SmartHome Hacks

Hausautomatisierung selber machen
 
 
O'Reilly (Verlag)
  • 1. Auflage
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  • erschienen am 10. Mai 2016
  • |
  • 342 Seiten
 
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978-3-96010-037-9 (ISBN)
 
Machen Sie aus Ihrem Haus oder Ihrer Wohnung ein SmartHome! Dieses Buch zeigt den Weg, wie Sie mit Hausautomationssystemen individuelle bedarfsgerechte Lösungen entwickeln. Ob es nun darum geht, fertige SmartHome-Anlagen mit neuen Anwendungen aufzupeppen, neue Sensoren an diese Anlagen anzukoppeln oder gar das SmartHome komplett neu zu planen - hier gibt es Einblicke in die Unterschiede und Vorteile verschiedener Konzepte. Die Anleitungen des Buchs wenden sich dabei auch an Leser ohne tiefgehende Kenntnisse in Elektronik und Netzwerktechnik. In verständlicher Sprache zeigt Peter A. Henning das breite Spektrum der Möglichkeiten eines SmartHome, führt in den Umgang mit Aktoren und Sensoren ein und verbindet diese zu innovativen Vorschlägen.
Fertige Lösungen für das SmartHome sind oft sehr teuer, bauen häufig auf nicht ausbaubaren Techniken auf oder decken eben nicht ganz den eigenen Bedarf. SmartHome Hacks hingegen stellt einfache Lösungen vor, die für wenig Geld beispielsweise auf einem Arduino oder einem Raspberry Pi realisiert werden können. Peter A. Henning erläutert in über 60 Hacks, wie Sie mithilfe kleiner Programme oder preiswerter Elektronikbauteile selbst zu einem automatisierten Heim erster Klasse kommen. Dabei zeigt eine Einordnung in vier »Schärfegrade«, wie anspruchsvoll die Ausführung eines jeden Hacks ist.
Dem Heimautomationsprojekt FHEM, dem »Schweizer Taschenmesser« unter den SmartHome-Systemen, ist ein besonderer Schwerpunkt gewidmet. Darüber hinaus aber geht das Buch auch auf die Standards enOcean, KNX, Z-Wave und ZigBee ein. Ausführlicher werden das HomeMatic-System und die 1-Wire-Technologie diskutiert.
  • Deutsch
  • Heidelberg
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  • Deutschland
  • 29,77 MB
978-3-96010-037-9 (9783960100379)
396010037X (396010037X)
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Der Autor Prof. Peter A. Henning ist Physiker, Informatiker und seit über 40 Jahren Funkamateur. Über seine Forschungsarbeit hat er mehr als 100 wissenschaftliche Veröffentlichungen verfasst und ist Autor mehrerer Bücher. Sein ausgeprägter Hang zum »Selbermachen« hat ihn dazu gebracht, moderne Technologien auch in das Wohnumfeld zu übertragen. In diesem Buch verknüpft er mehrere Fachgebiete und ermöglicht so, neue innovative Lösungen kennen zu lernen. 2007 war Peter A. Henning deutscher »Professor des Jahres«.
  • Titel
  • Impressum
  • Inhalt
  • Kapitel 1: Read Me First !
  • Ein Beispiel
  • Welches System?
  • Warnung vor Gefahren
  • Anleitung für Anarchisten
  • Vom WAF
  • Wolkig mit Aussicht auf Verwirrung
  • Technische Details
  • Sensoren und Aktoren
  • Einheiten und Maße
  • Links und Ergänzungen
  • Kapitel 2: Hacks zur Lichtsteuerung
  • Hack: Lichtschalter dorthin verlegen, wo man sie braucht
  • Detaillierte Planung
  • Einfache Realisierung
  • Hack: Licht mit Bedingungen schalten
  • Lichtsteuerung priorisieren
  • Zwei Leuchten schalten
  • Lichtszenarien am Morgen und am Abend
  • Hack: Licht soll auf die Bewegung von Menschen reagieren
  • Lichtsteuerung mit FHEM
  • Hack: Farbtemperatur bei LEDs
  • Farbtemperatur quantitativ
  • LED in der Praxis
  • Hack: Farbtemperatur einstellen
  • Hack: Temperatur in Farbe umsetzen
  • Kapitel 3: Hacks zur Verbrauchsmessung
  • Hack: Energieverbrauch aus Betriebszeiten bestimmen
  • Stromfluss detektieren
  • Umrechnung in den Energieverbrauch
  • Hack: Stromverbrauch am Zähler messen
  • Messung an der Ferraris-Drehscheibe
  • Messung an der Leuchtdiode
  • Messung am Zählwerk
  • Hack: Gas- und Wasserverbrauch messen
  • Hack: Verbrauch am Zähler mit S0-Ausgang messen
  • S0-Zähler mit einem Raspberry Pi
  • S0-Zähler mit dem 1-Wire-System
  • Hack: Daten loggen und visualisieren
  • Logging
  • Visualisierung
  • Schönere Bilder
  • Kapitel 4: Hacks zur Messung von Umweltdaten
  • Hack: Funksensoren für Temperatur und Feuchte
  • Hack: 1-Wire-Sensoren für die Temperatur
  • Hack: 1-Wire-Feuchtemessung
  • Hack: 1-Wire-Multisensor
  • Luftdruckmessung
  • Helligkeitsmessung
  • Gaskonzentration messen
  • Hack: Digitale Sensoren auswerten
  • Temperatur- und Feuchtesensoren DHT11 und DHT22
  • Sensoren und Module mit I2C- und SPI-Interface
  • Hack: Analoge und digitale Sensoren mit anderen Systemen auswerten
  • Hack: Weitere Umweltdaten messen
  • Hack: Datenlogger
  • Hack: Daten archivieren
  • Hack: Behaglichkeitsmessungen
  • Behaglichkeitsmessung in FHEM
  • Hack: Vermeidung von Schimmel
  • Hack: Kalibrierung von Sensoren
  • Kalibrierung von Thermometern
  • Kalibrierung von Hygrometern
  • Kalibrierung von Gassensoren
  • Kapitel 5: Hacks für die Heizung
  • Hack: Wunschtemperatur in jedem Raum
  • Hack: Heizbedarf ermitteln und nutzen
  • Heizbedarf aus Ventilstellungen ermitteln
  • Hack: Heizkurve optimieren und missbrauchen
  • Hack: Partybetrieb, Ferienprogramm und Spartasten nutzen
  • Hack: Tür-Fenster-Kontakte anbinden
  • Hack: Heizungsanlage ins SmartHome integrieren
  • eBus-Adapter für Heizungsanlagen von Vaillant, Weishaupt und Wolf
  • Optolink-Adapter für Heizungsanlagen von Viessmann
  • Hack: Zirkulationspumpe wie und wann einschalten?
  • Hack: Zirkulationspumpe durch ein Fertiggerät steuern
  • Hack: Zirkulationspumpe mit einem selbst gebauten Interface steuern
  • Hack: Zirkulationspumpe durch einen Zustandsautomaten steuern
  • Hack: Solarthermischen Energieertrag messen
  • Hack: Visualisierung der Heizungsanlage
  • Kapitel 6: Hacks für ein sicheres Heim und Grundstück
  • Hack: Abschreckung durch Lichteffekte
  • Hack: Fenster- und Türenzustand erkennen
  • Fenster mit 1-Wire-Chips überwachen
  • Hack: Sichere Garage mit iButtons
  • Hack: Hoftür mit Panikschloss und iButtons
  • Hack: Bewegung melden und Video-Überwachung
  • Was hat sich verändert ?
  • Einbindung in FHEM
  • Hack: Feuchtigkeit melden
  • Hack: Gas melden
  • Hack: Rauch und Feuer melden
  • Hack: Warnungs- und Alarmsignalisierung
  • Hack: Alarmanlage mit FHEM
  • Sensoren der Alarmanlage
  • Aktoren der Alarmanlage
  • Kapitel 7: Hacks zur Fernbedienung und Fernanzeige
  • Hack: Universalfernbedienung im SmartHome
  • Hack: Infrarotfernbedienung mit dem Computer
  • Hack: Anwesenheitserkennung via Smartphone
  • Geozone rund um das SmartHome
  • Anwesenheitserkennung im Haus - auch ohne Smartphone?
  • Hack: Textanzeige auf einem LCD
  • Hack: Digitaler Bilderrahmen als Anzeige
  • Hack: SmartHome-Daten in Bilder umwandeln
  • Daten - woher?
  • Hack: Tablet als Anzeige und Bediengerät
  • Anzeige von Bildern
  • Steuerung über das Tablet
  • Weitere Tablet-Funktionen steuern
  • Hack: Eigene Widgets programmieren
  • Lineare Säule als Widget
  • Thermometer als Widget
  • Kapitel 8: Hacks für Musik und Medien
  • Hack: Sprachausgabe im SmartHome
  • Sprache auf einem Raspberry Pi ausgeben
  • Hack: Spracherkennung im SmartHome
  • Hack: Multiroom-Audiosystem
  • Musik komprimieren - oder nicht?
  • Hack: Smart-TV im SmartHome
  • Eigene Apps für den Smart-TV
  • Hack: Smart-TV selbst bauen
  • Kapitel 9: Hacks für Kalender und Zeiten
  • Hack: An wiederkehrende Aufgaben erinnern
  • Erzeugung von Kalenderdateien
  • Auswertung von Kalenderdateien
  • Hack: Feiertage automatisch erkennen
  • Hack: Smarter Wecker mit FHEM
  • Kapitel 10: Hacks für das Wetter
  • Hack: Daten der Wettervorhersage holen
  • Hack: Stundengenaue Wetterprognose
  • Hack: Eigene Wetterdaten im Netz zur Verfügung stellen
  • Kapitel 11: Hacks für Pflanzen und Tiere
  • Hack: Bodenfeuchte messen
  • Hack: Bewässerungsanlage steuern
  • Sicherheit der Bewässerung
  • Hack: Die Katze automatisieren
  • Hack: Den Hund automatisieren
  • Hack: Das Aquarium automatisieren
  • Kapitel 12: Systemkritik
  • Hack: Funksysteme für das SmartHome
  • InterTechno
  • FS20
  • Z-Wave
  • EnOcean
  • ZigBee
  • Weitere Netze
  • Hack: Ankopplung von Funksystemen
  • Transceiver für Funksysteme
  • Sende- und Empfangstechnik für Funksysteme
  • Antennen für das SmartHome optimieren
  • Hack: HomeMatic-System
  • Peering und Pairing
  • Protokoll
  • HomeMatic-Komponenten
  • Hack: Kabelgebundene Systeme für das SmartHome
  • KNX
  • Bus-Systeme
  • Hack: 1-Wire-System
  • 1-Wire-Busmaster
  • 1-Wire-Verkabelung
  • 1-Wire-Komponenten
  • Kapitel 13: Smarte Server für das SmartHome
  • Hack: FHEM auf FritzBox und NAS
  • FHEM auf der FritzBox
  • FHEM auf der NAS
  • Hack: Raspberry Pi und Co
  • Raspberry Pi
  • Weitere Mikrocomputer
  • Hack: Speicherkartenzugriffe optimieren
  • Hack: USB-Ports unter Linux fest zuordnen
  • Hack: Watchdog-Timer nutzen
  • Weitere Konfigurationsmöglichkeiten des Watchdog-Timers
  • Index

2 Hacks zur Lichtsteuerung


SmartHome bedeutete für unsere Großeltern, dass man durch Drehen oder Drücken eines kleinen Knopfes Licht in das Dunkel der Nacht bringen konnte. Für die meisten Menschen, die dem Thema SmartHome verfallen, ist dies tatsächlich auch heute noch der erste Anwendungsfall (oder »Use Case«, wie man in der Informatik sagt). Nur geht es nicht mehr darum, das irgendwie und irgendwo zu tun, sondern wir beherrschen das Licht inzwischen vollständig. Wir wollen bestimmen, von wo aus, mit welcher Helligkeit und Farbe, zu welchen Zeiten und unter welchen Bedingungen das Licht eingeschaltet wird.

Abbildung 2-1
Hardware für die einfache Lichtsteuerung. Links oben ein Home-Matic-Systemschaltaktor (in verschiedene Schalterprogramme integrierbar), rechts oben eine HomeMatic-Fernbedienung. Links unten ein Unterputz-Schaltaktor für EnOcean, in der Mitte unten ein batterieloser Aufputz-Wandschalter von EnOcean und rechts unten eine schaltbare Zwischensteckdose des Z-Wave-Systems.

Hack: Lichtschalter dorthin verlegen, wo man sie braucht


Unsere Wohnung verändert sich mit uns:

Ein neuer größerer Fernseher kommt ins Haus, und wir müssen umdekorieren - und plötzlich können wir das Deckenlicht nicht mehr komfortabel vom Sessel aus dimmen.

Ein Umbau - und plötzlich haben wir den Lichtschalter für die Gästetoilette auf der falschen Seite.

Ein Pflegefall in der Familie - und wir möchten es der gepflegten Person ermöglichen, das Licht vom Bett aus zu schalten.

Kurz, wir brauchen einen Lichtschalter an einer anderen Stelle und möchten nicht, dass dafür Wände aufgestemmt werden - ein Funkschaltsystem muss her. Für diesen Anwendungsfall besteht das Funkschaltsystem mindestens aus zwei Komponenten:

erstens aus einem Funksender. Dieser spielt die Rolle eines Sensors, denn er reagiert auf ein externes Ereignis - auf das Drücken einer Taste.

zweitens aus einem Funkempfänger als Aktor, der die Leuchte letzten Endes anschaltet. In bidirektionalen Systemen hat der Aktor auch einen Sender, mit dem er dem Sensor Rückmeldung über die erfolgreiche Schaltaktion gibt, und dementsprechend hat der Sensor einen Empfänger, mit dem er diese Rückmeldung empfängt.

Ein solches Funkschaltsystem kann man auch einsetzen, wenn man gar keinen Eingriff in das Stromnetz vornehmen will: mit einem batteriebetriebenen Funksender und einem Aktor in Form eines schaltbaren Zwischensteckers. Diesen allereinfachsten Fall wollen wir aber im Folgenden nicht betrachten Stattdessen gehen wir davon aus, dass die Leuchte fest installiert ist und der bisherige Schalter in einer Anschlussdose in der Wand sitzt.

Im nächsten Abschnitt sollen alle relevanten Details eines solchen Schaltertausches diskutiert werden. Das bedeutet: ganz viel Für und Wider - und eigentlich ein komplizierter Entscheidungsprozess, den man einmal genau durchlaufen sollte.

Für einen ersten Überblick kann man aber die nachfolgenden Ausführungen überspringen und direkt bei der Realisierung anfangen, also im nächsten Abschnitt.

Detaillierte Planung

Für den in der Wand befindlichen Schalter gibt es schon mal verschiedene Varianten:

einfache Ein-/Ausschalter - diese schließen oder trennen einfach nur einen Kontakt.

Wechselschaltungen, mit denen eine Leuchte von zwei Orten geschaltet werden kann. Dafür benötigt man einpolige Umschalter.

Kreuzschaltungen, mit denen eine Leuchte von mehr als zwei Orten geschaltet werden kann. Dafür werden zweipolige Umschalter benötigt.

Die meisten Schaltaktoren für SmartHome-Systeme sind als einpolige Umschalter ausgeführt, können also in den beiden erstgenannten Fällen eingesetzt werden. Bei Kreuzschaltungen wird es deutlich schwieriger, einfach nur einen Schalter zu ersetzen. Hier ist dann zu empfehlen, alle Schalter durch Tastensensoren zu ersetzen und einen gemeinsamen Aktor anzusteuern.

Für die weitere Planung gehen wir davon aus, dass zunächst ein einzelner Schalter ausgetauscht werden soll. Dann sind verschiedene Entscheidungen zu treffen, die mit der Verfügbarkeit und Anordnung von Schalterdosen zu tun haben.

Zuerst muss man sich darüber klarwerden, ob der neue Lichtschalter (hier ist die Betätigungseinheit gemeint, also der Sensor) in eine vorhandene oder in eine neu zu schaffende andere Anschlussdose eingesetzt werden soll:

Wenn nicht, muss der Sender entweder eine batteriebetriebene Funkfernbedienung sein, eine Smartphone-App oder ein batteriebetriebener Aufputz-(AP-)Funksender.

Wenn ja, muss geklärt werden, ob die andere Anschlussdose einen Netzanschluss hat:

Wenn ja, kann er eine netzgebundene Stromversorgung haben.

Wenn nicht, muss der Funksender ein Unterputz-(UP-)Funksender mit Batteriebetrieb sein.

Die zweite wichtige Frage ist, ob der alte Schalter seine Funktion behalten soll:

Wenn nicht, kann man ihn durch eine Blindplatte ersetzen und stattdessen dahinter den reinen UP-Schaltaktor einbauen. Allerdings muss noch geklärt werden, ob es sich um ein Zweileiteroder um ein Dreileitersystem handelt (siehe unten).

Wenn ja, muss geklärt werden, ob in dieser Schalterdose eventuell sogar neue Funktionen hinzukommen sollen, die andere Geräte steuern. Das ist deshalb möglicherweise sinnvoll, weil Schalterdosen rar sind - und nicht jeder möchte dauernd zur Fernsteuerung sein Smartphone zücken müssen.

Ist das nicht der Fall, kann der gesamte alte Schalter durch einen System-Schaltaktor ersetzt werden. Dieser kann dann sowohl vor Ort durch einen Tastendruck als auch aus der Entfernung durch den Funksender betätigt werden. Solche System-Schaltaktoren finden sich in fast allen SmartHome-Systemen, und zwar so, dass sie durch einfache Adapter auch in verschiedene Standard-Schalterprogramme von Markenherstellern integriert werden können. Voraussetzung ist meistens ein Dreileitersystem.

Will man noch andere Geräte aus dieser Schalterdose steuern, kann man z.B. den alten Schalter durch einen Doppeltaster ersetzen und hinter diesen in der Dose, die man dazu möglicherweise vertiefen muss, einen UP-Funksender einbauen. Klar, dass für den Schaltaktor dann ein anderer Platz gefunden werden muss - etwa, indem er durch Umbau der anzusteuernden Leuchte direkt in diese integriert wird. Auch hier ist in der Regel ein Dreileitersystem die Voraussetzung.

Die Vielzahl von Möglichkeiten für die Lichtschalterverlegung habe ich in Tabelle 2-1 zusammengefasst.

Was hat es jetzt mit dem Zweileitersystem auf sich? In älteren (oder sparsamen) Installationen sind Lichtschalter oft nur mit einem zweiadrigen Kabel als »Stichleitung« an die Anschlussdose angebunden: Phase hin, geschaltete Phase zurück, aber es fehlt der Nullleiter. Manchmal findet sich auch ein dreiadriges Kabel mit grünem Schutzleiter - aber ohne Nullleiter. Deshalb kann sich in diesen Fällen ein elektronisches Gerät (wie der einzubauende Schaltaktor) nicht direkt mit Netzspannung versorgen. Bei einem Dreileitersystem hingegen liegt in der Dose auch ein Nullleiter. Dann kann nahezu jeder Schaltaktor verwendet werden.

Es gibt zwar Funkaktoren, die ohne Nullleiter auskommen. Dabei handelt es sich aber in der Regel um Dimmaktoren, bei denen immer ein geringer Stromfluss durch die Leuchte stattfindet (irgendwoher muss die Energie für die Elektronik ja kommen). Entsprechende Modelle sind z.B. im Z-Wave- und im InterTechno-System erhältlich. Der Einbau eines solchen Aktors für ein Zweileiter-system kann allerdings nicht empfohlen werden, wenn man irgendwann auf LED-Beleuchtung umstellen möchte. Die in LEDs oft vorhandenen Schaltnetzteile reagieren auf einen kleinen Stromfluss bei manchen Ausführungen so, dass sie in regelmäßigen Abständen die LED aufblitzen lassen - und oft ist der vom Aktor »verlangte« minimale Stromfluss so groß, dass die LED gar nicht auszuschalten ist.

Tabelle 2-1
Lichtschalter verlegen - aber wie?

 

Neuer Schalter

 

 

Alter Schalter

Keine andere Dose

Andere Dose ohne Netz

Andere Dose mit Netz

Wird entfernt und durch Aktor ersetzt

Blindplatte mit Aktor + Aufputzfunksender (Batterie)

Blindplatte mit Aktor + Unterputzfunksender (Batterie)

Blindplatte mit Aktor + Unterputzfunksender (Netz)

Wird entfernt und überbrückt

Blindplatte + Aufputzfunksender (Batterie) + Aktor in Leuchte

Blindplatte + Unterputzfunksender (Batterie) + Aktor in Leuchte

Blindplatte + Unterputzfunksender (Netz) + Aktor in Leuchte

Bleibt, aber auch...

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