Vorstellung meines Smart Home Systems: Ich verwende ein nachträglich eingebautes System mit dem Raspberry Pi, Z-Wave und WLAN Komponenten.
Warum dieses System?
Für mich wichtige Punkte für ein Smart Home System:
- keine Neuverkabelung des Hauses erforderlich
- Offenes System (Hersteller & System unabhängig)
- Volle Kontrolle über das System (Keine Daten werden in die Cloud oder zu anderen Servern geschickt)
- Flexibilität: das System lässt sich nach und nach erweitern
- Eigene Entwicklungen können in das System einfließen, sowohl Software als auch Hardware
- relativ Kostengünstig
Merkmale meines Systems
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- Steuerung über Smartphone möglich
- Zugriff von außen über einen VPN Tunnel
- Stiller Alarm
- Rolladen / Markisen / Licht Steuerung
- Szenen Steuerung
- Informationen über Temperatur / Luftfeuchte in den Räumen
- Informationen über das Wetter
- Sprachsteuerung über Amazon Alexa
Wie sieht das System Hardwaretechnisch aus?
- Ein Raspberry Pi 3B+ (inkl. SD, Netzeil und Gehäuse)
- Ein RaZberry Z-Wave Modul
- Diverse Z-Wave Komponenten (Rolladen schalter, Lichtschalter, Bewegungsmelder, Türsensoren, Zwischenstecker,…)
- Ein paar Wifi Module, realisiert mit ESP8266 und ESP32 Chips
Amazon Einkaufsliste für den Server
- Raspberry Pi 3:
- Raspberry Pi 4:
- Micro SD Card
- Razberry Modul
Wie sieht das System Softwaretechnisch aus?
Auf dem System läuft die OpenSource Software OpenHAB, und diese gleich als eigenes Betriebssystem mit dem Image OpenHABian. OpenHAB bildet in meinem System die Brücke zwischen den Z-Wave Komponenten und meiner Steuerung (Node-RED).
Als Oberfläche und zur Programmierung benutze ich Node-RED , ein auf Node.js basiertes grafisches Entwicklungssystem, welches auch eine GUI zur Verfügung stellen kann. Node-RED stellt mir eine UI als Website zur Verfügung, auf welche ich bequem innerhalb meines Netzwerks zugreifen und meine Haus steuern kann.
Für meine selbst entwickelten Komponenten verwende ich den Eclipse Mosquitto Server. Der Server basiert auf dem MQTT Protokoll, und stellt mir eine sehr einfache Kommunikationsschnittstelle zu meinen ESP Komponenten zur Verfügung.
Smartphone GUI
Eine Schritt für Schritt Anleitung folgt in weiteren einzelnen Blogs, so stay tuned…
Was ist…
…Raspberry Pi?
Ein Einplatinencomputer, in der grösse einer Zigarettenschachtel, auf dem in der Regel ein Linux basiertes Betriebssystem läuft. Neuere Generationen haben bereits WLAN, LAN und USB direkt auf der Platine integriert. Weiterhin gibt es diverse einzelne Anschlusspins (GPIOs), welche programmiert werden können. In der Regel verbraucht der Rechner 1,6 – 1,8 Watt (Raspberry Pi 3B+)
…RaZberry Z-Wave Modul?
Der RaZberry Z-Wave Module ist eine Aufsteckplatine für den Rspberry Pi, um den Raspberry Pi mit dem Z-Wave Netzwerk zu verbinden und zu kontrollieren.
…Z-Wave?
Z-Wave ist ein Funk basiertes Kommunikationsprotokoll, welches speziell für die Hausautomatisierung entwickelt wurde. Die kommunikation ist verschlüsselt. Es gibt sowohl 230V als auch Batterie betriebene Komponenten. Die 230V Komponenten dienen oftmals auch als Repeater innerhalb des Z-Wave Netzwerks, was eine hohe Abdeckung und Stabilitität liefert.
…ESP8266 & ESP32?
ESP8266 und ESP32 sind Mikrocontroller, die auf verschiedene Weisen programmiert werden können. In den meisten Fällen werden sie wohl mit der Arduino IDE programmiert in C++. Das Interessante an diesen Mikrocontrollern ist, dass sie bereits WLAN fähig sind, und so schnell und einfach in ein bestehendes Netzwerk integriert werden können.
…OpenHAB?
OpenHAB (open Home Automation Bus) ist eine open source Software in Java entwickelt, um die Gebäudeautomatisierung zu verwalten. Mit dieser Software können viele verschiedene System und Komponeten verwaltet und automatisiert werden. Bei mir dient sie lediglich als Back-End Schnittstelle zu den Automatisierungskomponenten, da ich die Automatisierung/Programmierung in Node-RED umsetze.
…Node.js?
Node.js ist eine serverseitige Plattfom, welche es ermöglicht eine Server software basierend auf JavaScript (eigentlich Web-Entwicklungssprache) zu realisieren.
…Node-RED?
…Eclipse Mosquitto (MQTT)?
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) ist ein Telegramm basiertes Kommunikationsprotokoll. Im Zentrum des System steht der MQTT Broker (bei mir Eclipse Mosquitto). Am Broker kann sich ein Client anmelden und ein Telegramm zu einem bestimmten „Topic“ senden. Alle Clients, die sich für den bestimmten „Topic“ nun registriert haben, bekommen ebenfalls dieses Telegramm zugestellt. So ist es schnell und einfach möglich, Informationen über ein kurzes Telegramm zwischen verscheidenen Clients in einem Netzwerk auszutauschen.
