Hausautomation ist ein weitreichendes, komplexes und höchst modernes Thema der heutigen Zeit. Im Bereich des privaten Wohnens soll dadurch das Leben komfortabler gestaltet werden. Zu den Teilgebieten der Hausautomation gehört unter anderem das zentrale Steuern von Licht, Heizung, Rollläden, aber auch die Überwachung der Wohnumgebung durch Kameras und Alarmanalagen.
In einem vergangenen Artikel wurde das Thema Smart Home unter der Frage „Ist die Home Automation schon bei den Menschen angekommen?“ diskutiert. Ein Resultat des Beitrages ist, dass die Umsetzung einer Hausautomation im Eigenbau voll im Trend liegt.
In diesem Gastbeitrag möchte ich, Tony vom Blog Einplatinencomputer, dieses Thema aufgreifen und die Möglichkeiten der Hausautomation mit dem beliebten Raspberry Pi aufzeigen.
Raspberry Pi
Für den ein oder anderen wird der Einplatinencomputer Raspberry Pi noch relativ unbekannt sein, daher möchte ich diesen zu Beginn näher beschreiben.
Der Raspberry Pi ist ein kreditkartengroßer Einplatinencomputer und hat Prozessor, Arbeitsspeicher, Grafikeinheit und zahlreiche Anschlussmöglichkeiten auf einem Board vereint. Der Raspberry Pi wurde von der britischen Raspberry Pi Foundation entwickelt und ist in der Welt der Einplatinencomputer der beliebteste seiner Art. Mittlerweile gibt es mehrere Modelle des Boards – Der neuste ist der Raspberry Pi 2 im Modell B. Die Wunderplatine verfügt über ein System-on-Chip mit einem ARM Cortex A7 Quad Core Prozessor mit 900 MHz pro Kern, der Grafikeinheit Broadcom VideoCore IV (OpenGL-ES 1.1/2.0, Full HD 1080p) und 1 GByte Arbeitsspeicher.
In Sachen Anschlussmöglichkeiten verfügt der Raspberry Pi 2 über 4 USB 2.0 Ports und eine 10/100 Mbit Ethernet-Schnittstelle. Über einen HDMI Anschluss und eine 3.5 mm Audio- Klinkenbuchse kann ein Monitor angeschlossen und der Sound verwendet werden. Hinzu kommen Anschlüsse für ein Display- und Kameramodul (DSI und DSI).
Weiterhin verfügt der Raspberry Pi 2 über 40 GPIO-Pins. Diese können als Ein- und Ausgänge zur Ansteuerung von Sensoren und anderer Hardware genutzt werden. Die Pins unterstützen außerdem zahlreiche Schnittstellen, wie UART, I2C und SPI. Versorgt wird der Raspberry Pi 2 über einen 5 Volt Micro USB Port. Die Leistungsaufnahme liegt bei maximal 4 Watt. Über einen MicroSD-Kartenslot kann eine Speicherkarte mit installiertem Betriebssystem genutzt werden. Als Betriebssystem kommen auf Linux basierende Systeme zum Einsatz. Das gängigste System ist das speziell an den Raspberry Pi angepasste Raspbian.
Der Raspberry Pi als Zentrale für die eigene Hausautomatisierung
Nachdem der Raspberry Pi und dessen technischen Spezifikationen beschrieben wurden, geht es darum zu diskutieren, wieso der Raspberry Pi als Zentrale für eine eigene Hausautomation im Eigenbau geeignet ist und welche Möglichkeiten der Anwender an.
Der Raspberry Pi arbeitet mit einem auf Linux basierendem Betriebssystem und ermöglicht daher die Installation und Nutzung von diversen Programmiersprachen und Softwarepaketen. Zur effizienten Nutzung und Umsetzung sind Kenntnisse über Linux und die entsprechende Programmiersprache notwendig. Zahlreiche Tutorials zum Raspberry Pi helfen einem bei der Arbeit mit dem Pi.
Weiterhin ermöglichen die 40 GPIO Pins die Ansteuerung diverser Sensoren und Aktoren. Dabei werden auch gängige Schnittstellen wie UART, I2C und SPI unterstützt, sodass der Einplatinencomputer mit vielen Geräten kompatibel ist. Konkret sind die folgenden Anwendungen mit dem Board einfach zu realisieren und bieten die Basis für eine eigene Hausautomatisierung.
– Ansteuern und Auslesen von Temperatursensoren, zum Beispiel DS1820, auf Basis von 1-wire
– Messen und Auswerten von Luftfeuchtigkeitssensoren
– Schalten von Relais und Verbrauchern
– Schalten von 433 MHz Funksteckdosen (und den entsprechenden Verbrauchern)
– Datenkommunikation über serielle Schnittstellen, UART (Tx und Rx)
– Ansteuern und Auslesen von Funksensoren
– Tag-Nacht-Steuerung mit Fotodiode oder ähnlichen Lichtsensoren Steuerung und Visualisierung
Steuerung und Visualisierung
Zur Visualisierung, Steuerung und Konfiguration der laufenden Hausautomation kann der Raspberry Pi via Remote über das Netzwerk, oder mit angeschlossenem Monitor über Maus und Tastatur gesteuert werden. Besser und komfortabler ist allerdings die Steuerung des Raspberry Pi über das Smartphone. Dazu kann der Raspberry Pi in einen Webserver verwandelt werden und eine Bedienoberfläche anbieten. Die Webseite zur Steuerung der Hausautomation kann dann sowohl vom Smartphone, als auch vom normalen PC aus geregelt werden. Durch eine Freigabe im Router ist der Zugriff von außerhalb, sprich über das Internet möglich.
Meistens wird der Webserver mit einem Datenbanksystem wie MySQL oder SQLite ausgestattet. Mit Hilfe einer Datenbank können parallel diverse Daten, wie Raumtemperatur, Luftfeuchtigkeit usw. aufgezeichnet werden.
Vorhandene Tools
Für den Raspberry Pi gibt es mittlerweile eine ganze Reihe an nützlichen Tools, die entweder einzelne Teilbereiche einer Hausautomation, z.B. das Schalten von Funksteckdosen, aber auch umfangreiche Gesamtlösungen. Meistens bringen all diese Tools bereits ein fertiges Webinterface mit sich, sodass eigene Programmierkenntnisse nicht erforderlich sind.
Weitere praktische Möglichkeiten
Aus den bereits genannten Möglichkeiten bzw. Anwendungen, welche mit dem Raspberry Pi von den Anwendern gerne umgesetzt werden, können konkrete praktische Einsatzmöglichkeiten abgeleitet werden, welche im Folgenden aufgelistet werden.
– Rollläden, Fenster und Jalousien wetterabhängig und tageszeitabhängig automatisiert steuern
– Leuchtmittel via Smartphone oder automatisiert nach Tageszeit schalten
– Leuchtmittel bewegungsabhängig automatisch schalten (Energie sparen)
– Garagentorsteuerung auf Grund von Bewegung und Sensorik
– Zentrales Erfassen und Nutzen von Steuer- und Visualisierungseinheiten
– Heizung und Klimaanagen wetterabhängig automatisch starten
– Meldungen von Rauchmedern bei Abwesenheit auf dem Smartphone empfangen
– Kontrolle über Mediengeräte
– Überwachungskameras beobachten
Die hier aufgelisteten Möglichkeiten umfassen lediglich einen Teil des potentiellen Einsatzgebietes einer Haussteuerung mit dem Raspberry Pi. Daraus resultiert ein deutlicher Gewinn an Komfort. Gleichzeitig wird bzw. kann der Energieverbrauch durch intelligentes Schalten von Komponenten gesenkt werden. Weiterhin können wichtige Sicherheitsaspekte, etwa durch Überwachung mittels Kameras gegeben sein.
Sicherheit geht vor: Montage und Instandhaltung
Die hier aufgetragenen Möglichkeiten und Einsatzgebiete mit dem Raspberry Pi sind sehr vielfältig. Wichtig, besonders für ungeübte Elektronikbastler, ist die richtige und sichere Montage von elektronischen Komponenten. Außerdem bedarf ein komplexes System der regelmäßig Warten und Instandhaltung.
Ein weiterer nicht zu vernachlässigender Aspekt ist die Sicherheit dahingehend, dass fremdes Eindringen in das System vorgebeugt werden muss. Dabei sind entsprechende Zugriffrechte für eigene oder fertige Tools zwingend erforderlich.