Prototyp für CIB IoT SmartOffice

Hallo zusammen,

in den letzten Wochen des Jahres 2019 hat sich herauskristallisiert, dass eine gekaufte Lösung nicht das von uns gewünschte Ergebnis liefern werden. Daher haben wir beschlossen unser eigenes System zu erstellen.

Anforderungen:
Das System soll universell verwendbar sein. Das heißt u.a. dass wir auf Open Source Software setzen wollen und uns so unabhängig von Protokollen und Standards sein werden.

Funkstandards:
Die bekannten Funkstandards werden von verschiedenen Herstellern unterstützt. Leider haben sich auch einige dazu entschieden proprietäre Standards auf die bereits vorhandenen aufzusetzen (z.B. Bosch). Zwar liefern einige eine API mit, so dass man die Steuerung über eigene Applikationen abbilden könnte, muss aber immer die Geräte des Herstellers verwenden. Dies ist teilweise auch kostenintensiv.

Welche Standards werden von uns unterstützt?
Im Prinzip lässt sich die Frage mit “alle” beantworten. Der verwendete Server ist ein Acer N4620G. Angetrieben von einer Intel Core i5-3337U Mobile CPU mit 8 GB RAM und einer 128 GB SSD, liefert die Server für unser Vorhaben genügend Leistung. Ich habe mich für dieses System entschieden, weil ich befürchte, dass ein Raspberry Pi schnell an seine Grenzen stößt. Außerdem verfügt der Server über 4 USB 2.0 und 2 USB 3.0 Ports. Das hat den großen Vorteil, dass die notwendigen Erweiterungen ohne USB Hub eingebunden werden können. Als Betriebssystem dient ein Ubuntu 18.0.4 LTS. Die notwendige Drittsoftware ist für dieses System verfügbar.

Server im Raum A9

Zigbee:
Als Zigbee Controller wurde ein Qivicon Zigbee Stick gewählt. Dieser Stick wurde eigentlich für das Telekom Smart Home System konzipiert, ist aber als USB d210x Device direkt unter Linux ansprechbar. Der Controller kann zwar kein ZigBee 3.0, kann später aber durch den Aufbau leicht ersetzt werden. Außerdem bekommt man ihn für ca. 7 Euro gebraucht relativ günstig. Aktuell haben wir folgende Geräte verfügbar die per Zigbee angesprochen werden können: Eine Hue RGBW E27 LED, 3 Bitron Thermostate , ein Eurotronic Spirit Zigbee Thermostat. Ziel ist es, die Thermostate über die Wandthermostate zu steuern.

Zigbee USB Stick an einer USB Verlängerung

Hier zeigt sich ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Systemen. Ende des Jahres hat Philips bekannt gegeben, dass die alte Hue Bridge nicht mehr unterstützt wird und damit ein Systemwechsel notwendig ist. Die LED haben wir direkt eingebunden. Somit ist die Abkündigung der Bridge kein Problem.

Hue E27 RGBW LED in einer Stehlampe
Bitron Wandthermostate

Z-Wave:
Das deutlich komplexere Protokoll Z-Wave ist ein weit verbreiteter Standard. Ein einsprechender USB Stick ist gebraucht für ca. 15 Euro zu haben. Derzeit ist nur ein Testgerät vorhanden. Der Fibaro Button lag noch rum, daher wurde er eingebunden. Allerdings meldet er aktuell Werte mit denen nichts gesteuert werden kann.

ZWave Stick an einer USB Verlängerung

EnOcean:
Der EnOcean Stick ist gebraucht für ca. 30 Euro zu bekommen. EnOcean hat von Anfang an auf das Konzept der Batterielosen Geräte gesetzt. Neben Thermostaten gibt es Präsenzmelder und Schalter. Letztere haben ein Piezoelement die die notwendige Stromversorgung erzeugen um den Schalterzustand zu senden. Die Thermostate erzeugen die Energie aus dem Temperaturversatz zwischen Umgebung und Anschluss. Damit sind Batterien überflüssig. Leider ist die Technik deutlich teurer als die der beiden anderen Standards.

Zusätzlich -> ConBee Stick:
Der ConBee Stick von Dresden Elektronik wurde zusätzlich eingebunden. Er ist ebenfalls ein Zigbee Stick der nicht wie die anderen Standards über OpenHAB eingebunden werden, sondern seine eigene Software mitbringt. Die zugehörige Software ist eher für Testzwecke geeignet.

EnOcean USB Stick noch ohne Antenne, die kommt erst diese Woche

Welche Standards fehlen?
WLAN/IP Geräte können durch die bereits vorhandene Infrastruktur eingebunden werden. Daher kann der Standard auf die Liste der unterstützen Funkprotokolle. Die Einbindung von Homeatic bzw. Homeatic IP wäre möglich, wird aber derzeit nicht betrachtet. Die Funktstandards rund um 433 MHz sind ebenfalls nicht teil des Projekts. Rademachers DuoFerm funkt auf dieser Frequenz und kann über die Home Pilots angesprochen werden. Einzig Bluetooth wird derzeit nicht unterstützt. Die wäre bei geeigneten Gräten aber ebenfalls möglich.

Spezieller ConBee Stick

Inbetriebnahme:
Auf dem Server wurde Linux installiert, OpenHAB eingerichtet und die Steuerung aktiviert. Die Umsetzung die hier in 13 Wörter beschrieben wird, hat mehrere Wochen in Anspruch genommen. Genau das richtige für die Betriebsferien, in denen das System bis zum jetzigen Stand aufgebaut wurde.

Spielerei:
Zusätzlich zu OpenHAB und der oben beschriebenen Hardware wurde ein LED (8×32) Matrix zur Visualisierung “gebastelt”. Über einen ESP8266 wird die Matrix angesteuert. Die WS2812B LED Matrix kann zwar nicht Framebufferd angesprochen werden, für unsere Zwecke reicht es aber. Die Werte der drei Wandthermostate werden aus OpenHAB ausgelesen und per REST API an die Matrix geschickt.

ESP8266 ist links zu sehen, die Matrix noch ohne Gehäuse

Der Prototyp steht… es kann weiter gehen…

Was ist aktuell offen?
Derzeit gibt es noch Schwierigkeiten das Thermostat wie gewünscht anzusprechen. Das Problem ist bekannt und ggf. wird es mit der nächsten Version des ZigBee Bindungs unter OpenHAB gelöst. Das Update ist für den 12.1.2020 geplant. Bis dahin müssen wir also Warten.

Grüße

CIB IoT Team

Besuch im Makerspace der UnternehmerTUM München

Gestern waren wir zu Besuch im Makerspace (https://www.maker-space.de/info.html) bei der TUM in München. Dort haben wir uns 3D Druck und 3D Konstruktion zeigen lassen.

Was wurde geboten?

Im ersten Teil ging es um eine Einführung in die 3D Konstruktion. Hier wurde Fusion 360 gezeigt und wie einfach es ist mit diesem Tool entsprechende 3D Modell zu erzeugen. Teilweise waren die Erläuterungen sehr technischt (Spline – linear, kubisch oder doch eine andere Methode?), den Schritten am eignen Modell (Kaffeetasse) konnte man aber auch ohne viel technischem Vorwissen folgen.

Im zweiten Teil ging es dann um den 3D Druck selbst. Das zuvor erstellte Modell (es konnten leider nicht alle gedruckt werden – daher wurde das “komplexeste” ausgewählt) wurde an den 3D Drucker übergeben. Nach einigen Optimierungen für die Druckzeit war die “Tasse” innerhalb von einer Stunde erstellt.

Das fertige Druckstück mit “Support”

Durch die hohe Druckgeschwindigkeit (zur Druckzeitoptimierung) und die verscheidenen Einstellungen, ist das Ergebnis etwas grob geworden. Es zeigt aber, dass man mit relativ wenig Vorwissen ein gewisses Ergebnis erzielen kann.

Während der Wartezeit wurden die Vor- und Nachteile bestimmter Druckverfahren und Materialien vorgestellt. Das wird auch sicher zu weiteren Überlegungen für unsere Adapter für die Heizkörper führen. GGf. muss man die Konstruktion noch weiter anpassen, auch wenn sie jetzt bereits eine gewisse Funktionaltität aufweisen.

Unterseite der “Tasse”

Die Gruppe (Uli, Tatjana, Mark, Peter, Motitz und Jens) dient als Test für weitere Ausflüge zum Makerspace. Für welche Zielgruppen dieser Ausflug wirklich etwas ist, muss noch geprüft werden.

Die Unterlagen findet ihr in elektronischer Form unter den folgenden zwei Links:
– Link 1
– 3D Drucker für Einsteiger:
https://www.doxisafe.me/#/retrieve/mj722k
– Die STL (3D Konstruktion) der Tasse https://www.doxisafe.me/#/retrieve/nkp5ix


Die 3D Drucker die zur Verfügung stehen

Fazit

Ein toller Ausflug (vielen Dank Uli) von dem man mit viel Wissen zurückkehrt. Ein wenig Interesse sollte man mitbringen, für alle die Technikaffine sind, sollte das aber ein lohnenswerter Abend sein.

Nach der Heizperiode ist vor der Heizperiode

Zwar ist die Heizperiode beendet, aber es geht weiter auf die Suche nach einem entsprechenden System, dass flexibel und skalierbar ist. Leider haben sich hier noch keine wirklichen Favoriten herauskristalisiert.

Zuletzt hat Uli das System von Eberles (Wiser-System) als mögliche Lösung vorgeschlagen.

Das System wird u.a. von Pearl vertrieben

Die Featureliste ist vielversprechend:

  • Steuer-Zentrale für bis zu 16 Heiz-Zonen
  • Steuert bis zu 32 Thermostate
  • Frostschutz-Modus für Ihre Heizung
  • Kostenlose Steuerungs-App
  • Kompatibel mit Alexa Voice Service von Amazon
  • Automatische Updates für Ihre Komponenten
  • Bis zu 4 Heizkörper- und 1 Raum-Thermostat je Zone, bis zu 32 Geräte je System
  • WiFi-kompatibel: unterstützt WLAN-Standards IEEE 802.11b/g/n

Man kann alos 32 Thermostate je System schalten. GGf. kann man mehrere Gateways nutzen in der App. Das ist in einem der nächsten Schritte zu untersuchen.

Ich hatte drei Wochen Urlaub, so dass im Projekt relativ wenig vorwärts ging. Aber ich war nicht ganz untätig und habe mein System zuhause ausgebaut.

Baugleich mit Micropelt MVA004

Aktuell verwende ich Z-Wave Thermostate. Diese funktionieren auch sehr gut, nur dass pro Heizperiode die Akkus gewechselt werden müssen. Gut, nicht viel und oft, aber dennoch störend. Da mein System neben Z-Wave auch Zigbee und Enocean beherrscht, war ich von den Micropelt Thermostaten direkt begeistert. Diese funktionieren komplett ohne Batterien/Akkus. Erreicht wird dies durch “Engery Havesting”. Heißt: Die Energie wird über ein eigenes “Kraftwerk” innerhalb des Thermostat erzeugt. Das Temperaturdiffernzial zwischen Umgebung und Heizung reicht dabei aus um den Zwischenspeicher zu bedienen. Bisher funktioniert das sehr gut. Allerdings werde ich nicht alle Heizungen so ausstatten. Die Z-Wave Thermosate bieten ein paar mehr Einstellungen. Aber fürs Bad eine feine Sache.

Eins sollte man dabei beachten. Einer der Heizthmerostate werden aktuell für 75 Euro verkauft (Amazon -> ubiwizz micitrv004-qm). Da muss man schon lang heizen bis sich das lohnt. Die Micorpelt sind ab 120 Euro zu bekommen. Wie es zu dem Preisunterschied bei den Thermostaten kommt ist nicht ganz klar, denn sie sind Baugleich.

Next Steps

Bis zum Beginn der nächsten Heizperiode soll ein System ausgewählt werden und entsprechend implementiert sein. Mal sehen auf welches es raus läuft.

Sprachassistent

Paralle wird auch geprüft ob wir einen Sprachassistenten für unsere Geräte haben wollen. Dazu hat Heise ein interessantes Projekt online gestellt.

Aus Raspberry und ein paar Komponenten ein eigenen nicht Cloud basierten Sprachassistenten erstellen.

In einem Beitrag (auch unter CIBIOT-17 zu finden) hat Heise einen entsprechenden Assistenten vorgestellt. Einfach zu bauen, einfach zu installieren. Das sollte man ausprobieren. Vorteil ist klar das kein Internetzugang benötigt wird. Weiterer Vorteil: Man könnte diesen “Node” auch gleich als Gateway für die Heizungssteuerung verwenden. Eine App müsste man selbst erstellen. Mal sehen wie es weiter geht…

Zweiter Versuch erfolgreich

Nachdem der erste Druck nicht gelungen war (man lernt ja stätig dazu), war der zweite Druck jetzt erfolgreich.

Der fertige Druck im Tisch

Das Ausgangsproblem war wie beschrieben, dass im Konferenztisch für die Kabelführung nur Löcher waren. Glas und Kabel würden sich nicht lang vertragen, so dass hier eine Lösung her musste. Wie man es von Schreibtischen kennt (dort sind die entsprechenden Plastikdeckel meist dabei) wurde hier eine Lösung für die Verkabelung gesucht.

Seitenansicht des Drucks im Tisch

Das Druckstück passt (Presspassung) perfekt rein und in CIB rot auch schön auffällig. GGf. prüfen wir noch andere Filamente, diese scheint es auch in transparent zu geben.

Erster Testdruck nicht erfolgreich

Der erste “Beamversuch” ist leider schief gegangen. Die Konstruktion sieht gut aus, der Drucker tat was im gesagt, leider war das Ergebnis etwas ernüchternd.

Was im Detail passiert ist und warum die übergebenen Abmessungen nicht rein gepasst haben, wird dann am kommenden Montag geklärt.

Der Druck schon etwas weiter fortgeschritte

Mal sehen wie groß die Abweichungen sind

Seitenansicht

Erste Erfahrungen mit 3D Drucker machen mutig

Nachdem die Prototypen für die Heizungsthermostate gelungen sind, sucht man für 3D Drucker natürlich noch weitere Aufgaben. Einen 3D Drucker haben wir bei den Kollegen in Spanien stehen (siehe letzer Eintrag). Dort haben wir auch eine kleine Herausforderung.

Der Konferenztisch in Las Palmas hat für die Kabelführung im Glas drei Löcher. Da hier die Kabel direkt durchgeführt werden, besteht die Gefahr, dass die Kabel bei viel Bewegung scheuern und entsprechend kaputt gehen. Daher kam Uli auf die Idee, dass die Konstruktion in München und der Druck in Las Palmas stattfinden könnte. Unser Auszubildender Moritz hat sich dem Thema angenommen und hat was gezaubert. Sehr schick mit Firmenbranding…

Im ersten Schritt haben wir die Maße der “Löcher” bekommen, die dann in ein 3D Modell “gegossen” wurden. Im zweiten Schritt wird die Datei per Mail nach Las Palmas geschickt und vor Ort ausgedruckt. Wenn man so will… unser ersten Beamversuch.

Bosch Service sehr kompetent

Um zu klären ob das System für uns in Frage kommt, stellt sich uns die Frage ob wir mehr als ein Gateway verwenden könnten. Rademacher hat es vorgemacht – insgesamt haben sie vier Gateways hier in München verbaut.

Die schlechte Nachricht: Bosch kann nur ein Gateway in die App einbinden. Da keine Weboberfläche verfügbar ist und auch keine API, scheint es immer schwieriger zu werden sich für dieses System auszusprechen.

Die gute Nachricht: Herr Frögl vom kostenfreien telefonischen Support meinte, dass man das zu einem späteren Zeitpunkt ggf. über die “Twingards” machen könnte. Das sind eigentlich Rauchmelder, bringen aber ihr eigenes Gateway mit. Dort soll es möglich werden, dass mehrere von diesen Gateways eingebunden werden können. Dies konnte er mir aber noch nicht verbindliche “versprechen”. Immerhin verstand er gleich mein Anliegen und hat etwas in Aussicht gestellt. Heißt aber auch… wieder ein anderes Gateway.

Über das Gateway

Bosch schreibt ” Die Kommunikation zwischen Twinguard und Gateway erfolgt verschlüsselt mittels eines ZigBee HA 1.2 Protokolls und proprietärer, herstellerspezifischer Protokollerweiterungen. “

Das wäre ein Fortschritt wenn auch das normale HA 1.2 Protokoll unterstützt würde. Theoretisch könnte der Rauchmelder also auch am aktuellen Gateway installiert werden – warum man hier gleich mehrere Gateways anbietet ist unklar. Ob dann auch die aktuellen Smart Home Komponenten am Twingard-Gateway verwendet werden können ist auch offen, da diese ja bekanntlich nicht auf 2,4 GHz (Zigbee Standard) funken.

Links das Twingard, rechts das aktuelle das wir auch im Büro haben

Bosch Thermostat lässt sich endlich einbinden

Eines der Probleme hier im Büro der Elektrastaße 6a sind die Ventile der Heizkörper. Diese haben einen extrem langen Stellweg, so dass die Thermostate die es zu kaufen gibt, kaum den hub aufbringen um die Heizung zu stellen. Das ist auch ein Problem der bisher eingesetzten Thermostate.

Auf dem Bild oben ist zu sehen, wie der Thermostat in der App eingebunden ist. Links noch etwas Sekundenkleber (der ist aktuell noch für die Erstinstallation notwendig) und drüber die von Moritz erstellten Prototypen der Ventilverlängerungen.

An dieser Stelle bedanken wir uns noch bei der Geschäftsführung die uns neues Filament zur Verfügung gestellt hat. Das vorher verwendete war einfach zu weich, das neue (ABS) hält den Belastungen der ersten Versuche viel besser stand. Ob wir überhaut welche aus Metall benötigen, müssen wir noch prüfen. Aktuell würde ich die hier dargestellten bevorzugen.


Der Themostat “bei der Arbeit”. Aktuell steht er auf “Manuell” – in der App gibt es aber die Möglichkeit auch Heizpläne zu erstellen. Neben dem Thermostat haben wir ein Fensterkontakt, der das Thermostat “ausschaltet” wenn jemand das Fenster öffnet (offen lässt).

Wie geht es weiter?

Im ersten Schritt müssen wir mal schauen ob das Bosch System das richtige für uns ist. Dem Werbeversprechen zum trotz, ist bisher kein Zigbee Gerät einbindbar. Wenn man Zigbee Leuchten einbinden möchte, braucht man aktuell noch ein Hue Gateway. Für was dann allerdings die 2,4 GHz Frequenz und die “Werbung” stehen ist noch völlig unklar. Alle von Bosch zu kaufenden Aktoren funken auf einer eigenen Frequenz mit einem properitären Protokoll. Da keine Weboberfläche und keine API zur Verfügung steht, ist fraglich ob es das richtige System für uns ist. Trotzdem werden wir prüfen was man sonst noch so alles damit anstellen kann. Vielleicht gelingt uns mehr als aktuell möglich scheint.

Was haben wir gelernt?

Wir wissen, dass wir jedes Thermostat dazu bringen hier zu funktionieren. Wir haben einiges über 3D Druck gelernt und welche Vor- und Nachteile die verschiedenen Filamente haben. Rapid Prototyping ist eine feine Sache. Auch hier noch mein Dank an die Auszubildenden Mark und Moritz die hier Tatkräftig unterstütz haben.

Was wir als erstes ausprobieren werden

Wir sind ein Team von 4 Mitarbeitern die den Auftrag der Geschäftsleitung erhalten haben, eine smarte Lösung bei uns im Büro zu etablieren.

Bereits jetzt haben wir elektrische Rollos von Rademacher, welche in openHAB eingebunden sind. Draus entstand die Idee das gesamte Büro zu „versmarten“.

Erster Schritt:
Die alten Thermostate an den Heizungen sollten ersetzt werden. Viele Hersteller, viele Protokolle, viele Möglichkeiten.

Welche Hersteller kommen in Betracht?
– Rademacher
– Bosch
– Honeywell

Erfahrungen zu den einzelen Thermostaten und Systemen in den nächsten Beiträgen.