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

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