Teil 1 – Hausautomation, aber wie!?

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Seit einiger Zeit beschäftigt mich die Modernisierung unserer 4 Wände. Auf der Suche nach Komponenten entdeckt man im Internet eine Vielzahl an Herstellern mit einer Vielzahl an Geräten. Aber wie findet man die „richtigen“?

Wer schon mal in einem Elektronikladen gestanden hat weiß, dass die Hersteller gern eigene, lizenzfreie Lösungen anbieten, die ein „einzigartiges Produkterlebnis“ bieten. Dies schafft in der Regel vor allem eine Kundenbindung, die den Kunden bei der Nachbeschaffung und weiteren Ausbau der der Heimautomation an die Produktpalette eines Herstellers binden soll. Daher sind die Komponenten der einzelnen Hersteller in der Regel nicht untereinander kompatibel. Darüber hinaus benötigen sie meist eine jeweils eine eigene App zu Einrichtung und Bedienung. Dazu bietet jeder Hersteller eine eigene ggf. kostenpflichtige Cloudlösung an, die auf meinem Handy alle mögliche Daten und persönlichen Dinge wissen möchten.

Die Preisfrage lautet daher: Welche Geräte mit welchem Kommunikationsstandard und in welcher Cloudlösung sollen als Sensoren und Aktoren genutzt werden? Antwort ist genau so einfach wie auch schwierig: Ich will die für mich besten Komponenten.

 

Rahmenbedingungen

Um diese Kompnenten zu finden, gilt es zuerst einige Rahmenbedingungen zu schaffen. Ich will Herr meiner Daten sein, daher kommt für mich nur eine lokale Lösung auf einem eigenen Server in Frage. Weiterhin wir ein geeignetes Testobjekt zur Integration benötigt. Beides Bietet der Internetshop mit dem großen Lächeln.

Zum Testen solls ein Raspberry Pi 4 mit 4GB  Arbeitsspeicher und 16 GB SDHC sein. Raspberry Pi ist ein sogenannter Einplatinen-Computer mit allen wichtigen Bestandteilen: 4-Kernprzessor, Ethernet und WLAN, Bluetooth, 4x USB und 2x Mini-HDMI und einen GPIO zum Anschluss weiterer Geräte.

Als Testobjekt dienen 4 schaltbare 2,4Ghz WiFi-Steckdosen SP111 des chinesischen Herstellers Gosund. Die Schaltsteckdosen haben eine Schaltleistung von 3450W und eingebaute Sensoren zur Strom- und Spannungsmessung. Daher sind diese Steckdosen als gleichzeitig Sensor und Aktor. Dazu kann die Firmware der Steckdosen neu geflasht werden. Viele Möglichleiten zum Testen und Ausprobieren.

Wir haben ein Haus aus den 60er Jahren des 20. Jahrhunderts. Der Flair und der Charme des Hauses soll bei all den Modernisierungen nicht durch den Einsatz zu futuristischer Bauteile verloren gehen. Zuletzt noch das wahrscheinlich wichtigste Detail: Findet meine Frau das auch gut?

 

Firmware flashen

Mein Testobjekt, die SP111 von Gosund ist ein Gerät auf Basis des ESP8266, ein 32-Bit-Mikrocontroller mit integriertem 802.11 b/g/n Wi-Fi. Die mitgelieferte Firmware von Gosund verbindet sich mit einer Cloudlösung von Tuya, um Comfortdienste wie z.B. die Sprachsteuerung des Google-Assistent oder Amazon Alexa zu Verfügung zu stellen. Die Tuya-Cloud steht üblicherweise in China und ist nach Untersuchungen des Chaos Computer Clubs mit bedenklichen Sicherheitsmängeln (s. Video unten) behaftet.

Daher raus mit der Gosund-Sw und her mit der Tasmota-Firmware. Diese lässt sich schnell und einfach mit Tuya-Convert flashen. Ab nun laufen die Steckdosen lokal und können regelmäßig „over the air“ mit Updates versorgt werden. Tasmota arbeitet mit dem standardisierten und quelloffenen MQTT-Protokoll.

 

Architektur

Bisher habe ich als Testobjekt lediglich 4 Gosund Steckdosen mit integrierter Leistungsmessung. Zukünftig sollen jedoch Geräte und Protokolle weiterer Hersteller verwendet werden. Um das zu erreichen müssen Hardware und Logik voneinander getrennt betrachtet werden. Hierzu dienen sogenannte Broker. Broker verstehen die Protokolle verschiedener Hersteller und werten diese aus, um den Zustand der Geräte zu erfassen, darzustellen und auf Anforderung zu ändern.

Funktionaler Aufbau mit Broker
Funktionaler Aufbau mit Broker

 

Um einen Sensor vom Hersteller A mit einem Aktor des Herstellers B miteinander zu kombinieren benötigt man einen sogenannten Broker. Ein Broker führt verschiedene Geräte und Protokolle auf der eigenen Logikschicht zusammen und lässt diese zusammenarbeiten. In dieser Logikschicht wird mit Skripten und anderen kleinen Programmen die eigentliche Hausautomation durchgeführt.

Ich installiere meinen Broker auf meinem Raspberry Pi 4  mit Raspbian (Raspberry Pi Betriebssystem). Die verschieden Broker könnten auch auf Windows- oder Linux- PCs betrieben werden. Welche Plattform von einem Broker unterstützt wird, lässt sich auf den Download-Webseiten (s.u., Weiterführende Links) nachlesen.

Nach einigem Recherchen im Internet und im Austausch mit Freunden ergeben sich 2 gleichermaßen gut geeignete Broker: ioBroker und openHAB. Welcher ist nun der richtige Broker für meine Hausautomation?

Beide unterstützten verschiedene Protokolle, insbesondere das MQTT-Protokoll, dass nach dem Flashen von meinen Gosund SP111 genutzt wird. Weiterhin bieten beide Broker eine Weboberfläche zur Konfiguration. Über die Weboberfläche lassen sich unter anderem neue Module nachladen oder eine Cloudlösung zur Anbindung von Alexa, Google oder Siri für eine komfortable Sprachsteuerung einrichten.

Was zu klären wäre:

  1. Wie werden neue Geräte erkannt und ins System integriert?
  2. Wie lässt sich eine Anbindung zu Google, Alexa und Siri herstellen? Will ich diese Anbindung überhaupt?
  3. Welche Möglichkeiten zur Automatisierung und Programmierung gibt es und wie komfortabel sind diese?
  4. Nebenbei: Welche Sprachsteuerung ist besser? … und intelligenter?
  5. Welche Möglichkeiten für ein Backup gibt es? Insbesondere: Wie lässt sich ein eingerichtetes System schnell wieder herstellen, sprichwörtlich „from zero to hero“.
  6. Wie hoch ist der WAF (Wife acceptance factor)? Achtung Spoiler: Der WAF steht und fällt mit der Beantwortung der Frage 3. 😉

 

Los gehts, let’s get ready to rumble!

 

  • Raspberry Pi 4 Modell B 4GB
  • 16 GB SDHC inkl. USB-Adapter
  • Gehäuse für Raspberry Pi 4 inkl. Netzteil
  • 4x Gosund SP111
  • FTDI-Adapter (TTL zu USB)
  • Breadboard und Jumperkabel (farbig)

 

Sicherheitslücke

Brokersoftware

 

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