Bevor wir nun endlich los legen benötigen wir ETWAS Hardware.
Info: Auf dieser Seite werden Produkt-Vorschläge gemacht. Es handelt sich dabei um eine beispielhafte Auswahl.
Wichtig: Übertreibe es nicht. Eine Server Hardware und ein Smart Home Device – z.B. eine schaltbare Steckdose – ist zum Start völlig ausreichend.
Server Hardware
Die Basis-Installation – iobroker – erfolgt in den folgenden Beiträgen auf einem Raspberry Pi mit Linux OS. Der Raspberry Pi wurde mit dem Ziel entwickelt „jungen Menschen den Erwerb von Programmier- und Hardware-Kenntnissen zu erleichtern“.
Technisch handelt es sich um einen sehr simplen, robusten und äußerst preiswerten Ein-Platinen-Computer mit ARM CPU. Alternativ kann eine vergleichbare Hardware genutzt werden. Auf folgende Eigenschafte sollte bei der Auswahl geachtet werden:
Deine Smart Home Zentrale wird 24/7 in Betrieb sein und eine sehr geringe Leistungsaufnahme ist für diese Aufgabe essentiell (mein Raspberry Pi hat mit SSD ca. 8 W – verbraucht ca. 70 kWh im Jahr).
Du solltest darauf ein aktuelles Linux basiertes Betriebssystem installieren können (Ubuntu Server, …, Raspian). Ein Desktop bzw. eine grafische Oberfläche ist nicht nötig.
Wenn du wenig Ahnung von Linux hast empfehle ich den Einsatz eines Rasperry Pi mit 4GB RAM und Raspian OS. Einfache Installation und Konfiguration – viele Tutorials im Netz. Zudem kannst du mithilfe zusätzlicher Micro SD Karten kostengünstig weitere Entwicklungs- oder Test-Umgebungen realisieren.
Tipp: Ein älterer stromsparender Laptop kann eine gewisse Zeit überbrücken.
Smart Home Device
Es gibt unzählige Smart Home Produkte am Markt – Schalter, Lampen, Heizventile, Temperatursensor, Wassermelder, Bewegungsmelder, …
Für ein erstes Smart Home Erlebnis empfehle ich eine simple schaltbare Steckdose. Ich empfehle zum Start die „Shelly Plug S“. Diese kann nativ ohne externe Cloud im heimischen Smart Home via WLAN integriert werden, kann Schalten und hat eine Verbrauchsmessung.
Deutlich günstiger sind schaltbare Steckdosen aus China – z.B. die „Gosund SP1“ (oder eine baugleiche Alternative). Diese kann mit entsprechender Firmware ebenfalls ohne Cloud integriert werden. Es gibt gute und schlechte Produkte.
Info: Für die Integration der Gosund Steckdose mittels MQTT ohne Cloud ist eine alternative Firmware wie Tasmota zu flashen – ggf. später bei Bedarf ein weiterer Beitrag.
Achtung: Es gibt viele Produkte am Markt bei denen das flashen mit alternativer Firmware nicht so einfach möglich ist.
Tipp: Eventuell hast du bereits eine schaltbare WLAN Steckdose – diese kann i.d.R. über einen iobroker Adapter integriert werden. Versuch ert mal die.
Um auch einen Sensor zu nennen. Der „Shelly H&T Gen3“ ist ein kleiner batteriebetriebener Temperatur- und Luftfeuchte-Sensor von Shelly (Info: Kann über 4x AA Akkus betrieben werden).
Abriss
Am Ende ist es dir überlassen welche Hardware du verwendest. Wenn dir die Hardware Auswahl missfällt oder du gute alternative Hardware kennst gib gerne Feedback. In diesem Sinne viel Spaß beim gemeinsamen Installieren …
… wir sollten noch kurz überlegen, welche Smart Home „Architektur“ wir aus welchen Gründen anstreben. Wir werden dazu den Begriff Architektur für die hiesigen Blog Beiträge definieren und unterschiedliche Ansätze kennen lernen.
Info: Viele verbinden Architektur mit dem Design von Gebäuden oder Innenräumen. Aber auch in der Software- oder Systementwicklung gibt es die Disziplin des Architektur Designs. Die Architektur ist ein Teil der Lösung für einen Anwendungsfall Hausautomatisierung.
Info: Die Architektur eines Systems bildet die Grundlage für die Entwicklung der Lösung. Eine Systemarchitektur definiert die Ausprägung der Kommunikation und der Komponenten. Sie hat direkte Auswirkung auf Aufwand, Leistungsfähigkeit, Kosten, Wartbarkeit, Skalierbarkeit, …
Freiheitsgrade
Basis Architektur
KNX
Smart Home Device
Matter
Pest, Cholera oder noch nicht da
Fazit
Freiheitsgrade
Eine Hausautomatisierung kann auf verschiedenste Art gelöst werden, Es gibt Variablen und Einschränkungen. Zum Beispiel gibt es bei der Platzierung von Sensoren und Aktoren wenig Freiheitsgrade. Eine Temperatur ist am sichersten und i.d.R. kostengünstigsten dort zu erfassen wo sie vorherrscht. Bei der Platzierung und Umsetzung der Auswertung oder Ausführung der Vernetzung der Komponenten ergeben sich viele Freiheitsgrade und es mangelt nicht an leistungsfähigen Technologien und Ideen.
Konkret geht es bei der Smart Home Architektur um folgende Fragestellungen.
Wie werden die Sensor-Informationen zusammen geführt
Wie und wo werden die Informationen ausgewertet?
Wie gelangen die Steuerimpulse zu den Aktoren?
Wie wird die Logik implementiert und ausgewertet?
…
Basis Architektur
Im Folgenden werden zwei Ausprägungen überspitzt formuliert.
Dezentral Ich kann „intelligente“ Sensoren und Aktoren einsetzen, die viele Befehle über komplizierte Kommunikationswege und Protokolle unterstützen? Wenn ich alle Information allen Teilnehmern zur Verfügung stelle und direkt bei den Teilnehmern auswerte brauche ich keine zentrale Steuereinheit?
Zentral Ich kann „einfache“, Sensoren und Aktoren einsetzen, die eine Information über weite Stecken diskret via Spannung- und Stromwert auf einer Leitung zu einer zentralen Stelle übertragen? Wenn ich alle Information „zentral“ an einer Stelle zusammen führe kann ich dort die ganze Logik implementieren?
Dezentral vs. Zentral fokussiert in den zwei Formulierungen auf die Logik bzw. die Auswertung. Weitere Aspekte sind Vernetzung oder Versorgung.
Im Prinzip ist eine dezentrale System-Architektur tendenziell weniger abhängig von einer einzelnen Komponente und deswegen in der Regel weniger anfällig gegen Ausfälle oder Störungen. Eine System-Architektur mit zentraler Auswerte-Logik hat es tendenziell einfacher komplexe Funktionen zu realisieren, da alle Informationen an einer zentralen Stelle vorliegen.
Die am Markt verfügbaren Lösungen bringen stets eine spezifische Basis-Architektur mit. Diese sind im Spektrum und können nicht vollständig einer der zwei Formen zugeordnet werden. Zudem haben die Hersteller Lösungen gefunden um die Nachteile zu kompensieren. Im Endeffekt haben die Systeme sehr individuelle Vor- und Nachteile. Es gibt gute dezentrale und gute zentrale Systeme.
KNX
KNX ist ein Vertreter mit dezentraler System-Architektur. Es gibt viele „intelligente“ Teilnehmer, welche über ein Bus-Netzwerk kommunizieren. Um einem Totalausfall oder einer böswilligen Manipulation von außen entgegen zu wirken ist eine entsprechende Konfiguration der Bus Komponenten bzw. Struktur wichtig – zum Beispiel eine Topologie mit „mehrere Linien“.
Die Logik Auswertung erfolgt auf der Idee von „Botschaften“ beim Aktor oder Sensor. Über Erweiterungen (zusätzliche lokale Komponenten) können Visualisierungen und komplexe Funktionen realisiert werden.
Das KNX System ist im Betrieb sehr robust. Die Komponenten sind sehr Hochwertig. Die Funktion kann modular erweitert werden. Viele Hersteller haben entsprechende Produkte. Die Anschaffungskosten (Komponenten und Installation) sind im oberen Preissegment. Eine Installation bedingt gewisses Know How. Die Programmierung erfolgt ausschließlich über ein kostenpflichtiges Werkzeug (ETS).
Smart Home Devices
Ein Smart Device ist eine kleine Hardware mit zum Beispiel Klemme, Gehäuse, elektronischem Schalter, Speicher, Microcontroller. Diese Geräte implementieren eine Kommunikations-Schnittstelle (WLAN, …) und können damit beispielsweise bestehende konventionelle Lichtschaltungen smart machen. Die eigentliche Funktion über den Schalter bleibt in der Regel erhalten.
Der/die Shelly One ist ein solcher Smart Aktor. Dieser kann alternativ via Handy-App Oberfläche (Sensor) via Shelly Cloud (Logik) gesteuert (Aktion) werden. Bei Einsatz verschiedener Shelly Smart Devices können über die Shelly Cloud komplexere Logiken implementiert werden. Dazu gibt es eine ansprechende Visualisierung und Apps für die etablierten Betriebssystem-Plattformen (Android, IOS).
Bei Ausfall WLAN, Internet oder Cloud Server kann das Licht in dem konkreten Setup über den Shelly One noch lokal geschallten werden – nicht mehr über die Shelly Cloud Funktion.
Solche System-Erweiterungen haben den Vorteil, dass sie relativ einfach in eine bestehende Installation integriert werden können. Bei der Auswahl der Komponenten gibt es größere Qualitätsunterschiede. Die Funktion kann in der Regel modular erweitert werden. Allerdings ist die Umsetzung schnell an einen Hersteller gebunden (Hue, Homematic, IKEA, Sonoff, Shelly…). Die Anschaffungskosten sind moderat.
Matter
Es gibt im Smart Home Bereich ein Zauberwort – „Matter“ (ehemals: Connected Home over IP oder kurz CHIP). Dieser Kommunikations-Standard könnte in gleichbleibend naher Zukunft die Lösung auf viele Fragen sein – nicht zuletzt in der „IoT“ Idee. Alle Devices können miteinander und sind kompatibel. Der Datenaustausch gesichert über geeignete Verschlüsselung und Mesh-Vernetzung. Alle Hersteller machen mit. Allen voran die ganz großen – Amazon, Alphabet, Apple, Microsoft,…. Die Connectivity Standards Alliance oder kurz CAS (ehemals ZigBee) zertifiziert und überwacht Hersteller und Produkte.
Ich denke der Standard kann den Bereich Smart Home erobern und der Standard für Vernetzung werden. Ich denke aber auch es wird noch ein paar wenige Jahre dauern bis entsprechende Produkte in allen Smart Home Gewerken verfügbar sind. Sollten die Lösungen von Beginn an signifikant Mehrwert bringen oder preislich passen, kann ich mir ein sehr schnelles Wachstum vorstellen. Für mich noch etwas unklar, welche Freiheitsgrade und Legacy Adaptions-Möglichkeiten geboten werden.
* Nachtrag Q2/2025: Zwischenzeitlich sind ausreichend Matter Komponente am Markt verfügbar. Die Matter Application Layer kommuniziert über WLAN, Ethernet oder Thread (IP fähiges stromsparendes Mesh Netz).
Pest, Cholera oder noch nicht da (*)
Meiner persönliche Meinung nach decken die verfügbaren Systeme einen gewissen Bereich gut ab – haben aber Schwächen in anderen Bereichen. Für individuelle Smart Home Funktionen (Beispiel „Sonntag morgen“ in Smart Home Grundlagen (B1)), welche über die vom Hersteller oder vom Standard definierte Funktionen hinaus gehen, gibt es wenig Lösungen am Markt.
Vermutlich auch deswegen haben sich in den letzten Jahren einige offene Ansätze etabliert (Home Assistant, IoBroker, FHEM, openHAB, … Node-RED). Es handelt sich dabei um Softwarelösungen in Form einer Server-Applikation. Installiert auf einer entsprechenden Hardware im lokalen Netzwerk implementieren diese standardisierte Schnittstellen (MQTT, …). Auf der Basis kann Smart Home Hardware verschiedenster Hersteller gekoppelt werden. Über kleine Codes (Scripts) oder weitere Software-Module können Logiken umgesetzt werden. Der weiter oben erwähnte Shelly One kann beispielsweise über MQTT auch ohne Cloud mit einer solchen Server Applikation verbunden und gesteuert werden.
Über zusätzliche Hard- und Software können die oben aufgeführten Systeme (KNX, Hue, …) integriert werden. Es gibt für gängige Hardware (ESP 8266, ) alternative Firmware (Tasmota, ESPeasy, …) für die Integration in eine solche Lösung.
Fazit
Wir wollen unser Smart Home möglichst ausfallsicher gestalten. Die Basisarchitektur ist dabei in der Regel durch das System vorgegeben. Die eigentliche Architekturentscheidung manifestiert sich in der Auswahl des Systems. In der Folge sind beim Design wichtige Regeln zu beachten.
Wichtige zentrale Komponenten sind möglichst robust und geschützt auszuführen – mehrere KNX Linien, separate VLAN(s), professionelle Installation/Wartung, …, Kühlung, USV.
Wir wollen möglichst unabhängig von einzelnen Herstellern und deren begrenzten Funktionsumfang sein.
Es gibt zwischenzeitlich offene Protokolle, welche von guten Produkten unterstützt werden. Mit etwas Aufwand können durch alternative Firmware weitere Produkte adaptiert werden.
Eine möglichst optimale Architektur können wir ggf. erst entwerfen, wenn wir etwas Erfahrung gesammelt und einen besseren Überblick erlangt haben. Perfekt … genau was dieser Blog als Zielsetzung hat.
Habe ich ein paar Aspekte vergessen? An der ein oder anderen Stelle zu sehr vereinfacht? Sind mir Fehler unterlaufen? Kommentiere diesen Beitrag gerne und gib mir Feedback.
Nachdem wir nun die Beweggründe und die Ziele dieses Blogs kennen, können wir uns der Umsetzung deines Smart Homes widmen. Fast …
… wir sollten zuvor ein paar wenige Grundlagen und Prinzipien von Smart Home kennen lernen.
Smart ist relativ
Smart Home Funktionsprinzip
Die Tücken des Smart Home
Smart ist relativ
Ein Smart Home ist im wesentlichen dadurch definiert, dass möglichst alle Bereiche (Heizung, Lüftung, Licht, Haushaltsgeräte, Media, …) miteinander vernetzt und ansteuerbar sind. Auf dieser Informations-Basis werden dann Smarte Funktionen möglich.
Beispiel: Ein Bewohner betritt den Küchenbereich, das Licht ist aus, es ist Montag 6:40, kein Feiertag, es gibt keinen Termin bis 9:00 Uhr, … Diese Situation könnte über eine Logik definiert sein bzw. erkannt werden. Als Aktion setzt nun im Wohn- und im Küchenbereich das Licht gedimmt ein. Zudem spielt in der Folge Musik. Die italienische Espressomaschine hat bereits vor 15 Minuten damit begonnen zu heizen und ist nun bereit für den ersten Bezug. An einem Feiertag ohne Anwesenheit von Bewohnern wäre wie von Geisterhand alles anders gekommen.
Das Beispiel soll aufzeigen, dass es bei Smart Home nicht nur um Technologie, Größe und Vernetzungsgrad geht.
Deine Phantasie bestimmt in erster Linie wie smart dein Smart Home ist oder werden kann.
Die Geschmäcker sind unterschiedlich. Jeder hat andere Vorlieben und andere Schwerpunkte.
Die Informationen, welche das Smart Home auswertet, sind in der Regel sensibel.
Wer ein Smart Home haben möchte sollte sich daher meiner Meinung nach mit ein paar grundsätzlichen Fragen beschäftigen.
Was soll mein Smart Home können? Was brauche ich? Was will ich? Was nicht?
Welche Alternativen gibt es? Welche Vor- und Nachteile haben diese?
Welche Daten werden wie und wo abgelegt? Was signalisiert mein Smart Home für andere sichtbar nach außen? Was wenn jemand mein Smart Home unter Kontrolle bringt?
Smart Home Funktionsprinzip
Aber wie funktioniert nun das Smart Home? Im Kern handelt es sich um simple Automatisierungen. Eventuell hast du das Prinzip bereits im Wortlaut des obigen Beispiels entdeckt. Vermutlich ist es dir bereits unterbewusst klar.
Es ist offensichtlich – wir Menschen haben Haut, Augen, Ohren, … – das Smart Home hat Temperaturfühler, Bewegungsmelder, Zugang zu unserem Kalender, … Ein Überbegriff dafür ist „Sensorik“/„Sensor“ – Wortlaut im obigen Beispiel „erfassen“.
Für die Ausführung hat das Smart Home elektronische Schalter, Stellmotoren, … Der Überbegriff dafür ist „Aktorik“/„Aktor“ – Wortlaut im obigen Beispiel „einsetzen“.
Was noch fehlt ist eine Verbindung zwischen „Sensor“/„Ereignis“ und „Aktor“/„Aktion“. Diese wird durch die „Logik“ oder auch „Auswertung“ mit entsprechender „Steuerung“ realisiert.
Vielleicht hast du in deiner Schulzeit etwas von EVA-Prinzip gehört. Es beschreibt das Grundprinzip der Datenverarbeitung für eine Automatisierung.
Zuletzt widmen wir uns einem Aspekt, welcher im Besonderen auf Smart Home zutrifft. Die Informationen, welche das Smart Home verarbeitet sind nicht die Realität und nicht vollständig. Wie der Mensch kann auch das Smart Home die Realität nie zu 100% richtig bestimmen bzw. erfassen.
Messungenauigkeiten
Interpretation
Unwissen
…
Es ist kein Licht an, die Haustüre und Balkontüre wurden vor drei Stunden geschlossen und seither keine Bewegung im Haus, die SmartWatch und das Handy sind nicht mit dem WLAN verbunden. Es wird gerade 20:00. Das Smart Home erkennt (Sensorik) diese Situation (Logik) und reagiert mit dem herunterfahren aller Jalousien (Aktorik).
Genau wie wir es haben wollten bzw. wir es uns über die Logik programmiert haben – „Wir sind die Besten!“
Es wäre blöd, wenn der Bewohner im Beispiel lediglich auf dem Balkon ein Buch liest und seine „Apfelprodukte“ zuvor in den Flugmodus versetzt hat. Nun hat ihn sein Smart Home ausgesperrt. Kurze Zeit später erwacht das 14 Monate alte Kind in seinem Kinderzimmerbett und will anschließend lautstark zu seiner „Mama“!
Was für die „Erfassung“ gilt, gilt auch für die „Ausführung“. Ist das Garagentor wirklich zu, wenn der Antrieb in die Begrenzung lief?
Denkbar ist auch, dass Nachbars Katze in der Garage war und vor Schreck eine Holzlatte um gestoßen hat. Diese blockiert nun das Garagentor ohne das Auslösen einer Lichtschranke und im Ergebnis ist das Tor nicht vollständig geschlossen.
Das Smart Home hat wie alles im Leben seine Tücken. Es gibt technische Ausfälle, Ungenauigkeiten, … Aspekte, die bei der Konzeption nicht beachtet wurden. Auch wir Menschen machen Fehler und interpretieren Situationen falsch. Daher gilt: Es gibt immer ein Risiko, dass dein Smart Home im Betrieb Fehler macht.
Eventuell hast du das alles schon gewusst, ich habe etwas falsch oder missverständlich ausgeführt. Vielleicht feierst du den Blog jetzt schon ab. Lass es die Leser wissen und kommentiere den Beitrag oder sende mir dein Feedback.
Technisch betrachtet ist Smart Home die Erfassung und Vernetzung der im Haus oder der Wohnung befindlichen Systeme. Das Resultat ist ein größeres System. Durch die Auswertung aller im Haus erfassten Informationen kann das Smart Home vordefinierte Entscheidungen treffen. Als gesamtes betrachtet vermittelt dieses Verhalten den Anschein von Intelligenz – teilweise von Magie.
Etwas weiter gedacht könnte das System Haus/Wohnung mit seinen Bewohnern sowie weiteren externen Systemen (Smart Phone, andere Smart Homes, Smart Car, …, Einkaufsladen, Schule, Kraftwerk, …, Straße, Verkehr, Vogelschwarm, …) interagieren. Ein solches „Allesnetz“ (Internet of Things) könnte unser Leben nachhaltig verändern.
Die Motivation für ein Smart Home sind vielfältig:
Lebensqualität erhöhen
Ressourcen sparen
Wissen erlangen
Nicht zuletzt wollen Unternehmen mit ihren Smart Home Produkten in einem stetig wachsenden Markt Geld verdienen.
Braucht es Smart Home?
Nein
Warum Broadcast Smart Home?
Meiner Ansicht nach gibt es viele Vorurteile. Smart Home ist aufwendig, kompliziert und teuer. Zudem macht Smart Home nur bei Neubau oder einhergehend mit entsprechendem Komplett-Umbau Sinn („Schlitze“, „Verteilung“, …). Sowieso kann Smart Home nur vom Fachmann gut und professionell gemacht werden.
Ich denke, dass wir uns mehr mit dem Thema befassen sollten. Darüber hinaus ist die Implementierung eines professionellen und nachhaltig Smart Home nicht unbedingt sonderlich kompliziert oder teuer. Auf diesem Blog will ich mein Wissen und meine Erfahrungen diesbezüglich mit anderen teilen.
Langweilig – braucht die Welt wirklich noch einen Smart Home Projekt/Blog?
Diese Frage wird zumindest teilweise durch die Google Search Console beantwortet werden. Mein Ziel ist es Basiswissen zu vermitteln. Die Methode: Eine Referenz-Installation mit konkreten Beispielen und der Möglichkeit zum interaktiven Selbststudium.
Mache deine eigenen Erfahrungen, setzte dich mit dem Thema auseinander, konsumiere vielfältige Informationen aus vielen Quellen, bilde dir eine Meinung und tausche dich mit anderen aus. Gegebenenfalls kann dir dieser Blog dabei helfen?
Smart Home Broadcast 