Alexa und Smart Home

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Beweggrund
Lampensteuerung
Geräteauswahl
Projektbeschreibung
Dashboard
Webcam
Aufwand

Beweggrund

Nach meiner zweiten Ehe habe ich alleine eine Wohnung in einem Mehrfamilienhaus in Hof bezogen. Hier habe ich mich beginnend mit Alexa und Smart Home beschäftigt. Wenn man allein eine Wohnung bewohnt, gehen einem Gedanken durch den Kopf, was ist zu tun, wenn einem etwas passiert und man nicht mehr vollständig handlungsfähig ist und hilflos in der eigenen Wohnung liegt. Wie bereitet man sich auf eine solche Situation vor.

Durch die Entwicklung der Sprach-Assistenz-Systeme, wie Alexa gibt es die Möglichkeit einen Notruf abzusetzen, um noch Hilfe zu holen. Dazu sind zusätzliche Geräte, wie ein Amazon Echo Connect und ein Cisco SPA112 2-Port Phone Adapter o.ä. anzuschaffen.

Kaum hat man Alexa eingerichtet, möchte man weitere Möglichkeiten nutzen. Der nächste Schritt ist die Sprachsteuerung verschiedener Geräte und der Einsatz von Smart Home.

Lampensteuerung

Zum Beginn versucht man sich mit der Steuerung von Lampen, wie ich in dem Artikel über Alexa und Siri dargestellt habe. An dieser Stelle kann man Smart Home für einen weiteren sinnvollen Einsatz verwenden. Man denke daran, dass häufig im Haus Lampen und andere Geräte zwar eingeschaltet werden, aber das Ausschalten vergessen wird. In dem Haus, das ich jetzt mit meiner Frau bewohne, passiert das häufig im Treppenhaus. Deshalb habe ich für verschiedene Systeme Homematic IP und Meross Routinen implementiert, um die entsprechenden Lampen nach 2 Minuten automatisch auszuschalten. Die folgenden Bilder zeigen für diese beiden Systeme jeweils die Programmierung:

Ausschalten System Homematic IP

System Meross

Leider hat man natürlich damit den Nebeneffekt, dass sich darauf verlassen und das Ausschalten bewusst vergessen wird. Man gewöhnt sich an diesen Service.

Sehr schnell kommen weitere Gedanken und Ideen, die mit Smart Home realisiert werden können.

Geräteauswahl

In der Praxis steht man vor der Qual der Wahl, welche Geräte sollen eingesetzt werden. Da die verschiedenen Hersteller sich noch nicht auf einen gemeinsamen Standard der Übertragung geeinigt haben, was Medium – LAN, WLAN oder eigene Funkfrequenz – oder das Übertragungsprotokoll betrifft, bleibt man am besten bei einem Hersteller und baut ein sogenanntes geschlossenes System auf.

Selbst der renommierte Hersteller eQ-3 hat mit Homematic und Homematic IP zwei Systeme am Start, die nicht direkt kompatibel, da die Funkprotokolle verschieden sind. Vertrieben werden die Geräte vorrangig durch die ELV Elektronik.

Nach meinem Umzug, gemeinsam mit meiner jetzigen Frau in unser Miethaus konnte ich mein Projekt beginnen und schrittweise aufbauen. Neben dem persönlichen Interesse an der Thematik stand die Einsparung von Energie zum Heizen im Mittelpunkt meiner Überlegungen.

So haben wir bei der Gasabrechnung für den Zeitraum 2021/22 gegenüber dem Vorjahr den Energieverbrauch um ca. 7% reduzieren können. Für den Zeitraum 2022/23 sank unser Verbrauch nochmals um ca. 24%.

Für die Installation habe ich vorrangig Geräte der Homematic-Serie eingesetzt. Als Steuerung findet ein Raspberry Pi 3B+, dem Funkmodul RPI-RF-MOD mit dem passenden Gehäuse zusammen mit der Software RaspberryMatic ihren Einsatz:

Der Produkt-Katalog gibt eine Übersicht über die Möglichkeiten des Systems Homematic:

Übersicht aller HM-Produkte

Die neuere Generation stellt die Homematic IP Serie dar. Beispiele sind im Folgenden zu sehen:

Die gesamten Möglichkeiten von Homematic IP sind im folgenden Gesamtkatalog ersichtlich:

Homematic IP Gesamtkatalog

Die Kombination aus Raspberry Pi 3B+ mit RaspberryMatic, bzw. der Homematic-CCU3 Zentrale ist eine rein lokale und gekapselte Lösung, ohne Verbindung zu einer Cloud. Dies ist für Sicherheitsbewusste zu bevorzugen. Ein Smart Home braucht kein Internet.

Der Homematic IP Access Point HmIP-HAP in Verbindung mit der Homematic IP Handy-App benutzt dagegen eine Cloud-Lösung. Das sollte bei den Sicherheitsüberlegungen beachtet werden.

Projektbeschreibung

Zunächst liegt das Augenmerk auf dem Anlernen der Geräte in das genannte System. Die Vorgehensweise ist in meinem Vortrag zu Smart Home beschrieben. Zwar stellt die Software mit der WebUI eine grafische Bedienoberfläche zur Verfügung. Diese kommt aber ab einer bestimmten Anzahl  von Geräten an ihre Grenzen, wie das folgende Bild zeigt.

WebUI

Im Bild zu sehen sind die Steuerungen von nur 2 Heizungsthermostaten. In meinem Projekt habe ich 11 Heizungsthermostate HM-CC-RT-DN und 13 Funkt-Tür-/Fensterkontakte HM-Sec-SCo aus der Homematic-Serie verbaut. Dazu kommen noch weitere Geräte der Homematic IP-Serie. Insgesamt sind aktuell 47 Geräte erfasst.

Im Bild auf der rechten Seite sind LAN-Gateways für die beiden Protokolle Homematic und Homematic IP dargestellt. Für die LAN-Gateways HM-LGW DG, HM-LGW OG und HM-LGW EG wird jeweils ein Raspberry Pi 3B+ mit dem Funkmodul HM-MOD-RPI-PCB eingesetzt. Für die HAPs HmIP-HAP DG, HmIP-HAP OG und HmIP-HAP EG ist jeweils ein Homematic IP Access Point HmIP-HAP angelernt. Die Gateways sind notwendig, da die Funksignale nicht sicher über 3 Etagen empfangbar sind. Wie die LAN-Gateways für das Homematic-Protokoll eingerichtet werden, ist hier beschrieben.

Da die Klingel, neben der Eingangstür nicht in allen Räumen zu hören ist, habe ich folgende Homematic IP Geräte verbaut: Die Klingelsignalerkennung HmIP-DSD-PCB, 2mal Kombisignalgeber HmIP-MP3P und die Alarmsirene HmIP-ASIR-2. Letztere könnte auch für eine Alarmanlage genutzt werden. Zur Darstellung der Zustände der Fenster-/Türkontakte steht in meinem Arbeitszimmer eine Funk-Statusanzeige HM-OU-LED16.

Für das Schalten der Lampen habe ich neben den Meross-Geräten einige Schalter im Haus ersetzt: 3mal Homemetic IP Schaltaktor mit Leistungsmessung HmIP-BSM und 3mal Homematic IP Schaltaktor für Markenschalter mit Signalleuchte HmIP-BSL. Letzterer überzeugt mit den vielfältigen Möglichkeiten des Einsatzes, zumal viele Funktionen durch direkte Verknüpfungen in der WebUI einzustellen sind. Dazu empfehle ich den Modus: Experte einzustellen. Denn dieses Gerät verfügt über insgesamt 16 Kanäle, die nur im Expertenmodus sichtbar sind.

Für die Erfassung der Raumtemperaturen habe ich 2mal Funkwandthermostat HM-TC-IT-WM-W-EU und 3mal Homematic IP Wandthermostat mit Luftfeuchtigkeitssensor HmIP-WTH-2 eingesetzt.

Einige der Geräte sind nur als Bausätze zu erwerben und man muss noch Hand anlegen, z.B. durch Lötarbeiten. Die beigelegten Bedien- und Montageanleitungen sind sehr detailliert und ausführlich abgefasst.

Für das weiteren Vorgehen kam mir die Idee auf, eine eigene Visualisierung zu verwenden. Meine Auswahl fiel auf den ioBroken. Eine gelungene Beschreibung ist auf der Seite smarthome-tricks.de zu finden. Diese Seite kann ich jedem empfehlen, der sich mit der Problematik Smart Home u.ä. beschäftigen möchte.

Für mein Projekt musste ich weitere Hardware anschaffen:

1. Als Steuerrechner fiel meine Wahl auf den INTEL® NUC7CJYH mit einem Intel® Celeron® Prozessor. Als System-Festplatte habe ich die SanDisk SSD Plus 480GB eingesetzt. Der RAM wurde auf 16 GByte erweitert.

Da der Steuerrechner ständig sicher laufen muss, habe ich mich für Ubuntu 22.10 als Betriebssystem mit einer festen IP-Adresse entschieden. Die Installation ist in der Literatur und zahlreichen Foren hinreichend beschrieben. Die Installation des ioBrokers kann z.B. hier eingesehen werden. Als Vorteil für meine Überlegungen ist die Möglichkeit zu sehen, über Adapter verschiedenste andere System in das Gesamtkonzept einzubinden. So verwende ich, wie oben erwähnt mehrere Schalter und Steckdosen der Firma Meross. Der zugehörige Adapter lässt sich mühelos in ioBroker einbinden. Auch für die Anbindung von Alexa ist im ioBroker ein Adapter vorhanden, der alle Geräte aus Alexa verfügbar macht.

Weiterhin ist durch den Adapter VIS, oder anderer vergleichbarer Adapter die Gestaltung einer grafischen Bedienoberfläche möglich. Für die Umsetzung der geforderten Anzeigen in der Bedienoberfläche sind weitere Adapter zu installieren.

2. Als Terminal zur Anzeige und Steuerung meines Smart Home habe ich ein 10.1″ Touchscreen Display RB-LCD 10-2 von joy-it im Einsatz. Ein Raspberry PI 3B+ mit Raspberry Pi OS, der direkt am Display angebaut ist, steuert dieses. Im ioBroker wird der Adapter fullybrowser verwendet. Die Einbindung in Raspberry Pi OS ist ebenfalls in dem Link zu finden.

Die Umsetzung meines Projektes war bisher sehr arbeitsintensiv und ich habe mich wieder an der Seite smarthome-tricks.de orientiert. Wenn man sich schon mal die Arbeit macht, möchte man natürlich das Dashboard noch für weitere Informationen nutzen, die das genannte System möglich machen. Als Zielsetzung wollte ich Informationen zu folgenden Punkten realisieren:

Kalender mit den Terminen,
Wetterprognose, 
Pegelstände der Aisch in der Umgebung,
Übersicht des Pollenflugs,
Außentemperaturverlauf,
Übersicht und Steuerung alle Heizungsthermostate,
Zustand der Fenster-/Türkontakte,
Temperaturverläufe für alle 3 Etagen,
Steuerung diverser Lampen,
Fernsehprogramme,
diverse Corona-Zahlen,
aktuelle Benzin- und Diesel-Preise in der Umgebung und 
diverse Systemeigenschaften.

Dashboard

Das aktuelle Endergebnis verdeutlichen die folgenden Bilder:

Zur Darstellung der Heizungsthermostate und Fenster-/Türkontakte – View Fenster, ist das Badfenster rechts orange hinterlegt – bedeutet Fenster gekippt. Es kommt der Homematic IP Fenster-/Drehgriffkontakt HmIP-SRH, 2mal verbaut zum Einsatz.

Bei der Tankanzeige kann auch der zeitliche Verlauf der Preise für ausgewählte Tankstellen angezeigt werde, hier für die Jet-Tankstelle in Höchstadt.

Für die Anzeige der Diagramme wird zur Speicherung der Daten ein Datenbank-Management-System verwendet. Für den ioBroker ist die Maria-DB – MySQL empfohlen, die natürlich zusätzlich installiert werden muss.

Webcam

Nachdem wir offenkundig die Corona-Zeit überwunden haben, ist es nicht mehr notwendig auf meinem Dashboard die Corona-Zahlen anzuzeigen. Da kam mir eine neue Idee.

Aktuell habe ich mich mit der Frage einer Webcam beschäftigt. Auch hier kommt wieder ein Raspberry PI B+ ins Spiel. Glücklicherweise habe ich mir vor Corona eine Anzahl von diesen Microcomputern noch zu alten Preisen angeschafft. Auch habe ich mir vor einiger Zeit eine Webcam, Aoboco Streaming Webcam besorgt. Zielsetzung war der Einsatz in zoom-Sitzungen während der Corona-Zeit.

Für den Einsatz als Webcam habe ich die spezielle Software motionEye auf dem Raspberry PI installiert. Die neue Dashboard-Seite zeigt das folgende Bild.

Den Gedanken, diese Webcam als Videostream in meine Homepage einzubinden, habe ich schließlich aus Sicherheitsgründen aufgegeben.

Aufwand

Abschließend muss ich noch einige Angaben zum Arbeitsaufwand meines Projektes machen. Neben den Installationsarbeiten der einzelnen Geräte, teilweise nur als Bausätze erwerbbar, dem Anlernen über die WebUI und die Grundkonfiguration ist ein großer Zeitaufwand für die Gestaltung der eigenen Bedienoberfläche einzuplanen. Es geht um die Darstellung der einzelnen Ansichten mittels Widgets im VIS-Adapter:

Die View Fenster enthält z.B. 154 Widgets, die View Tanken 98, die View Corona 73 und die View Lampen 54. Es versteht sich von selbst, dass man die Widgets mit eigenen Namen sinnvoll bezeichnet, sonst ist ein problemfreies Gestalten der Ansichten fast nicht möglich.

Für Fragen und Anregungen können Sie mich gerne kontaktieren.