Hausautomation mit Raspberry Pi Reusable Content in 3D und Simulationsystemen Hauptseminar SoSe2014 Dozent: Prof. Dr. Manfred Thaller Referentin: Taina Sondermann

Hausautomation Überwachungs-, Steuer-, Regel- und Optimierungseinrichtungen in privat genutzten Wohnhäusern / Wohnungen Steuerung direkt mit dem Haus verbundener Einrichtungen (Alarmanlage / Beleuchtung / Jalousien / Heizung) Fernsteuerbarkeit dieser Komponenten via Internet oder über das Telefonnetz Teilaspekt des Smart Home Begriffs Weitere Teilaspekte: Vernetzte Unterhaltungselektronik, Smart Metering und Haushaltsgeräte-Automation -Gesamtheit von Überwachungs- … -der Begriff bezieht sich insbesondere auf die Steuerung … oder ähnlicher Komponenten -besonders wichtig ist auch der Aspekt der Fernsteuerbarkeit, wenn man unterwegs ist via Internet oder Telefonnetz -Bsp: Heizung via Smartphone einschalten eine Stunde bevor man nach Hause kommt -ein Teilaspekt des Smart Home Begriffs = Oberbegriff für technische Verfahren und Systeme in Wohnräumen und -häusern, in deren Mittelpunkt eine Erhöhung von Wohn- und Lebensqualität, Sicherheit und effizienter Energienutzung auf Basis vernetzter und fernsteuerbarer Geräte und Installationen sowie automatisierbarer Abläufe steht -dieser umfasst zudem die Vernetzung von Komponenten der Unterhaltungselektronik (z.B. zentrale Speicherung und heimweite Nutzung von Video- und Audio-Inhalten), Smart Metering (Schwerpunkt auf dem Messen und einer intelligenten Regulierung des Energieverbrauchs), Haushaltsgeräte-Automation (Kühlschrank, Kaffeemaschine, Waschmaschine)

Smart Home Vorbereitung DSL-WLAN-Router verbindet Heimnetzwerk mit dem Internet Datenverteilung über TCP/IP Protokoll Raspberry Pi zur Kommunikation mit den Gerätschaften im Haushalt Dynamische DNS-Lösung Portfreigabe für den Raspberry Pi über Router Weboberfläche Benutzerkonto absichern  Standard Passwort ändern sudo passwd pi -Schnitstelle zwischen Internet und Heimnetz  DSL-WLAN-Router  dauerhaft online 24h 7Tage im Einsatz -TCP IP Protokoll Datenverteilung (Internetprotokollfamilie) – IP Adresse des Rechners -Computer mit gewöhnlichen Haushaltsgeräten koppeln  Raspberry Pi ins Heimnetzwerk integrieren, damit über das Funknetzwerk Geräte wie Heizung, Lichtanlage oder Waschmaschine gesteuert werden können -Dynamische DNS Lösung um Rpi Steuerzentrale auch aus der Ferne erreichbar zu machen = dynamische IP Adresse macht den Router im Internet bekannt, Rpi stellt Steuerung der Gerätschaften im Internet zur Verfügung -Domain Name Service = Übersetzer Name in IP Adresse -Portfreigabe für den Raspberry Pi – wenn man Webserver (HTTP Protokoll mit Port 80) hinter Router betreibt, DSL Router anpassen, dass die Anfragen aus dem Internet auch bis zum RPi Webserver vordringen können -spätestens wenn der RPi über das Internet zu erreichen ist, muss das Userkonto abgesichert werden -> Standardpasswort raspberry ändern -> im zweiten Schritt neues Passwort und bestätigen

Smart Home Vorbereitung Adapter, welcher das jeweilige Funkprotokoll unterstützt (KNX, EnOcean, FS20, HomeMatic etc.) FHZ1000 Modul (FS20) oder LAN-Adapter (HomeMatic) CUL-Stick oder COC-Modul -man benötigt einen passenden Adapter, der das eingesetzte Funkprotokoll wie KNX, EnOcean, FS20, HomeMatic unterstützt -Hersteller-Schnittstellen über USB -obere teurer, untere günstiger, können sowohl mit FS20 als auch HomeMatic Geräten im Funknetz kommunizieren (Protokolle im 868MHz-Frequenzbereich) -untereinander allerdings inkompatibel  Transceiver Dongles -FS20 Technik Kommunikation ohne Bestätigung, ob Schaltbefehl erfolgreich ausgeführt wurde, HomeMatic verschlüsselte Kommunikation, Sendeeinheit bekommt Bestätigung des Schaltvorgangs -Einrichtung im RPi ist nahezu identisch

Smart Home Vorbereitung COC-Modul wird an die GPIO-Pins gesteckt USB-Adapter (CUL, CC1101 USB Light) schnell installiert Antenne anschrauben Einstecken Per lsusb und dmesg prüfen ob er ordnungsgemäß erkannt wurde

Smart Home Vorbereitung GPIO (General Purpose Input Output) Allzweck Ein-und Ausgabe = ist ein allgemeiner Kontaktstift an einem integrierten Schaltkreis, dessen Verhalten, unabhängig, ob als Eingabe- oder Ausgabekontakt, durch logische Programmierung frei bestimmbar ist -Hier setzen COC Module an, aber auch sämtliche andere „Basteleien“, die nicht über den USB Anschluss verbunden werden LEDs, Motoren etc.

Smart Home Vorbereitung Pins belegen Version des RPi testen mit cat /proc/cpuinfo WiringPi API (Advanced Programming Interface) installieren GPIO Ports über Python Programme nutzen  Python GPIO Bibliothek installieren sudo apt-get update sudo apt-get install python-dev sudo apt-get install python-rpi.gpio Wenn man die Schnittstelle nutzen will, muss man die Pins belegen Abhängig von der Rpi Version sind die Pin-GPIO Bezeichnungen leicht unterschiedlich testen WiringPi API von Gordon Drogon benutzen

FHEM Perl-basiertes Serverprogramm für die Hausautomation unter der GNU GPL veröffentlicht Programm zur Steuerung und Konfiguration auf dem Computer / Smartphone Softwarelösung um sämtliche Funkstandards und eingesetzte Technologien zu vereinen Zahlreiche unterstützte Protokolle: FS20, HomeMatic, MAX!, etc. KNX, FRITZ!Dect, Intertechno, HomeEasy, Philipps HUE, etc. 1Wire, Firmata, webio, LIRC, JeeLink, TellStick etc. Fernseher von Samsung/Panasonic/LG/Philips, iTunes/AppleTV, etc. -Freundliche Hausautomation und Energie-Messung -ein Perl-basiertes Serverprogramm für die Hausautomation, das zur automatisierten Bedienung von Aktoren wie z.B. Lichtschaltern oder Heizungen sowie der Aufzeichnung von Sensorinformationen wie Raumtemperatur oder Luftfeuchtigkeit dient -das Programm ist unter der GNU Gerneral Public License veröffentlicht = Freie Software = Endnutzer darf nutzen, kopieren, ändern = Copyleft Lizenz, d.h. bei Weiterverbreitung gleiche Freiheitsrechte -verschiedene Funkstandards und eingesetzte Technologien vereinen -zahlreiche unterstützte Protokolle

FHEM - RPi Aktuelleste Version laden (hier Version 5.5) cd ~/ sudo –i wget http://fhem.de/fhem-5.5.deb dpkg Installer apt-get install dpkg Installation starten dpkg – i fhem-5.5deb Fehlende Pakete ziehen sudo apt-get install libdevice-serialport-perl Apache Webserver neustarten sudo service apache2 restart Anpassen der FHEM Konfigurationsdatei an COC oder CUL Module -Egal ob man ein CUL oder CUC am RPi betreibt, Windows oder Liux PC, USB-CCU oder PC Adapter als Funk-Elektronik-Equipment -> es braucht für die Steuerung und Konfiguration ein Programm auf dem Computer -> FHEM -Laden mit super user do Anweisung -Installieren mit dpkg-Installer (wenn der noch fehlt erst installeren) -Installation (Erstinstallation scheitert in der Regel an fehlenden FHEM Paketen) -manuell fehlende Pakete ziehen -Apache Webserver neu starten

FHEM - Frontend Desktop Ansicht iPhone Ansicht -Das eingebaute Web Frontend einmal in der Desktop und der Smartphone Ansicht. -Es gibt zahlreiche weitere Desktop Ansicht iPhone Ansicht

FHEM - Wiki URL: http://www.fhemwiki.de/wiki/Hauptseite Hilfreiches Wiki zu FHEM von den Entwicklern = gebündeltes Wissen ohne langwieriges Suchen in Foren URL: http://www.fhemwiki.de/wiki/Hauptseite

FHEM - Forum URL: http://forum.fhem.de/ Sehr hilfsbereite Usergruppe mit regem Austausch im Forum URL: http://forum.fhem.de/

Möglichkeiten Bewegungsmelder, Briefkastenalarm, Türklingelbenachrichtigung mit Foto IP-Steckdosen steuern, Raumtemperaturen fernsteuern, Heizkörperthermostate kontra Schimmelbefall Lichtanlagen steuern, Garagentore mit dem Smartphone öffnen Katzen während eines Urlaubs mit Futter versorgen … -Der Fantasie sind wenig Grenzen gesetzt, alles was das Leben angenehmer macht, lässt sich irgendwie umsetzen. -nützlich, Kosten sparend, bequem -über Sensoren Räume überwachen  FHME zeigt Verläufe an

Möglichkeiten Heizungsmodule, IP Steckdosen, Phillips hue Lampen, Cat Feeder etc.

Beispiel: Katzenfutter Automat Eben Uptons Lieblingsprojekt aus dem Bereich Hausautomation Dave Bryan aus der Twin-Cities-Maker-Szene Bauanleitung: http://drstrangelove.net/2013/12/raspberry-pi-power-cat- feeder-updates/ Einkaufsliste: https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Aql9CqlhyL98dEtjM09uTElicH hhT0tldEEyQ2xPYXc&usp=sharing#gid=0 Code auf Github https://github.com/videoman/Raspberry_Pi_Class Laut Autor meines Buches E.F. Engelhardt, ist der Cat Feeder Eden Uptons Lieblinsprojekt

Quellen Engelhardt, E.F.: Hausautomation mit Raspberry Pi. Alarmanlagen, Lampen, Heizung, Smart Home, W-LAN &Co.: 25 Projekte, die Ihr Leben leichter machen. Haar bei München, 2014. http://fhem.de/fhem_DE.html/ http://forum.fhem.de/ http://www.fhemwiki.de/wiki/Hauptseite http://drstrangelove.net/2013/12/raspberry-pi-power-cat-feeder-updates/ https://docs.google.com/spreadsheet/ccc?key=0Aql9CqlhyL98dEtjM09uTElicH hhT0tldEEyQ2xPYXc&usp=sharing#gid=0 https://github.com/videoman/Raspberry_Pi_Class http://de.wikipedia.org/wiki/Smart_Home

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!!!