Smart Home – Plusenergie-Blog

Smarter Türgong

Wir haben eine „smarte“ Türklingel – bzw. noch schlimmer: eine Cloud-basierte Türklingel. Wenn jemand bimmelt, dann wird über’s Internet eine Push-Nachricht auf’s Smartphone bzw. Tablet gesendet. In der Theorie ist das ganz nett: wenn man irgendwo unterwegs ist und Paketbote oder Nachbarskinder klingeln kann man diese sehen und mit ihnen sprechen. Ob das überhaupt Sinn macht ist eine andere Sache.

In der Praxis bimmelt’s dann nämlich auch immer am Smartphone, wenn man in der Arbeit sitzt und die Kinder im 10-Minuten-Takt irgendwas wollen. Abstellen kann man das nur nach dem ganz-oder-gar-nicht-Prinzip, und auch dann erfordert das eben immer einen manuellen Eingriff (ein- bzw. ausschalten eben).

Doch das größte Problem: das Klingeln an der Haustür soll ja halbwegs schnell auf dem Smartphone/Tablet signalisiert werden. Und das wiederum bedeutet, dass die Türklingel-App praktisch immer im Hintergrund laufen muss, um innerhalb <1 Sekunde zu „läuten“. Das widerspricht allen Energiespar-Maßnahmen des Gerätes. Nach allen paar Updates muss man wieder die Energiespar-Einstellungen für eben diese App „aushebeln“ – und das geht natürlich auch auf Kosten der Akkulaufzeit. Last but not least können Smartphones die Pushnachrichten i.d.R. nicht über das lokale (W)LAN „direkt“ von der Klingel empfangen, sondern nur als offizielle Push-Meldung über den jeweiligen Hersteller (also über’s Internet). Ich mag mir gar nicht vorstellen, was da im Hintergrund alles laufen muss – zudem ist man dem Türklingel“betreiber“ auf Gedeih und Verderb ausgesetzt (z.B. dass er nicht schon nach wenigen Jahren seine Cloudserver abschaltet).

Zwischenfazit soweit: eine „smarte“ Türklingel ist alles andere als eine „fire-and-forget“-Lösung, sondern vielmehr ein nettes Gimmick für technikaffine Leute. Eine „normale“ Türklingel, bestenfalls mit Kameraaufzeichnung wenn jemand geklingelt hat, würde in den meisten Fällen auch genügen.

Türgong

Aber zum Glück hat unsere Klingel auch einen ganz klassischen potenzialfreien Kontakt, mit dem man einen völlig analogen, internetfreien Türgong anschließen kann. Drückt jemand den Klingelknopf, dann schließt dieser Kontakt kurz, und der Gong kann loslegen. Man sollte beim Hausbau also in jedem Fall eine Leitung zwischen Haustür und Türflur vorbereiten, oder (in meinem Fall) viele Netzwerkleitungen ziehen, die man für diesen Zweck missbrauchen kann.

(unsere „smarte“ Türklingel wird über 4 Leitungen mit PoE und LAN versorgt, von den übrigen vier Leitungen habe ich zwei mit dem Schließkontakt der Klingel belegt. Am Patchfeld im Keller greife ich diese beiden Leitungen über einen manuell gecrimpten Stecker ab, und schicke diese über einen weiteren entsprechend gebauten Stecker zusammen mit 5V DC in ein anderes Netzwerkkabel in den Flur)

Nun hätte ich also in den Baumarkt meines Vertrauens gehen können um dort den nächstbesten Türgong samt Klingeltrafo zu kaufen, und fertig wäre die Sache. Aber was wäre das für eine analoge Verschwendung, wenn ich einen zentralen Lautsprecher „nur“ für die Türklingel nutzen würde… 🙂

DFPlayer & Co.

Vielen Arduino-Bastlern bekannt ist der „DFPlayer Mini“: ein komplett fertiger MP3-Player mit MicroSD-Slot und kleinem 3W-Verstärker, an dem man direkt einen Lautsprecher anschließen kann. Die Sache hat aber einen Haken: der DFPlayer kann nicht direkt über einen Taster (in diesem Fall: der Kontakt der Türklingel) losbimmeln, da braucht man eine kleine Schaltung (z.B. Arduino) davor. Aber ich habe da etwas Besseres gefunden: den DY-SV17F.

kostet nicht viel mehr als der DFPlayer (<$2 über AliExpress)
hat 4 MB Flash-Speicher dabei (kann direkt über MicroUSB mit MP3-Dateien bespielt werden)
kann je nach Beschaltung per Taster oder über UART angesteuert werden
hat ebenfalls einen 3W-Verstärker on board

In meiner ersten Version hatte ich tatsächlich nur den DY-SV17F auf einer Lochrasterplatine zusammen mit einem Transistor (zur Invertierung des Türklingel-Signals) und einem Kondensator (zur Entprellung) fliegend zusammengelötet und einen Lautsprecher angeschlossen. Diese optisch nicht unbedingt ansprechende Lösung hat nun vier Jahre lang mehr oder weniger gut funktioniert. Aber nun wollte ich dieses Provisorium auch endlich mal auflösen.

Version 2

Meine Ansprüche an die neue Version waren:

Abspielen weiterer Sounds (je nach Ansteuerung)
Lautstärke einstellbar (z.B. Abends leiser)
keine „fliegende Verdrahtung“ aus der Wanddose heraus, sondern alles kompakt inklusive Lautsprecher in einer Unterputzdose

Die fertige Lösung sieht so aus:

Herzstück ist weiterhin der DY-SV17F. Zur Ansteuerung ist ein NodeMCU (WeMos D1 Mini) dazu gekommen. Drei Widerstände „konfigurieren“ den MP3-Player auf UART-Betrieb. Der Türgong ist statt am DY-SV17F am ESP8266 angeschlossen – das hat den Vorteil dass ich den Klingelimpuls auch anderweitig auswerten kann (z.B. MQTT) und ich spare mir dank einer geschickten Schaltung den Inverter-Transistor.

Die beiden Platinen habe ich mit ganz profanem Tesafilm (und natürlich Isolation dazwischen) Unterseite an Unterseite miteinander „verklebt“ (also etwas kompakter gemacht) – daher die flexible Aderleitung zur Verbindung. So passt das zusammen mit allen Steckern und dem Lautsprecher in eine normale Unterputzdose.

Tasmota mit DY-SV17F compilieren

Als Firmware auf dem ESP kommt selbstverständlich Tasmota zum Einsatz. Seit einer Weile unterstützt diese prinzipiell auch den DY-SV17F – allerdings muss man sich die Firmware hierfür selber zusammen compilieren (der „tasmota-sensors“-Build unterstützt nur den DFPlayer!).

Das Compilieren war an sich der anspruchsvollste Teil (auf der Tasmota-Website sind alle Details beschrieben, das erspare ich hier). Ich selber habe PlatformIO hierfür genutzt. Folgende Einstellungen müssen in der Datei „tasmota/user_config_override.h“ gesetzt werden:

#ifndef USE_RULES
#define USE_RULES
#endif

#ifndef USE_MP3_PLAYER
#define USE_MP3_PLAYER
#endif

#ifdef MP3_VOLUME
#undef MP3_VOLUME
#endif
#define MP3_VOLUME 30

#ifndef USE_DY_SV17F
#define USE_DY_SV17F
#endif

Bei Bedarf kann ich das fertige Firmware-Image hier zum Download bereitstellen (das wird dann aber nicht auf dem aktuellsten Stand sein).

Die Verbindung zwischen NodeMCU und DY-SV17F benötigt lediglich drei Leitungen (GND, 5V, D4/GPIO2 an RX). Die gewinkelte Pin-Leiste auf dem DY-SV17F ist für den Anschluss des Lautsprechers. Die vier Adern vom NodeMCU gehen zur Stromversorgung (+5V, GND) sowie zum Klingelkontakt (+3.3V!!! und D8/GPIO15). Das ist EXTREM WICHTIG, da die Eingänge des ESP nur 3.3V vertragen und man sonst seinen Chip grillen würde. Im Tasmota ist D8 als „Button_in“ koniguriert. Der Trick dabei: der D8 hat einen externen Pull-Down-Widerstand zugeschaltet, so dass wir uns den sparen können. Wer das nachbauen will sollte je nach Leitungslängen mal durchmessen, ob 3.3V für die lange Strecke zwischem dem ESP und Türklingel ausreichen, ansonsten braucht man da eine entkoppelte Schaltung mit höherer Spannung.

Ganz zum Schluss konfiguriert man noch eine Regel im Tasmota, mit der bei jedem Button-Signal (Türklingel) das gewünschte MP3-File abgespielt wird:

Rule1 ON Button1#State DO MP3Track 1 ENDON
Rule1 1

Wenn ich nun statt dem Standardton (00001.mp3) etwas Anderes wünsche – z.B. die Minions zu Weihnachten singen sollen – dann muss ich nur die Regel auf das gewünschte MP3-File ändern. 🙂

Ausblick

Über MQTT kann ich somit auch direkt andere MP3-Dateien abspielen, sowie die Lautstärke der Klingel konfigurierbar machen. Die nächsten geplanten Schritte sind:

wenn das Haus in den „Nacht“-Modus geht, die Klingel leiser stellen
Abspielen eines dezenten Sounds, wenn die Spülmaschine oder der Trockner fertig sind
Abspielen eines nicht ganz dezenten Sounds, wenn die Außentemperatur <12° beträgt und die Haustür länger als zwei Minuten offen steht
und so weiter…

Der Kreativität sind nun keine Grenzen mehr gesetzt.

RGBW-Controller

Ich bin ein großer Fan von farbigem Stimmungslicht mittels RGB-LED-Strips. Vor einer Weile bin ich auf die günstigen „MagicHome“ RGB/RGBW-Controller mit WLAN-Unterstützung gestoßen, die auf dem ESP8266/8285/8295 basieren und sich daher mit der freien Tasmota-Software flashen lassen. Ich habe nämlich keine Lust, meine lokale Beleuchtung über irgendeine China-Cloud zu steuern. 🙂

Vier Controller habe ich inzwischen in Betrieb, und weitere sollten dazu kommen. Also habe ich – wie immer – einen Controller bestellt, das Gehäuse geöffnet – aber auf der Rückseite waren die Pads komischerweise nicht beschriftet. Rein äußerlich sah der „neue“ Controller aber absolut identisch zum bisherigen Controller aus:

Erst ein genauerer Blick auf die Platine zeigt die Unterschiede: das alte Modell trägt die Bezeichnung „ZJ-WFMN-A V1.1″ und hat einen ESP8295. Das neue Modell heißt „ZJ-WFMN-E V1.1″ und basiert auf einem S9070B (von Suzhou SmartChip Semiconductor). Leider ist diese Variante für meine Zwecke unbrauchbar, da diese (derzeit) nicht mit der Tasmota-Firmware neu geflashed werden können. 🙁

Also habe ich bei dem eBay-Händler, bei dem ich meine vorherigen ESP-basierten Controller gekauft hatte, zwei weitere Exemplare bestellt. Die waren 1-2 Euro teurer als wenn ich diese bei AliExpress gekauft hätte, aber zumindest weiß ich da was ich bekomme.

Dachte ich. 🙁

Es kommt nun offenbar eine weitere Variante in den Umlauf, die auf einem BL602-Prozessor (Bouffalo Labs) basiert. (Bezeichnung auf der Platine: ZJ-BWCE-IR-RGBW)

Die Bouffalo Labs BL602-Chips haben eine völlig andere CPU-Architektur als die ESP82xx von Espressif. Da die Teile offenbar gerade in großen Stückzahlen auf den Markt gespült werden, ist das Interesse groß diese auch umzuprogrammieren. Ein erstes Projekt zur Portierung des Arduino Core auf BL602 gibt’s schon, zudem läuft ein Reverse-Engineering-Projekt (Nutcracker Challenge, Übersicht).

Wenn man diesem Kommentar beim oben verlinkten Hackaday-Artikel glauben darf, könnte es aber noch etwas dauern bis die Plattform offen genug ist um einen mit dem ESP vergleichbaren Aufschwung zu erleben.

Fazit: man kann diese RGB-Controller zwar in andere Systeme einbinden (z.B. ioBroker), aber derzeit eben noch nicht umprogrammieren.

Die werden nun also erstmal ins Regal wandern. Schade. 🙁

Fußbodenheizung

Passivhaus hin oder her: wenn man morgens barfuß ins Bad geht ist der Fliesenboden schlicht und ergreifend kalt. Um genau zu sein: er fühlt sich kalt an (die Fliesen haben ja praktisch die selbe Temperatur wie die Umgebung).

Ab heute gibt es also eine neue Regel in meiner OpenHAB-Steuerung: etwa eineinhalb Stunden vor dem Aufstehen wird die Fußbodenheizung im Bad für insgesamt drei Stunden voll aufgedreht. Bei einer Vorlauftemperatur von ca. 30 Grad ist das nicht besonders viel, sollte den Boden aber auf eine angenehme Temperatur bringen.

Natürlich greift die Regel nur, wenn jemand anwesend ist, und am Wochenende wird die Uhrzeit etwas nach hinten verschoben.

Ganz grob sieht das dann etwa so aus:

// Fußbodenheizung morgens anschalten wenn anwesendrule "HeizungBadMorgensAn"
when
    Time cron "0 00 05 ? * MON-FRI" or
    Time cron "0 30 06 ? * SAT-SUN"
then
    logInfo("Heizung.rules", "Bad an? state=" + HOUSE_Abwesend.state)
    if (HOUSE_Abwesend.state == OFF) {
        logInfo("Heizung.rules", "anwesend, also Heizung an...")
        OG_FBHZ_Bad_Stellwert.sendCommand(100)
    } else {
        logInfo("Heizung.rules", "nicht anwesend")
    }
end

rule "HeizungBadMorgensAus"
when
    Time cron "0 00 08 ? * MON-FRI" or
    Time cron "0 30 09 ? * SAT-SUN"
then
    OG_FBHZ_Bad_Stellwert.sendCommand(10)
end

Verteilerschrank (II)

Hier ist nun der versprochene Nachtrag zum Verteilerschrank. Aktuell sieht der so aus:

WICHTIG: NICHT NACHMACHEN! Zumindest nicht ohne die erforderlichen Kenntnisse in der Elektroinstallation zu haben, die fünf Sicherheitsregeln zu beachten, etc.! Letztendlich muss ein zugelassener Elektriker die Anlage beim jeweiligen Versorger anmelden!

In den oberen zwei Reihen sind die Hager-Module UD21A1 bzw. UD22A1 (für Reihenklemmen) verbaut. Der Unterschied zu den „normalen“ Tragschienenmodulen ist, dass die Hutschienen auf Kunststoff-Isolatoren sitzen und somit von den Tragschienen (UN07A) getrennt sind. Außerdem sitzt die obere Schiene etwas weiter vorne als die untere Schiene, was das Rangieren mit Leitungen dahinter etwas vereinfacht. Die Hutschienen sind gemeinsam über „dicke“ Erdungsklemmen geerdet (Phoenix 3003923, mit 10mm²-Litze möglichst direkt zur Hauptanschlussklemme). Die NYM-Leitungen sind alle über Phoenix 3213946 (PTI 2,5-PE/L/NT) und 3213953 (PTI 2,5-L/L) aufgelegt. Brücken sind mit Phoenix 3030161 (FBS 2-5 etc.) gesteckt. Wenn etwa eine 3fach-Steckdose einer 5×1,5 NYM-Leitung vorerst nicht an separaten Aktorkanälen aufliegt, genügt eine einzige 1,5mm²-Leitung dorthin, L1/L2/L3 werden dann über Steckbrücken und eine Litzen-Brücke aufgelegt.

Die N-Leiter sind über N-Sammelschienen (Phoenix 402174) jeweils ins Gruppen zusammengefasst. Bei der Planung ist dann natürlich zu beachten, dass alle „Teilnehmer“ einer solchen Gruppe am selben RCD hängen. Die N-Sammelschienen müssen in regelmäßigen Abständen auf Aufliegeböcken (Phoenix 3213974 AB/PTI-3) aufliegen. Über eine Phoenix 3038286 STN 16 sind diese mit 6- oder 10mm² Litze mit dem jeweiligen RCD verbunden. Bei den „dicken“ Klemmen (PE, N) habe ich jeweils klassische Klemmverbindungen bevorzugt (die Litze stecke natürlich in passenden Aderendhülsen). Es gibt häufig aber auch Push-Klemmen (PTI) für größere Querschnitte, ebenso kann unter Umständen auf die Aderendhülse verzichtet werden. Da bin ich aber kein Spezialist… (a propos: eigentlich gehört noch ein Erdungs-Symbol-Aufkleber auf die geerdeten Hutschienen…). Jeder Block ist mindestens am Anfang und am Ende mit einem Phoenix Clipfix (3022276) fixiert, größere Blöcke auch mal zwischendrin. Auf die ganzen Abschlussdeckel kann ich gar nicht im Detail eingehen – die muss man natürlich auch einplanen (z.B. 3213975 D-PTI/3 hinter den Auflageböcken).

Warum ist das so wichtig, dass die Hutschienen der Reihenklemmen nicht mit dem Schrank verbunden sind? Stell‘ Dir vor, Du schraubst (entgegen aller Vorschriften) an einem nicht stromfrei geschalteten Verteilerschrank herum und kommst dummerweise mit einem Leiter in Berührung, der vor einem RCD angeschlossen ist. Berührt man dann gleichzeitig irgendwo den Verteilerschrank, dann wird der Fehlerstrom nicht erkannt. Im dümmsten Fall ist die einzige Sicherung dann nur noch der 63A-LS beim Hauseingang – und bis der durchgebrannt ist, ist man das selber auch. 🙁

Deshalb wird sogar separat geprüft, dass der Verteilerschrank selbst (u.a. die Tragschienen oder die Hutschienen der Reiheneinbaugeräte) nicht geerdet ist. Bei eigenen Umbauten sollte man das auch immer wieder mal prüfen – ich hatte versehentlich mal Cat6-Netzwerkbuchsen auf eine „normale“ REG-Schiene geklemmt und somit den ganzen Schrank über das Netzwerkkabel geerdet.

Die Reiheneinbaugeräte sitzen auf den Hager-Modulen UD21B1/UD22B1/UD31B1/UD32B1 (je nach Größe). Die Modul-Sets haben den Vorteil, dass passende Abdeckungen („Berührungsschutz“) auch gleich dabei sind und man das nicht alles selber zusammenstellen muss.

Die Verdrahtung zwischen Reihenklemmen und REG-Geräten habe ich bewusst „fliegend“ mit 1,5mm² und 2,5mm² Schaltdraht gemacht. Ich hatte zwar auch Verdrahtungskanäle mitbestellt (OBO LK4 30025 und 40040 – Alternativen und passende Halterungen gibt es auch irgendwo bei Hager) – ich finde es aber übersichtlicher, wenn die Verbindungen relativ „frei“ liegen. Gerade in der Startphase, wo sich einige Zuordnungen noch ändern, ist das angenehmer als Leitungen durch die Verdrahtungskanäle zu ziehen. Definiv kann man aber darüber streiten – die Kanäle sind auf jeden Fall ordentlicher. Manchmal wird angeführt, dass aber durch die Nähe der Leitungen darin eher mal „Nebenwirkungen“ durch Dimmer o.ä. auftreten könnten.

Die RCD (umgangssprachlich „FI“) und LS (Leitungsschutzschalter, „Sicherungen“) habe ich alle von ABB, gekauft beim Baumarkt meines Vertrauens. 🙂 Die Modelle von ABB haben den Vorteil, dass man pro Eingang bzw. Ausgang zwei Leitungen anschließen darf (z.B. auch eine Schiene und eine Leitung), da die Klemm-Mechanismen das ausdrücklich ermöglichen. Bei den Geräten von Hager wiederum darf man das zwar nicht, dafür haben diese ein sehr elegantes Beschriftungsfeld, was ungemein praktisch ist wenn man die Abdeckungen vom Verteilerschrank abgenommen hat… (deshalb sind einige Geräte bei mir zusätzlich direkt beschriftet).

Der linke Bereich im Verteilerschrank ist für Kleinstromanwendungen (ELV – Extra Low Voltage) vorgesehen. 230V-Leitungen dürfen diesen Bereich nicht ohne weiteres queren.
Die KNX- und 1Wire-Leitungen sind auf Phoenix 3214663 PTTBS 1,5/S-KNX aufgelegt (passender Deckel: 3214664 (Weiß) und 3214699 (Grau)). Die selben Klemmen, bloß in Grau (Phoenix 3214657) kommen für die Rauchwarnmelder und einige Binäreingänge zum Einsatz. Mit den farbigen Deckeln lassen sich die Bereiche gut voneinander trennen, passende Steckbrücken verbinden KNX-Bus bzw. die RWM-Halbringe untereinander.

Gold wert war/ist die selbsteinstellende Crimpzange Knipex 97 53 09, mit der man auch problemlos 10mm² und 16mm² pressen kann. Die Aderendhülsen sind alle von Klauke. Etwas „tricky“ ist der Umgang mit Doppeladerendhülsen – die passen nämlich nicht in alle Reihenklemmen und auch manchmal nicht in REG-Geräte. Manchmal kann es helfen, zwei 1,5mm²-Leitungen zusammen in eine einzelne (normale) 2,5mm²-Aderendhülse zu pressen – ist nicht ganz vorschriftsgemäß, passt aber meistens. 😀

Die Verteilung der Stromzuführung (Hauptanschlussklemme im Schrank) zu den einzelnen RCDs habe ich für L1/L2/L3 auch farbig ausgeführt (Braun/Schwarz/Grau), um einen besseren Überblick über die Phasenverteilung zu haben. Der Elektriker hatte im Zählerschrank wiederum alles mit schwarzer Litze verdrahtet – da mir dafür kein Stromlaufplan vorliegt, finde ich das persönlich etwas unübersichtlicher.

A propos Zählerschrank: dieser ist bei uns separat (ca. 5 Meter entfernt vom Verteilerschrank) installiert. Ein Hauptschalter darin erlaubt es mir, den kompletten Verteilerschrank stromlos zu schalten. Ebenso ist der obligatorische Überspannungsschutz dort installiert.

Bitte habt Verständnis dafür, dass ich keine Kommentare/Anfragen zu konkreten Verdrahtungen beantworten werde. 80% der Tätigkeiten sind zwar reine „Fleißarbeit“ (Auflegen der Reihenklemmen, Verdrahtung der Geräte usw.), die restlichen 20% sind aber nicht zu unterschätzen (Verwendung der richtigen Querschnitte, Verteilung der Last auf die verschiedenen Phasen, u.v.m.). Wer also selber Hand anlegen möchte, muss das in Absprache mit seinem Elektriker tun.

Eine gute Einführung in die Verteilerplanung liefert die KNX-Bibel (äußerst empfehlenswert).

Rauchwarnmelder

Rauchmelder sind inzwischen natürlich obligatorisch. Und in einem „Smart Home“ ist es genauso selbstverständlich, dass diese untereinander vernetzt sind: so wird man auch im Schlafzimmer geweckt, wenn im Technikraum im Keller Rauch entsteht.

Zur Vernetzung gibt es im Grunde nur zwei Möglichkeiten: per Draht oder per Funk. Bei Vernetzung per Funk benötigt jeder Rauchwarnmelder (RWM) noch ein Funkmodul. Letzteres ist meistens mit einer eigenen 10-Jahres-Batterie ausgestattet, muss also irgendwann auch entsorgt/ersetzt werden. Bei einer Drahtvernetzung kann man sich überlegen, ob man die RWM einfach mit einer 2-adrigen Leitung miteinander verbindet (dann können alle Melder einer Linie gleichzeitig Alarm geben), oder ob man jedes Gerät z.B. mit an den KNX-Bus anbindet (damit wüsste man dann im Alarmfall, welches Gerät ausgelöst hat, und kann z.B. auch den Batteriestand jedes einzelnen Gerätes abrufen). Da jedes KNX-Modul aber auch noch mal mit rund 70,- € zu Buche schlägt, haben wir eine günstige „Hybrid“-Lösung gewählt.

Beim Verlegen der Leerrohre wurde in jedem Stockwerk eine Ring-Topologie vorbereitet, deren beiden Enden jeweils zum Technikraum führen. Im Technikraum kommen somit 6 Leitungen an (pro Stockwerk einmal abgehend, einmal ankommend). In jedem Zimmer sowie im Flur und Treppenhaus wurden die Positionen der Rauchmelder vorab eingeplant, die Leerrohre (kommend/gehend) kommen da jeweils paarweise aus der Decke.

Bei den Rauchmeldern haben wir uns für Dual-Rauchmelder (Erkennung von Rauch und starken Termperaturanstiegen) mit Kabelvernetzung entschieden. Zudem sollten diese eine 10-Jahres-Batterie haben – danach sollten die Sensoren ohnehin als verschmutzt betrachtet und die Geräte ausgetauscht werden. Am Ende sind wir bei „GIRA Dual Q“ gelandet (für die gibt es auch ein KNX-Modul), es gibt aber auch einige Alternativen (z.B. von Ei Electronic).

Die Installation ist denkbar einfach: Kabeldurchlass herausbrechen, Halterung an die Decke schrauben, Brandmeldekabel an eine Klemme anschließen, Rauchmelder befestigen.

Auf diesem Bild ist nur ein Kabel zu sehen: die Ringe pro Stockwerk sind „offen“, d.h. die Leitung vom letzten Rauchmelder zurück in den Keller ist nicht verlegt (nur Leerrohr vorbereitet) bzw. nicht angeschlossen. Aus EMV-Gründen wird das so empfohlen (wenn ein Blitz in der Nähe einschlägt, würde man sich so sonst eine riesige Induktionsschleife bauen).

Im Technikraum sind alle Brandmeldekabel an Reihenklemmen aufgelegt und somit alle drei Ringe miteinander verbunden. Ein einziger Rauchmelder (in dem Fall im Technikraum) ist mittels KNX-Modul zusätzlich an den KNX-Bus angebunden. Das eröffnet folgende Möglichkeiten:

einige Statusmeldungen (Batteriestand, Umebungstemperatur etc.) des direkt angeschlossenen Rauchmelders können ausgelesen werden (was ehrlich gesagt eher irrelevant ist)
wird Alarm ausgelöst, dann wird dieser an den KNX-Bus gemeldet. Man kann somit z.B. automatisch alle Jalousien hoch fahren (um eine Rettung zu vereinfachen), Licht einschalten, usw. Bislang habe ich davon noch nichts umgesetzt, ist aber eingeplant… 😀
Die Alarmierung unterscheidet übrigens zwischen „lokal“ (von dem RWM mit dem KNX-Modul erkannt) oder „remote“ (über den 2-Draht-Bus gemeldet).
man kann vom KNX-Bus aus auch einen Alarm auf dem 2-Draht-Bus auslösen: entweder um die akustische Funktion aller Geräte zu testen (inkl. ob alle Geräte noch korrekt am 2-Draht-Bus angeschlossen sind), oder z.B. die Kinder aufwecken. 😉
Man sollte es damit aber nicht übertreiben, da jede Alarmsignalisierung auf Kosten der Batterielebensdauer geht.

Beim Schleifen einer Wand im Treppenhaus habe ich unfreiwillig einen Rauchalarm ausgelöst und somit die korrekte Funktionsweise testen können 🙂 Der Alarm muss dann am auslösenden Gerät bestätigt werden, es reicht nicht das an irgendeinem anderen RWM zu bestätigen.

Wir haben etwa 15 Rauchmelder installiert, die Kosten pro Gerät lagen bei rund 35,- EUR sowie einmal rund 70,- EUR für das KNX-Modul.

Inbetriebnahme Glasfaseranschluss

Nachdem Anfang März 2017 der Glasfaseranschluss ins Haus gelegt wurde, erfolgte am Tag der Wärmepumpen-Inbetriebnahme auch die Inbetriebnahme des Glasfaseranschlusses. Ein Techniker des Netzbetreibers kam vorbei und brachte den „ONT“ mit (Optical Network Terminator). Dieses Gerät ist ein Medien- und Protokollkonverter: auf der einen Seite kommt die Glasfaser rein, auf der anderen Seite ein klassisches RJ45-Kabel zum DSL-Port der FritzBox. Das mitgelieferte Glasfaser-Patchkabel war ca. 2m lang – die meisten Leute installieren den ONT in der Nähe des APL. Ich wollte den aber lieber beim Netzwerkschrank haben, also habe ich mir im Spezialhandel eine eigene 10m Glasfaserleitung besorgt (LWL-Singlemode-Patchkabel, LC/APC – SC/APC). Welche Stecker man genau braucht (LC/APC bzw. SC/APC) hängt vom APL und ONT ab, also besser erst bestellen wenn die Geräte da sind. Glasfaser-Patchkabel sind recht empfindlich und können in der Regel nicht umgetauscht werden.

Um das LWL-Patchkabel unbeschadet und gut geschützt einmal quer durch den Keller zu verlegen habe ich mir mit M16-Leerrohren und passenden Bögen eine entsprechende Strecke gebaut und das LWL-Kabel vorsichtig mit der Kabeleinzughilfe eingezogen (ganz ohne ging das nicht, die Reibung war wegen der insgesamt 5 Bögen zu hoch).

Mit den 10 Metern bin ich gerade so hingekommen – am Ende waren noch ca. 10cm „übrig“. 🙂

Der Rest ist trivial: das RJ45-Kabel wird beim DSL-Anschluss einer handelsüblichen FritzBox angesteckt – fertig. Die FritzBox sieht keinen Unterschied, ob der DSL-Anschluss nun auf Kupfer oder auf Glasfaser basiert. So ein 100-MBit-Anschluss ist schon was feines. 🙂

Nicht zu unterschätzen ist die Standort-Wahl für die FritzBox. Wenn man diese nicht nur als besseres DSL-Modem, sondern auch als WiFi-Hotspot oder DECT-Basisstation nutzt, dann muss diese zwangsweise relativ zentral im Haus aufgestellt werden (außer natürlich, man will sich auch noch WLAN- und DECT-Repeater ins Haus holen). Bei uns stand die FritzBox anfangs im Technikraum im Netzwerkschrank. Das schnurlose DECT-Telefon funktionierte so aber nur im Keller und im Erdgeschoss. (WLAN läuft bei uns separat über andere Hardware, das habe ich daher in der FritzBox komplett deaktiviert).

Um uns einen DECT-Repeater zu ersparen habe ich die FritzBox kurzerhand ins Erdgeschoss verlegt. Die DSL-Leitung vom ONT wird über ein ganz normales Patchkabel auf eine Netzwerkdose im Erdgeschoss aufgelegt, über den zweiten Anschluss der Doppel-Netzwerkdose geht dann das „Internet“ von der FritzBox zurück in den Keller – und von dort aus auf einen Switch.

Mein Tipp daher: bei der Hausplanung im Erdgeschoss einen Platz für eine FritzBox (o.ä.) vorbereiten – möglichst dezent (z.B. im Abstellraum), mit Doppel-Netzwerkdose und Strom.

Und noch etwas für Nerds: der Glasfaseranschluss ist als „GPON“ (Gigabit Passive Optical Network) realisiert. Dabei teilen sich bis zu 32 Teilnehmer eine Leitung, deren Kapazität maximal 2,5 GBit/s im Downstream und 1,25 GBit/s im Upstream beträgt. Und genau da werden Netzwerktechniker hellhörig: „Man teilt sich eine physische Leitung? Wie sicher ist das denn?“
Diese Frage beschäftigt viele – und es finden sich ganz interessante Untersuchungen dazu, z.B. GPON FTTH networks (in)security. Vorab: es ist nicht so, dass man mit einem einfachen Netzwerk-Sniffer sehen kann, was die Nachbarn so an Daten übermitteln. Die Verbindung zwischen ONT und OLT (Optical Line Terminal – quasi „das andere Ende der Leitung“) wird i.d.R. zumindest mit AES-128 verschlüsselt. Wie die vorgenannten Sicherheitsuntersuchungen zeigen, könnten aber z.B. einzelne ONTs anfällig sein, z.B. durch Backdoors in veralteter Firmware.

Ich würde mal stark vereinfacht sagen, dass GPON nicht viel sicherer oder unsicherer als verschlüsseltes WLAN ist. Mit genügend krimineller Energie kann man da womöglich einsteigen – hochsensible Daten sollten also immer Ende-zu-Ende-verschlüsselt übertragen werden.

1Wire-Kalibrierung

Um die Wirkung der aufwendigen Passivhaus-Dämmung zu messen, plane ich einige Sensoren u.a. unmittelbar vor und hinter der Kellerisolierung anzubringen. Konkret werden es die beliebten DS18B20 von Maxim (ehemals Dallas). Diese haben eine Genauigkeit von 0,5°, eine Auflösung von 12 Bit und sind bereits ab Werk kalibiriert. Bei zwei verschiedenen eBay-Händlern habe ich mir insgesamt 20 wasserdicht verpackte Sensoren mit je 3m Kabel bestellt. Um die zu testen und die Meßergebnisse in ein besseres (=genaueres) Verhältnis zueinander bringen zu können habe ich diese nun zusätzlich kalibriert.

Zuerst einmal habe ich alle Sensoren an einen Raspberry Pi angeschlossen. Der integrierte 1Wire-Master (über GPIO 4 mit externem Pullup-Widerstand) unterstützt leider nur 15 Sensoren (zumindest wenn ich die mit je 3m Kabel anschließe – kann sein dass auch einfach nur der Bus zu lang wurde). Außerdem möchte ich „meinen“ 1Wire-Bus mit 5V betreiben, also habe ich über I²C einen DS2482 als Master angeschlossen. Über WAGO-Klemmen (221-415) habe ich dann einen Sensor nach dem anderen an den Bus angeklemmt und via owfs die ID des jeweils neuen Sensors ausgelesen. Diese wurde mittels Etikettiergerät und transparentem Schrumpfschlauch an beiden Enden jedes Sensors dauerhaft gut lesbar aufgebracht.

Mit Herzchen-Eiswürfeln 🙂 und einer Thermoskanne habe ich dann Eiswasser zubereitet. Leider nicht mit destilliertem Wasser, daher wird der Taupunkt vermutlich nicht bei exakt 0° gelegen haben, aber mich interessieren eh mehr die relativen Unterschiede zwischen den Sensoren.

Nachdem sich alle Sensoren an die Temperatur angepasst hatten, habe ich alle paar Minuten mit einem Mini-Script alle Werte ausgelesen und zur späteren Weiterverarbeitung in eine Textdatei geschrieben.

Nach einem Zwischenschritt über lauwarmes Wasser endete die Testreihe schließlich noch in fast kochendem Wasser (92°).

Als Referenzwert habe ich einen original DS18B20 wasserdicht in Schrumpfschlauch verpackt mitgemessen und werde den auch für künftige, weitere Sensoren als Referenz mitmessen. Einer der beiden Sensorsätze war dem Original-Sensor insgesamt sehr ähnlich, der andere Sensor-Satz hatte aber komplett anders strukturierte Seriennummern und lag konstant rund 0,3-0,5° unter dem Original-Sensor. Ich befürchte, dass es sich dabei um eine Fälschung handeln könnte (eBay eben…) – in die Bodenplatte werde ich die besser nicht einbauen. 😉

Trotzdem waren die Differenzen aller Sensoren in allen Testserien relativ konstant. Für jedem Sensor habe ich nun einen gegen den Mittelwert errechneten Korrekturwert.

Ich werde weiter berichten, sobald die ersten Sensoren eingebaut werden.

Der Katzen-Faktor

Ein Faktor ist in der Planung des „smarten“ Passivhauses auch nicht zu unterschätzen: die Katze.

Die Katzenschleuse

Wir suchen eine Lösung, wie der feine Stubentiger nach Lust und Laune das Haus betreten und verlassen kann, ohne dass der faule Bauherr dafür jedes mal Türöffner spielt.

Die erste Herausforderung stellt die Katzenklappe dar. Das Passivhaus zeichnet sich ja unter anderem dadurch aus, dass es quasi „luftdicht“ ist. Eine luftdichte Katzenklappe (oder eine Katzenklappe nach Passivhaus-Standard) ist mir nicht bekannt und wäre vermutlich auch unbezahlbar. In diversen Internetforen entwickeln sich ernsthafte Fragen zu dem Thema meist zu abgefahrenen Ideen wie etwa der Katzenschleuse (welche dann auch noch die Kerntemperatur der Katze misst, damit die auch ja keine Kälte ins Haus bringt) 🙂
Und dann gab’s da noch die Idee mit der Wohnraumlüftung, welche die Katze á la Rohrpost befördert… 😛

Wenn die Garage zufällig ans Haus anschließt, dann wäre eine Möglichkeit, eine Katzenklappe in die Garage und eine weitere ins Haus einzubauen; Letztere am besten noch in einen Raum mit meist geschlossener Tür (und nochmals Katzenklappe). Ist zwar nicht perfekt luftdicht, aber besser als gar nichts.

Unsere Garage schließt leider nicht direkt ans Haus an. Unser Architekt hat uns auf die Idee gebracht, eventuell in einem Kellerfenster eine Katzenklappe einzubauen. Der Lichtschacht bräuchte dann eine etwas größere Öffnung und ggf. eine kleine „Katzenleiter“ (ja, das nennt sich wirklich so). Allerdings können sich auch andere Tiere (Igel, Mäuse) dorthin verirren.
Leider scheidet diese Variante für uns komplett aus, weil unsere Kellerfenster wasserdicht ausgeführt werden sollen (hat mit unserer Geländesituation zu tun). Und wasserdichte Katzeklappen werden vermutlich erst nach den luftdichten Katzenklappen entwickelt. 🙁

Fazit: es wird wohl keine Katzenklappe geben. 🙁

Die Bewegungsmelder

Um das Licht möglichst automatisch ein- und auszuschalten (oder mit Konstantlichtregler sogar je nach Umgebungshelligkeit automatisch zu dimmen) sollen Präsenz-/Bewegungsmelder zum Einsatz kommen.

Am dezentesten sind diese natürlich an der Decke. Aber eine moderne Bauernregel besagt: „Läuft die Katze nachts durch’s Haus, geht das Licht oft an und aus“. Hier sehe ich aktuell drei Lösungsansätze:

Bewegungsmelder mit Kleintiererkennung kaufen. Sowas soll es geben (habe noch nicht danach gesucht) – da ist wohl konfigurierbar ab welchem Wert der Bewegungsmelder auslösen soll. Gleichzeitig wird der BM dadurch aber auch etwas „träge“ bei der Erkennung von Menschen.
Bewegungsmelder an der Wand (statt Decke) befestigen. Viele Melder lösen dann bereits standardmäßig nicht auf Fußbodenhöhe aus. Ansonsten den BM um 180° drehen, dann lösen die oft erst ab >1m Höhe aus.
letzte Möglichkeit: damit leben. Wenn das Licht nachts automatisiert eingeschaltet wird, dann idealerweise eh nicht auf voller Helligkeit, sondern kräftig gedimmt. Mit LEDs sind die Stromkosten auch nicht so wahnsinnig hoch, und die Katze ist ja nachts auch nicht andauern unterwegs.
Wer’s optimieren mag, schaltet die Bewegungsmelder in Abhängigkeit (z.B. dass der BM im Erdgeschoss nur dann aktiviert wird, wenn vorher der im Flur Obergeschoss (bei den Schlafzimmern) ausgelöst hat, oder die Haustüre vorher aufgesperrt wurde. Ist halt etwas komplexer…

Raspberry Pi als SmartHome-Server

Ich plane unser Haus ja als Smart Home auszustatten. Als „Server“ für zentrale Dienste und als Schnittstelle zwischen 1-Wire und KNX/DALI soll hierfür ein Raspberry Pi zum Einsatz kommen.

Im diesem ersten Beitrag beschreibe ich den rein technischen Zusammenbau des Mini-Rechners, um ideal im Schaltschrank Platz zu finden.

Die Zutaten sind:

das Hutschienen-Gehäuse für Rapberry Pi Model B+ (4TE) von Pollin (Bestellnr. 702 278) – 9,95 €
ein 2,2″ SPI TFT, 320×240 Pixel (ILI9341 Controller). Von eBay für rund 6 € aus China (Geduld!)
insgesamt 8 Drahtbrücken (female/female) – idealerweise als Flachbandkabel
ein Raspberry Pi 2 Model B (ich habe ausdrücklich nicht den Raspi 3 genommen, da die Leistung des 2 völlig ausreicht, dieser weniger Energie verbraucht und so auch weniger Wärme erzeugt – ich erwarte mir daher eine höhere Lebensdauer)
und natürlich Stromversorgung zum Testen (z.B. ein 5V 2A Handyladegerät) sowie eine MicroSD-Karte (möglichst hochwertig für eine lange Lebensdauer)

Auf diesen Aufbau bin ich mehr oder weniger durch Zufall gestoßen: ich hatte mir auf gut Glück einige günstige Mini-TFTs aus China bestellt, weil ich ein bisschen mit der Visualisierung herumspielen wollte. Eines Tages kam dann ein Hutschienen-Gehäuse dazu, und irgendwann stellte ich fest, dass das rote 2,2″-TFT fast perfekt dort hinein passt. Die notwendigen Änderungen, um das Display ganz perfekt einzubauen sind recht einfach.

Zuerst müssen die 4 kleinen Abstandshalter am inneren Rahmen entfernt werden (z.B. mit einem Schraubendreher wegbrechen):

Danach passt das Display bereits ganz gut in das Gehäuse:

Um später die transparente Abdeckung perfekt einzupassen, muss man z.B. mit einem Multitool (Dremel) oder einer kleinen Säge/Feile eine der Nasen der Abdeckung ganz vorsichtig bearbeiten, so dass diese um die Lötpins des Displays herum passt:

Wenn alles passt, kann das Display mit etwas Heißkleber fixiert werden. Bitte auf die korrekte Einbaurichtung achten: bei meinen Exemplaren befindet sich die 9-polige SPI-Anschlussleiste (die Lötpins) von vorne betrachtet auf der rechten Seite. Man kann das aber auch anders herum einbauen und später die Anzeige im Raspi entsprechend drehen.

Der Anschluss des Displays an den Raspi erfolgt größtenteils gemäß der bekannten Pinbelegung:

Display	Raspberry
SDO (MISO)	-unbelegt-
LED	16 (GPIO23)
SCK	23 (SPI_CLK/GPIO11)
SDI (MOSI)	19 (SPI_MOSI/GPIO10)
D/C	18 (GPIO24)
RESET	22 (GPIO25)
CS	24 (SPI_CE0_N/GPIO08)
GND	20 (Ground)
VCC	17 (3.3v)

Die PINs für I²C, 1-Wire und noch ein paar weitere GPIOs bleiben glücklicherweise frei.

Ich habe natürlich gleich zwei Exemplare gebaut, um immer ein Ersatzgerät vorrätig zu haben:

Fertig.

Beim Einschalten bleibt das Display allerdings erst mal schwarz: um die Konsole zu bekommen, muss man erst ein paar Einstellungen im Linux vornehmen – das erkläre ich im nächsten Teil.