (möglicherweise ist der Taster dann schon wieder gelöst)
- Bei Ausfall einzelner KNX-Geräte dürften übrige Geräte weiterfunktionieren
- weitgehend beliebige Verkabelungen möglich
Für 1-wire spricht
- preisgünstige Geräte
- einfaches Prinzip mit wenig Logik in den Geräten; leicht durchschaubar
- Bei Ausfall eines Slaves dürfte Kommunikation weiterfunktionieren (nicht dagegen beim Ausfall des Busmasters)
- keine Fremdsoftware wie die ETS, die für KNX benötigt wird und nur auf Windows läuft, notwendig
Hardware
Grundlagen
Siehe
Verbindung 1-wire zu PC
USB-Bus-Adaptoren
- DS9490R (23€) - zum Testen geeignet, für den Produktivbetrieb dürfte aber im Regelfall die Spannungsversorgung nicht ausreichen
- Allerdings gibt es auch Berichte, nach denen am DS9490R mehr als 100 m 1-wire-Bus betrieben werden kann.
- iLinkUSB
UniPi
Der UniPi ist eine eierlegende Wollmilchsau bezüglich der Anschlüsse, die UniPi für den Raspberry Pi zur Verfügung stellt. Dazu gehört auch eine 1-Wire-Schnittstelle. Siehe auch Einführung in die UniPI- REST-API.
Schalter
Mit dem DS2413 (ca. 2 €) lassen sich 5V schalten. Der Ausgang scheint umgekehrt als normal zu funktionieren.[14]
Den DS2413 gibt es auch aufgelötet auf einer Platine (ca. 6€, 5 €). Er ist auch in einem fertigen 230V-Relais für die Hutschiene erhältlich.
Temperaturfühler
Bezugsquellen
- E-Service online
- Fuchs-Shop
- Hobby-Boards.com hatte einige fertig zusammengelötete 1-wire-Sensoren/Aktoren/Zähler, macht aber leider wohl zu (Stand: Februar 2016).
Software
OWFS
Der OWFS-Server für den 1-wire-Bus ist in vielen Linux-Distributionen enthalten.
sudo aptitude install owfs
Mittels
mkdir owfs
ein Mountpunkt für das 1-wire-Filesystem schaffen.
Mittels
owfs -u --foreground --error_print=0 --error_level=2 -C -m owfs
lässt sich das 1-wire-Dateisystem starten und im Verzeichnis owfs
anzeigen. Allerdings muss man zuvor die Datei /etc/owfs.conf
ändern und die Zeilen mit den "FAKE"-Geräten auskommentieren. Andernfalls bekommt man die Daten der richtigen Devices nicht.
Manchmal reichen die Berechtigungen des Users nicht. Dann kann man mit Hilfe von sudo
versuchen, ob es an der fehlenden Berechtigung liegt und anschließend den Fehler eingrenzen.
Auch muss man gegebenenfalls in /etc/fuse.conf
folgende Zeile einfügen:
user_allow_other
Schließlich hilft noch das Anlegen einer udev-Regel z.B. in /etc/udev/rules.d/80-owfs.rules
für einen DS9490R-USB-Adapter:
SUBSYSTEMS=="usb", ACTION=="add", ATTRS{idVendor}=="04fa", ATTRS{idProduct}=="2490", SYMLINK+="onewire", MODE="0666"
Damit sieht man den eingesteckten USB-Adapter in /dev/onewire
Siehe
FHEM
Verschiedene Module für FHEM haben den 1-wire-Bus implementiert.[15]
Siehe
digitalSTROM
DigitalSTROM vernetzt über das Stromnetz. Es scheint bisher aber keinen einfachen Temperaturfühler zu geben.
Siehe
- Erklärung der DigitalSTROM-Technologie (auch im Vergleich zu KNX)
- DigitalSTROM-Allianz
- Preisliste für Endkunden für DigitalSTROM
HomeMatic
HomeMatic ist ein Funk-basiertes Gebäudeautomationssystem.
Gateway
Der Standard-Gateway zu HomeMatic ist die CCU2 für knapp 100 €.
Außerdem gibt es USB-Sticks (z.B. bei ebay den HM-CFG-USB2 für 40 €):
Sensoren
- Wandthermostat für 50 € (als ARR-Bausatz für 40 €). Dazu ist aber noch ein Aktor nötig.
- Wandthermostat im Set mit Thermostat-UP-Aktor für zusammen 120 €.
Aktoren
- Unterputzschaltaktor 1-fach 230 V für 48 €
- Unterputzschaltaktor 2-fach 230 V für 57 €
Proprietäre Systeme
EKON
Das EKON-System kommuniziert über die Stromleitung bzw. über Ethernet.
Es scheint dafür aber bisher keinen Temperaturfühler zu geben.
Siehe
Microsoft HomeOS
Microsofts HomeOS ist bisher noch im Experimentalstadium.
AVM
AVM (FritzBox) soll Ende 2013 Heizungsthermostaten mit Heimautomationsfunktion herausbringen.
- Die Fritzboxen stellen eine Hausautomations-Web-API zur Verfügung.
Belkin Wemo
Wemo arbeitet mit WLAN.
Allnet Heimautomation
- Allnet arbeitet mit Ethernet/WLAN.
Loxone
Loxone scheint auch mit KNX-Produkten zusammenzuarbeiten.
Siemens Logo!
Mit Siemens Logo!-Bausteinen kann man vom Ethernet aus 230V AC schalten.
Siehe http://w3.siemens.com/mcms/programmable-logic-controller/de/logikmodul-logo/seiten/default.aspx
Proprietäre Einzellösungen
Anbindung der Gegensprechanlage
Kommerzielle Lösungen
Wie binde ich die Klingel, den Türöffner und das Audio meiner Gegensprechanlage in mein SmartHome ein?
- Nuki Opener mit Nuki Bridge, Anbindung über WLAN
- Doorbird D301A, über WLAN oder PoE (Power over Ethernet)
- mit offener API
- Siedle IQ Nachrüstlösung für Gegensprechanlage
Selbstbaulösung mit Ritto Funkmodul
Mit der Funk-Sendeplatine von Ritto (7656) kann man über 863 MHz-Frequenz das Klingelsignal weitergeben.
Selbstbaulösung mit Wemos D1 Mini und MQTT
Alternativ gibt es auch eine Selbstbaulösung mit Hilfe des Wemos D1 Mini, einem Arduino-Verschnitt mit eingebautem WLAN:
- Anleitung zur Aufrüstung eines Ritto-Türtelefons
- Software: Quellcode für den Wemos bei dieser Aufrüstung
- Hardwarebasis Ritto: http://deh0511.de/twinbus/
Auf dem Android-Smartphone
- kann man sich die Nachrichten mit MQTT Notification von Andreas Auer anzeigen lassen, d.h. wenn es an der Tür läutet, bekommen die Jugendlichen Smartphone-Nutzer eine Meldung auf ihr Gerät. Eine Alternative zu MQTT Notification ist MQTT Snooper
- Alternativ bindet man an den MQTT-Server einen weiteren MQTT-Client (z.B.
mosquitto_sub
), der Push Notifications auf dem Android-Smartphone auslöst. Dafür gibt es auch fertige Lösungen, z.B. Pushover.
Zum Testen kann auch ein MQTT over Websocket-Client genutzt werden, z.B. der Webclient von HiveMQ.
Spracherkennung
Eine menschliche Schnittstelle stellt https://get-lauren.com/ zur Verfügung.
Internet der Dinge
Eine Open Source-Standard im Bereich Internet der Dinge versucht Panasonic mit https://opendof.org zu setzen.
Weitfunkstandards für das IoT
LoRaWAN
Siehe LoRaWAN
Sigfox
- freie Frequenzlizenz
- Datenrate: 100 Bit/s
- Reichweite: 10-50 km, Netz von SigFox benötigt (in Deutschland weitgehend flächendeckend)
- Testmodul Sens'it 2 (bei Conrad für 77 €)
- 2 Jahre kostenlose Nutzung des SigFox-Netzes, danach kostenpflichtig
- Batteriedauer 3 Monate, mit micro-USB aufladbar
- Sensoren:
- Temperatur
- Luftfeuchtigkeit
- Helligkeit
- Türöffnungserkennung
- Magneterkennung
- Tastenerkennung
- Bewegungs- und Vibrationserkennung
IoT-Software-Hubs
Die "Dinge" des Internet of Things (IoT) unterhalten sich teilweise direkt, teilweise werden kompliziertere Verhaltensregeln in einer intelligenteren Einheit verwaltet, der Daten verschiedener Quellen erhält.
Dazu gibt es verschiedene Open Source-Produkte:
- FHEM - in Perl programmiert, große deutschsprachige Community
- OpenHAB - in Java programmiert, seit Version 2 recht komfortabel zu bedienen.
- iobroker - auf Basis von Node.js in JavaScript programmiert
- Home Assistant HASS - in Python programmiert
IoT-Cloud-Hub
- IFTTT
- ThingSpeak
- Microsoft Flow
Anwendungsfälle
Variable Strompreise
Anbieter
Erste Anbieter wie Eon, aWATTar, Tibber bieten variable Strompreise an. Diese richten sich nach der Verbrauchs- und Produktionslage.
- aWATTar
- https://api.awattar.de/v1/marketdata (ab 14 Uhr mit den Daten des Folgetages)
- https://www.awattar.de/services/api
- https://github.com/sirjojo69/ioBroker.awattar
- Grundpreis: 14,20 € (wohl inkl. Smart Meter und Smart Meter Gateway, aber Internetanschluss muss bereitgestellt werden)
- Dynamischer Preis: 0,13 € plus 103 % des Börsenpreises
- Tibber
- https://developer.tibber.com/docs/overview
- https://developer.tibber.com/explorer - ohne Tibber-Konto den "load demo token"-Button betätigen.
- Grundpreis: 9,16 €/Monat (3,99 € für Tibber, 5,17 € für Netznutzung und Messstellen) - SmartMeter wohl extra zu zahlen
- Dynamischer Preis: Börsenpreis plus 0,14 €/kWh
Vorbereitung: Lohnt das?
Um festzustellen, ob sich variabel Strompreise lohnen, sollte man wissen, wie sich der eigene Stromverbrauch über den Tag, die Woche, den Monat verteilt.
Dazu kann man bei modernen Messeinrichtungen die INFO-Schnittstelle nach dem EDL21-Standard auf Basis der Smart Meter Language SML nutzen. Z.B. mit
- dem Smart Meter Reader von Lobaro, der die Daten über LoraWAN weitergibt.
- ↑ Vgl. https://www.symcon.de/forum/threads/7102-ETS-zwingend-notwendig
- ↑ Vgl. auch die Empfehlungen des KNX-Bloggers.
- ↑ Siehe http://knx-blogger.de/knx-verkabelung-beispiel/
- ↑ Siehe http://www.elektrobasis.de/Unternehmen/Elektro/Gebaudesystemtechnik/KNX-EIB/KNX-Systemeigenschaft/knx-systemeigenschaft.HTM
- ↑ Siehe https://smarthomebau.de/ets5-professional-fast-kostenlos-knx-kostenguenstig-konfigurieren/
- ↑ Siehe http://knx-blogger.de/ets4-lite-ecampus-test-arbeiten-mit-der-ets4/ .
- ↑ Vgl. http://www.knipp.org/2012/10/gratis-ets-lizenz/
- ↑ Siehe http://knx-blogger.de/physikalische-adressen-eindeutige-namen-der-knx-bus-teilnehmer/
- ↑ Siehe http://knx-blogger.de/physikalische-adressen-eindeutige-namen-der-knx-bus-teilnehmer/ .
- ↑ Vgl. Beitrag #5 auf https://knx-user-forum.de/forum/%C3%B6ffentlicher-bereich/knx-eib-forum/23284-physikalische-adressen-programmieren-ohne-ets
- ↑ Vgl. http://www.meintechblog.de/2015/04/knx-aktor-in-10-schritten-mit-ets5-programmieren/
- ↑ Vgl. http://www.meintechblog.de/2015/04/knx-aktor-in-10-schritten-mit-ets5-programmieren/
- ↑ Vgl. Beitrag #6 auf https://knx-user-forum.de/forum/%C3%B6ffentlicher-bereich/knx-eib-forum/23284-physikalische-adressen-programmieren-ohne-ets
- ↑ Siehe http://home.arcor.de/RoBue/1-Wire/1-Wire.html .
- ↑ Siehe die Historie bei fischer-net.de