Heimautomation mit KNX, DALI, 1-Wire und Co.

Geleitwort ... 39


Vorwort ... 40




TEIL I Einführung ... 45



1. Motivation »Intelligentes Wohnen« ... 46


1.1 ... Ein virtueller Rundgang ... 46

1.2 ... Smart Home, Heimautomation -- was ist das? ... 50

1.3 ... Die Wahl des Bussystems ... 53



2. Entscheidung Smart Home: ja oder ja ... 55


2.1 ... Rechnet sich eine Businstallation für mich? ... 55

2.2 ... Das Smart Home und der Energieverbrauch ... 56

2.3 ... Wie bringe ich es meiner Frau bei? ... 60

2.4 ... Das Smart-Home-Gruselkabinett ... 63



3. Die Smart-Home-Ausbaustufen ... 66


3.1 ... Die Smart-Home-Pyramide ... 66

3.2 ... Was können Sie von Ihrem Smart Home erwarten? ... 69




TEIL II Grundlagen ... 77



4. Die Elektrik im Wohnhaus ... 78


4.1 ... Überstromschutzeinrichtungen und Fehlerstromschutzeinrichtungen ... 78

4.2 ... Leitungsverlegung und Installationszonen ... 85

4.3 ... Die wichtigsten Installationsleitungen ... 89

4.4 ... Die IP-Schutzarten ... 92



5. Grundwissen Elektronik und Digitaltechnik ... 94


5.1 ... Einfache Logikfunktionen ... 94

5.2 ... Flipflops ... 95

5.3 ... Schließer und Öffner ... 96

5.4 ... Wie funktioniert ein Regelkreis? ... 97

5.5 ... Hysterese ... 101

5.6 ... Die Einheit Lux ... 102



6. Gebäudeautomation verstehen ... 104


6.1 ... Das Smart Home umfasst alle Gewerke ... 104

6.2 ... Vergleich mit der herkömmlichen Elektroinstallation ... 107

6.3 ... Basistechnologien für die Gebäudeautomation ... 110

6.4 ... Die KNX-Infrastruktur ... 111

6.5 ... Meistern Sie den Einstieg! ... 116



7. Intelligent vernetzen mit EIB/KNX ... 120


7.1 ... KNX beherrscht verschiedene Übertragungsmedien ... 122

7.2 ... Die Topologie von KNX TP ... 123

7.3 ... Die physikalischen Adressen ... 128

7.4 ... Die Gruppenadressen ... 129

7.5 ... Die Topologie von KNX PL ... 132

7.6 ... Die Topologie von KNX RF ... 135

7.7 ... IP als Medium: KNXnet/IP ... 136

7.8 ... Wie funktioniert die Übertragung? ... 139

7.9 ... Die KNX-Protokolle ... 143



8. Atmosphärisches Licht mit DALI ... 155


8.1 ... Was ist DALI? ... 155

8.2 ... Warum gibt es DALI? ... 156

8.3 ... Die DALI-Technik ... 157

8.4 ... Die DALI-Installation ... 159

8.5 ... DALI im Smart Home ... 162

8.6 ... Der DALI-2-Standard ... 163



9. 1-Wire: nicht nur »eine« Ader ... 165


9.1 ... 1-Wire-Grundlagen ... 166

9.2 ... Die Spannungsversorgung des 1-Wire-Bus ... 171

9.3 ... Die Architektur: Topologie von 1-Wire ... 175

9.4 ... Die 1-Wire-Identifikationsnummer ... 177

9.5 ... Die richtige Verkabelung ... 178

9.6 ... Die Überprüfung Ihres 1-Wire-Netzwerks ... 180

9.7 ... 1-Wire: So wird es professionell ... 181

9.8 ... Literatur ... 184



10. Energy Harvesting mit EnOcean ... 185


10.1 ... Der EnOcean-Standard ... 186

10.2 ... EnOcean im Einsatz ... 190

10.3 ... EnOcean im Smart Home ... 192



11. Weitere Technologien und Standards ... 196


11.1 ... Einfache serielle Verbindungen mit RS-232 und RS-485 ... 196

11.2 ... DMX -- professionelles Licht aus der Bühnentechnik ... 200

11.3 ... ZigBee und Z-Wave ... 203

11.4 ... Ethernet -- der Standard in der vernetzten Welt ... 207

11.5 ... Funknetzwerke mit WLAN ... 213

11.6 ... Antriebe steuern mit SMI ... 218

11.7 ... Und es gibt noch mehr: HomeMatic, RWE SmartHome usw. ... 220



12. Ausgewählte Netzwerkprotokolle ... 223


12.1 ... Das OSI-Referenzmodell ... 223

12.2 ... Netzwerke mit SNMP managen ... 225

12.3 ... Plug-and-play durch UPnP und DLNA ... 235



13. Linux kennenlernen ... 241


13.1 ... Sichere Verbindungen mit SSH ... 241

13.2 ... Das Terminal ... 243

13.3 ... Der Editor nano ... 244

13.4 ... Linux-Grundlagen ... 245

13.5 ... Die APT-Paketverwaltung ... 252

13.6 ... Der Linux-Startvorgang ... 255



14. Ihren Server administrieren ... 263


14.1 ... Gewinnen Sie Informationen aus Logdateien ... 263

14.2 ... Übersicht der wichtigsten Konfigurationsdateien ... 265

14.3 ... Verbindungsaufbau über Ports ... 267

14.4 ... Einfache Serverüberwachung per Webbrowser ... 269

14.5 ... Optimieren Sie Ihren Server ... 271

14.6 ... Wichtige Kommandos für den Administrator ... 277



15. Methodisch vorgehen: die UML ... 283


15.1 ... Motivation: Warum modellieren, warum UML? ... 283

15.2 ... UML-Diagrammtypen ... 286

15.3 ... UML-Tools ... 288




TEIL III Vorbereitung und Planung ... 291



16. Starten Sie die Planung ... 292


16.1 ... Der Masterplan ... 292

16.2 ... Die wichtigsten Stakeholder ... 294

16.3 ... Bestimmen Sie Ihre Raumausstattung ... 299

16.4 ... Wichtige Hersteller ... 307

16.5 ... Das KNX-User-Forum ... 309



17. Fürs Grobe: Werkzeuge ... 312


17.1 ... Handwerkzeug ... 312

17.2 ... Elektrowerkzeug ... 320



18. Fürs Feine: Softwaretools ... 322


18.1 ... Schaltpläne zeichnen mit sPlan ... 322

18.2 ... Ideal für Tests: VirtualBox ... 326

18.3 ... Kreatives Planen mit Visio ... 337

18.4 ... Planen mit Excel ... 340

18.5 ... Wireshark -- der Protokoll-Analyzer ... 343

18.6 ... Kleine Helferlein für die Netzwerkdiagnose ... 348



19. Das richtige Installationsmaterial ... 360


19.1 ... Leitungen ... 360

19.2 ... Leerrohre ... 367

19.3 ... Installationsdosen ... 372

19.4 ... Installationsklemmen ... 377

19.5 ... Reihenklemmen ... 380



20. Die Smart-Home-Prinzipien ... 388


20.1 ... Was macht ein Eigenheim eigentlich smart? ... 388

20.2 ... Und was macht es nicht unbedingt noch smarter? ... 389

20.3 ... Goldene und silberne Regeln ... 390

20.4 ... Wichtige Grundsätze ... 398

20.5 ... Denken Sie in Szenen ... 401



21. Lernen Sie die Planungsschritte kennen ... 408


21.1 ... Wünschen Sie sich etwas: mit dem Raumbuch ... 408

21.2 ... Der Leitungsplan ... 415

21.3 ... Die Verteilerplanung ... 418

21.4 ... Der Stromlaufplan ... 427

21.5 ... Bedienkonzepte bei Schaltern ... 428

21.6 ... Logikanforderungen ... 434



22. Bares Geld sparen ... 441


22.1 ... Welche Arbeiten können Sie selbst durchführen? ... 441

22.2 ... Wie werden Leitungen eingezogen? ... 442

22.3 ... Die Komponenten einkaufen ... 444

22.4 ... KNX-Komponenten im Rechenbeispiel ... 451

22.5 ... Ansetzen der Preisschraube ... 455



23. Planen der Infrastruktur ... 456


23.1 ... Vernetzen der Subsysteme ... 456

23.2 ... Der strukturierte Ethernet-Netzwerkaufbau ... 463

23.3 ... Die Sicherheit von KNX ... 465

23.4 ... Schaffen Sie einen sicheren Netzwerkzugang ... 468

23.5 ... Das Netzwerk abschotten mit Firewalls ... 473

23.6 ... Ein Backup-System einrichten ... 476

23.7 ... Verschlüsselung der Daten ... 483

23.8 ... Denken Sie an den Energieverbrauch ... 485




TEIL IV Hardware ... 491



24. Schaltschrank -- der Maschinenraum ... 492


24.1 ... Hausanschlusskasten, Zählerschrank, Stromkreisverteiler ... 492

24.2 ... Der Stromkreisverteiler im Detail ... 493

24.3 ... Hinweise zur Dimensionierung, Installation und Platzierung ... 496

24.4 ... Ein 19-Zoll-Rack für Netzwerk und Multimedia ... 497



25. Den Bus versorgen: Spannungsquellen ... 502


25.1 ... Speziell: KNX-Spannungsversorgung ... 502

25.2 ... Die Drossel ... 506

25.3 ... Universell: REG-Spannungsquellen ... 507



26. Mit Schnittstellen auf den KNX-Bus zugreifen ... 509


26.1 ... Einfach: serielle Schnittstelle ... 509

26.2 ... Robust: USB-Schnittstelle ... 511

26.3 ... Komfortabel: IP-Schnittstelle ... 512

26.4 ... Flexibel: IP-Router ... 516

26.5 ... Extravagant: Der Raspberry Pi als KNX-Schnittstelle ... 519

26.6 ... KNX-Schnittstelle: eine Entscheidungshilfe ... 520



27. Geräte, Linien und Bereiche koppeln ... 523


27.1 ... Ein Einzelgerät anbinden: Busankoppler ... 523

27.2 ... Größer werden: Linienkoppler und Bereichskoppler ... 525



28. Messen mit Sensoren ... 531


28.1 ... Tür- und Fensterkontakte ... 531

28.2 ... Bewegungsmelder ... 535

28.3 ... Präsenzmelder ... 542

28.4 ... Wetterstation ... 549

28.5 ... Rauchwarnmelder ... 554

28.6 ... Wassermelder ... 560

28.7 ... Alarmmelder ... 562

28.8 ... Luftgütesensoren ... 563



29. Schalten mit Aktoren ... 573


29.1 ... Schaltaktor ... 573

29.2 ... Schaltaktor mit Strommessung ... 578

29.3 ... Analogaktor ... 581

29.4 ... Jalousieaktor ... 583

29.5 ... Rollladenaktor ... 587

29.6 ... Dimmaktor ... 588

29.7 ... Heizungsaktor ... 592

29.8 ... Lüfter und Fan-Coil-Aktor ... 595

29.9 ... Unterputzaktoren ... 597



30. Zustände erfassen durch Eingänge ... 599


30.1 ... Binäreingang ... 599

30.2 ... Universal-E/A-Konzentrator ... 602

30.3 ... Unterputzbinäreingang ... 603

30.4 ... Analogeingang ... 605



31. Multifunktionsmodule ... 607


31.1 ... Raum-Master ... 607

31.2 ... Raum-Controller ... 608



32. Welten verbinden mit Gateways ... 610


32.1 ... DALI-Gateway ... 610

32.2 ... DMX-Gateway ... 616

32.3 ... EnOcean-Gateway ... 618

32.4 ... Weitere Gateways für Spezialaufgaben ... 623



33. Grenzenlose Möglichkeiten: Logik-Engines ... 629


33.1 ... Intelligenz auf der Hutschiene: Logikbausteine ... 630

33.2 ... Zentrale Automatisierungsrechner ... 634

33.3 ... Automatisierungssoftware-Lösungen ... 666



34. Energiemanagement ... 668


34.1 ... Wege zur Stromverbrauchserfassung ... 669

34.2 ... Messen mit KNX-Stromzählern ... 672

34.3 ... Infrarotlesekopf ... 674

34.4 ... Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ... 675



35. Sicherheit und Überwachung ... 680


35.1 ... Der Überwachungsbaustein ... 680

35.2 ... Der Störmeldebaustein ... 682

35.3 ... Der Betriebsdatenerfassungsbaustein ... 682

35.4 ... KNX-Sicherheitsbausteine ... 683



36. Bedienen und visualisieren ... 685


36.1 ... Große Vielfalt: klassische Schalterprogramme ... 686

36.2 ... Große Flexibilität: Tastsensoren ... 690

36.3 ... Konventionelle und programmierbare Fernbedienungen ... 705

36.4 ... Intelligente IR-Steuerung ... 709

36.5 ... Die schnelle Anzeige über Signal-LEDs ... 717

36.6 ... Umfassend visualisieren mit Touchscreen ... 722

36.7 ... Von unterwegs: Smartphone ... 728



37. Vorschaltgeräte, Treiber, Leuchtmittel ... 730


37.1 ... Elektronische Vorschaltgeräte einsetzen ... 730

37.2 ... Spannende Möglichkeiten mit DALI-EVGs ... 733

37.3 ... Biorhythmische Beleuchtung: Human Centric Lighting ... 738



38. Bewegen mit Antrieben ... 742


38.1 ... Schließen nie mehr vergessen: Fensterantriebe ... 742

38.2 ... Sie werden es nicht mehr missen wollen: Motorschloss ... 743

38.3 ... Thermoelektrische und elektromotorische Stellantriebe ... 745



39. Audio im Smart Home ... 749


39.1 ... Lautsprecher: Wand, Decke, Standgerät ... 749

39.2 ... Klassisch verstärken in Stereo und Surround ... 752

39.3 ... Verstärker für Multiroom-Audio ... 755

39.4 ... Automatisierung eingebaut: KNX-Multiroom-Verstärker ... 757

39.5 ... Ton mit dem Rechner erzeugen: Soundkarten ... 760

39.6 ... Sonos und Squeezebox ... 762



40. Video im Smart Home ... 764


40.1 ... TV-Karten ... 764

40.2 ... Multiswitch ... 765

40.3 ... Das Smart-TV ... 767

40.4 ... Set-Top-Boxen und SAT-Receiver ... 769

40.5 ... Videomatrix ... 775

40.6 ... Beamer und Heimkino ... 776

40.7 ... DVD- und Blu-Ray-Player ... 780

40.8 ... Videoüberwachung ... 781



41. Netzwerkkomponenten einsetzen ... 783


41.1 ... Simpel: der Hub ... 784

41.2 ... Robust: der Unmanaged Switch ... 785

41.3 ... Flexibel: der Managed Switch ... 787

41.4 ... Der Switch: Entscheidungshilfe ... 789

41.5 ... Netzwerke koppeln: der Router ... 792

41.6 ... Clever verkabeln mit Power over Ethernet (PoE) ... 794



42. Das Arbeitstier: Server ... 796


42.1 ... Der klassische Linux-Server ... 796

42.2 ... Kleine Rechenzwerge: Raspberry Pi, BeagleBone Black & Co. ... 804



43. Speicher: Wohin mit den Daten? ... 817


43.1 ... Die Auswahl der richtigen Festplatten ... 818

43.2 ... Direct Attached Storage (DAS) ... 821

43.3 ... Network Attached Storage (NAS) ... 823

43.4 ... Der kleine RAID-Ratgeber ... 828

43.5 ... Speichern im Netzwerk: ein Praxisbeispiel ... 830



44. Telefon, Türkommunikation und Zutrittskontrolle ... 832


44.1 ... SIP-Türsprechsysteme ... 832

44.2 ... Proprietäre Türsprechsysteme ... 835

44.3 ... Zutrittskontrolle: Alternativen zum Schlüssel ... 838

44.4 ... Telefonie ... 850



45. Wasser, Lüftung, Heizung, Haushaltsgeräte ... 852


45.1 ... Wasserenthärter ... 852

45.2 ... Lüfter ... 854

45.3 ... Kontrollierte Wohnraumlüftung (KWL) ... 855

45.4 ... Heizungssystem ... 856

45.5 ... Schwimmbad ... 863

45.6 ... Intelligente Haushaltsgeräte ... 864




TEIL V Software ... 867



46. KNX parametrieren mit der ETS-Software ... 868


46.1 ... Die ETS installieren ... 869

46.2 ... Richten Sie Ihr eigenes KNX-Projekt ein ... 870

46.3 ... Geräte und Produktdatenbanken ... 876

46.4 ... Die Parametrierung von KNX-Geräten ... 883

46.5 ... Gruppenadressen und Verknüpfungen anlegen ... 890

46.6 ... Die Programmierung durchführen ... 900

46.7 ... Unverzichtbar: der Gruppenmonitor und der Busmonitor ... 910

46.8 ... Gruppenadressen und Kommunikationsobjekte vertieft ... 917

46.9 ... Einrichten einer ETS-Lizenz ... 922

46.10 ... Fehlersuche mit der ETS ... 924

46.11 ... Ein Regelwerk zur KNX-Parametrierung ... 929



47. HomeServer Experte und Client kennenlernen ... 932


47.1 ... Installation und Grundeinstellungen ... 933

47.2 ... Arbeiten mit Kommunikationsobjekten ... 938

47.3 ... Logiken erschaffen ... 944

47.4 ... Webseiten abfragen und auswerten ... 957

47.5 ... Der Programmiervorgang ... 960

47.6 ... Das QuadConfig-Programm ... 964

47.7 ... Die Plug-ins der Quad-Visu ... 966

47.8 ... Der QuadClient ... 977

47.9 ... Schauen Sie dem HomeServer auf die Finger ... 981



48. Multimedia-Software: mächtig und kostenlos ... 990


48.1 ... MPD -- der Music Player Daemon ... 990

48.2 ... Tvheadend -- der Video-Streaming-Server ... 1001

48.3 ... Kodi, ehemals XBMC -- ein luxuriöses Multimedia-Frontend ... 1005



49. Erstaunliche Möglichkeiten mit Open-Source-Automation ... 1016


49.1 ... libSML -- Zählerstände lesen ... 1016

49.2 ... eibd -- der EIB-Daemon ... 1019

49.3 ... Linknx -- Mehrwert für eibd ... 1024

49.4 ... OWFS -- ein Filesystem für 1-Wire ... 1029

49.5 ... FHEM -- die freundliche Hausautomation ... 1033

49.6 ... openHAB 2 -- eine Metaplattform ... 1041

49.7 ... SmartHome.py -- ein modulares Framework ... 1050

49.8 ... smartVISU -- geniale kostenlose Visualisierung ... 1056

49.9 ... knockd -- ein Port-Knocking-Server ... 1061

49.10 ... RRDtool -- Datenbank nach Round-Robin-Prinzip ... 1065

49.11 ... lighttpd -- schlanker Webserver für Embedded-Systeme ... 1071

49.12 ... Freetz -- alternative Firmware für die FRITZ!Box ... 1075

49.13 ... Cacti -- ein Monitoring-Paket ... 1079

49.14 ... v-control -- perfekte Heizungsansteuerung ... 1084

49.15 ... ioBroker als Allzweckwaffe im Smart Home ... 1085



50. Weitere kommerzielle und nicht kommerzielle Software ... 1098


50.1 ... IP-Symcon -- einsteigerfreundliche Automatisierung ... 1098

50.2 ... Professionelle Beleuchtungsplanung mit DIALux ... 1105

50.3 ... Das i-bus Tool -- Inbetriebnahmehilfe für ABB-Komponenten ... 1106




TEIL VI Realisierungen ... 1109



51. Licht steuern ... 1110


51.1 ... Einfache Lichtsteuerung ... 1110

51.2 ... Dimmbares Licht ... 1116

51.3 ... Präsenzgesteuerte Beleuchtung ... 1122

51.4 ... Farbenfroh mit DALI ... 1128



52. Steckdosen schalten ... 1135


52.1 ... Schalten mit einfachen Aktoren ... 1135

52.2 ... Mehr Möglichkeiten durch Stromerkennung ... 1136



53. Jalousien steuern ... 1141


53.1 ... Behang und Lamellen steuern ... 1141

53.2 ... Einen Innenrollladen bewegen ... 1149

53.3 ... Automatiksteuerung mit Wetterzentrale ... 1151



54. Heizung und Raumtemperatur regeln ... 1160


54.1 ... Den Wärmeerzeuger steuern ... 1160

54.2 ... Wohlfühlraumtemperatur mit Einzelraumregelung ... 1162

54.3 ... Erweiterungen und Alternativen ... 1175



55. Vernetztes Hören mit Multiroom-Audio ... 1177


55.1 ... Was benötigen Sie für Ihr eigenes Multiroom-System? ... 1178

55.2 ... Das Konzept ... 1179

55.3 ... Aufbau der Multiroom-Hardware ... 1180

55.4 ... Die Software für Server und Client ... 1182

55.5 ... Die Ansteuerung ... 1187



56. So sieht man Fernsehen heute ... 1191


56.1 ... Zentrale Medienbibliothek ... 1192

56.2 ... Fernbedienung: CEC oder IR-Empfänger ... 1197

56.3 ... Luxuriös fernsehen mit Videoclients ... 1198

56.4 ... Videoserver und Streaming einsetzen ... 1202

56.5 ... Mobil fernsehen ... 1204

56.6 ... Integration ins Smart Home ... 1205



57. Machen Sie Ihr Heim sicher ... 1208


57.1 ... Realisieren Sie eine kleine Alarmanlage ... 1208

57.2 ... Rauchwarnmelder installieren und abfragen ... 1211

57.3 ... Möglichkeiten zur Alarmierung ... 1215

57.4 ... Schneller Überblick mit Zustandsanzeigen ... 1217

57.5 ... Einsatz von Außenkameras ... 1224

57.6 ... Anwendungsszenario Zutrittskontrolle ... 1226



58. Aufbau eines professionellen 1-Wire-Systems ... 1230


58.1 ... Der Hardwareaufbau ... 1230

58.2 ... Einsatz des Wiregates ... 1232

58.3 ... Noch besser: Der Timberwolf als 1-Wire-Server ... 1235



59. Überblick: Programmierung für den Automatisierer ... 1236


59.1 ... Überblick über die wichtigsten Sprachen ... 1236

59.2 ... Einrichten einer Cross-Entwicklungsumgebung ... 1239



60. Die Möglichkeiten von Smart Metering ... 1250


60.1 ... Wichtige Logfiles und Config-Dateien ... 1251

60.2 ... Anschluss der Sensorik an den Messclient ... 1252

60.3 ... Konfigurieren Sie den Smart-Metering-Server ... 1253

60.4 ... Konfigurieren Sie den Messclient ... 1270

60.5 ... Die Erstellung eines collectd-Exec-Skripts ... 1271

60.6 ... Alles zusammen ... 1275



61. Unkonventionelle Projekte -- oder warum brauche ich einen Bewegungsmelder unter dem Bett? ... 1277


61.1 ... Der Bewegungsmelder unter dem Bett ... 1277

61.2 ... Aktienkursabhängige Beleuchtungssteuerung ... 1278



62. Wenn es mal nicht so will: Troubleshooting ... 1282


62.1 ... Generelle Erste-Hilfe-Tipps ... 1282

62.2 ... Verstehen, wo es klemmt -- mit strace ... 1284

62.3 ... Reparieren Sie den GRUB-Bootloader ... 1286



Index ... 1288