Umrüstung auf Smart-Home

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DevFuture

10 min readNov 16, 2020

Unser Haus ist 2012 errichtet worden und durch den selbstständigen Bau war keine Zeit, sich ausgiebige Gedanken über Smart-Home zu machen. Es hieß: Schnell aus der Wohnung raus und in das Eigenheim rein. Einige Jahre später habe ich mir angefangen Gedanken über Smart-Home zu machen und schnell mein erstes Projekt gefunden.

Das einschalten der Weihnachtsbeleuchtung außen am Haus wollte ich nicht mehr selber machen. Deswegen recherchierte ich, was man dort für den Anfang machen kann. Als erstes bin ich natürlich auf die Lösung mit der Zeitschalt-Uhr gestoßen. Da ich von Berufswegen Softwareentwickler bin und mir diese Lösung wenig Möglichkeiten aber auch keine Herausforderung bot, verwarf ich sie schnell.

Als nächstes bin ich auf eine für mich bessere Alternative gestoßen. Mit einem Raspberry Pi eine 433MHz Steckdose zu steuern. Dies wollte ich ausprobieren und bestellte mir einen Raspberry Pi 2b, 433MHz Sender, einen Satz “Brennenstuhl” Funksteckdosen und etwas Zubehör. Sobald alles da war, konnte ich loslegen. Das Betriebssystem (Raspbian) war schnell auf dem Raspberry Pi drauf. Nach der Installation einiger Pakete, der Verbindung des Raspberry Pi mit dem 433MHz Sender und Einstelle der Funksteckdosen auf die richtige Kodierung, konnte ich auch zügig die Steckdosen per Kommandozeile ein und ausschalten. So war der erste Schritt gemacht. (https://tutorials-raspberrypi.de/raspberry-pi-funksteckdosen-433-mhz-steuern/)

Jetzt kam die Qual der Wahl: Eine Automatisierungssoftware für mein Vorhaben zu finden. Nach ein paar Minuten googlen bekam ich Namen, wie FHEM, openHAB und ioBroker. Da ich damals, was die Hausautomatisierung, ziemlich bei 0 stand, war mir ziemlich egal welches System ich nehme. Meine Entscheidung ist auf ioBroker gefallen. Damit habe ich die Befehle, die ich vorher auf der Kommandozeile ausführte, in einen virtuellen Schalter einprogrammiert und konnte diesen auf dem Dashboard betätigen. Jetzt habe ich aber immer noch das gleichen Problem wie ich es vorher hatte, ich musste aktiv werden um die Weihnachtsbeleuchtung einzuschalten. Nach etwas rumprobieren und mich durch das System ioBroker am durchsuchen, entdeckte ich die Möglichkeit der Scripe. Dort kann man per Blockly, einer Visualisierung von Programmiersprachen aus dem Hause Google, sich automatische Abläufe zusammenklicken. Und so stellte ich das Ein-/Ausschalten der Weihnachtsbeleuchtung auf meine Bedürfnisse ein (Sonnenuntergang + 30 min = ein; 00:00 Uhr = aus; 06:00 Uhr = ein; Sonnenaufgang = aus).
Bei dieser Lösung gibt es einen Nachteil: Die 433MHz Technik hat keinen Rückkanal, deswegen musste ich die Befehle zum ein- und ausschalten der Steckdosen immer 5 mal hinter einander ausführen. Denn sonst ist es mehrere mal vorgekommen das der Befehl ausgeführt wurde aber die Beleuchtung war trotzdem noch aus.

Diese Lösung hat dann einige Winter die Weihnachtsbeleuchtung geschaltet.

Weiterhin hat mich das Thema der Hausautomatisierung immer wieder beschäftigt. Jedoch hatte ich nicht wirklich eine Idee wo ich dies Sinnvoll einsetzten kann. Nachdem meiner Frau mehrmals aufgefallen war, dass wir morgens beim Verlassen des Hauses zur Arbeit immer wieder irgendwo im Haus das Licht angelassen haben und es auch schon mal vorkam, das beim Wegfahren die Garage offen geblieben ist, war der Sinnvolle Verwendungszweck jetzt da. Durch die Einschränkungen der 433MHz Technik, kam die Erweiterung dieser Lösung nicht in Frage und so musste was Neues her.

Ausgangslage
war ein normales Schaltersystem von Berker im gesamten Haus und dieses sollte auch erhalten bleiben. Außerdem, wie bereits erwähnt wurden beim Bau keine Gedanken an Smart-Home gemacht und somit auch keine Signalkabel gelegt. Auf Grund dieser Tatsachen, würden nur Funk-Unterputzmodule für die Lichtsteuerung in Frage kommen. Des weiteren war es mir wichtig, dass ich mich nicht an einen Hersteller binde und dadurch für den zukünftigen Ausbau flexibel bleibe. Ein weiterer Punkt ist natürlich der Preis. So ein kommerzielles System eines Namenhaften Herstellers ist Preislich nicht gerade günstig.
Somit kamen die Systeme wie Homematic, KNX oder ähnliche nicht in Frage. Damit habe ich mich auf die Suche gemacht, was es überhaupt an Funk-Unterputzmodulen auf den Markt gibt. Dabei stieß ich auf ein paar Hersteller, die Module im Sortiment haben, die in Frage kamen. Da ich keine Doktor Arbeit schreiben wollte und auch neben Familie, Arbeit und Tätigkeiten am Haus nicht wirklich viel Zeit für eine ausgiebige Untersuchung aller Varianten hatte, nahm ich nur zwei der vielen möglichen Module unter die Lupe.

Xiaomi Aqara 2-Kanal Wireless Relay
Dieses Modul funkt per Zigbee Protokoll und benötigt eine passende Basis-Station.
Sonoff Mini
Dieses Modul verbindet sich mit dem vorhanden 2,4GHz WLAN und kann per App vom Smartphone gesteuert werden.

Beide haben Vor- und Nachteile:
Der erste braucht eine Basis und der größere Nachteil ist, laut Recherche, dass dieser nicht in die Norm-Unterputzdosen passt. Bei den Sonoff Modulen ist der Nachteil, dass diese eine Internetverbindung brauchen. Da die Module und die App sich mit einem Server in China verbinden und darüber die Ansteuerung erfolgt.

Aber nach etwas weiterer Recherche ist schnell klar geworden, dass die Sonoff Module in den seltensten Fällen mit der original Firmware betrieben werden. Hier kann man eine alternative Firmware installieren und damit die Verbindung zu einem chinesischen Server aufheben. Außerdem liegen diese Module in einem Preissegment von 5–7 € pro Modul. Da dachte ich mir, “einfach mal 5 Stück bestellen und wenn es nicht Funktioniert habe ich etwas Lehrgeld bezahlt”. Da ich diese Module am liebsten gestern in der Hand hätte, war an eine Bestellung aus dem fernen Osten nicht zu denken. Also schnell zu eBay, einen Händler aus Deutschland herausgesucht und bestellt. Nach ein paar Tagen lagen die Module im Briefkasten. Ja wirklich im Briefkasten, den die sind incl. Verpackung so klein, dass die durch den Briefkastenschlitz gepasst haben.

Nach einen kleinen Videoanleitung (https://www.youtube.com/watch?v=fGhV4ofH6kI) (UPDATE: ab Version 3.6: https://www.youtube.com/watch?v=FoJT5pJDEL4) konnte ich die alternative Firmware “tasmota” auf alle 5 Module installieren bzw. flashen. Somit habe ich Module gehabt, die ohne eine Internetverbindung funktionsfähig sind.
Nach dem Einbau dieser 5 Module in einige Schalten hat das Schalten des Lichtes direkt am Wandschalter wie gewohnt weiter funktioniert. Jetzt brauchte ich eine Zentralle für die Steuerung des Lichtes per Smartphone. Da ist mir die Lösung mit der Weihnachtsbeleuchtung wieder eingefallen. Der ioBroker ist ja so eine Zentralle und den hatte ich sowieso bereits am laufen. Nachdem ich auch noch die Kommunikation mittels MQTT (in der Softwareentwicklung werden solche Systeme als “Messsage broker” bezeichnet) hergestellt habe, konnte ich die Module jetzt auch über den ioBroker schalten. Nur für das Smartphone war das Dashboard nicht wirklich gut zu nutzen.

Also musste eine bessere Oberfläche für die Bedienung per Smartphone her. So habe ich mich wieder auf die Suche nach einer neuen Automatisierungssoftware gemacht und habe wie bereits zuvor die gleichen Kandidaten gefunden. Jedoch war diesmal einer dabei, der neu war oder den ich beim letzten mal nicht bemerkt habe. “Home Assistant” ist es gewesen. Also packte ich eine neue micro-SD Karte aus (um nicht das bestehende System zu löschen) und installierte die Raspberry Pi 2 Version. Schnell wurde mir klar, dass hier alles anders ist. Das System läuft in einem Docker Container und die Einbindung der Module ist auch anders. Nach der Installation von einem MQTT Server (Mosquitto broker) und des File Editors (beides Add-On) mit nur ein paar Klicks. Konnte ich mich schon an die Konfiguration der Module begeben. Sobald dies erledigt war, habe ich auf dem Dashboard den Status des Lichtes sehen können wie auch das Modul per Wandschalter und Smartphone schalten können. Dies führte dazu, dass ich 50 weitere Module & einen Raspbarry Pi 3 bestellte habe.

Wechselschaltungen & Kreuzschaltungen
wurden Verkabelungstechnisch ausgelöst und bei jedem Schalter ein Modul verbaut, das mit Strom versorgt wird. Dies musste ich machen, da die Sonoff Mini’s keine 240V Wechselstrom auf dem Schalter haben und bei der Verkabelung die Steckdosen und Schalter immer auf der gleichen Stromader liegen. Die Schaltung habe ich per Automatisierung mit einer “Toggle” Funktion gelöst.

Einige Serienschalter
sind im Haus auch verbaut und diese war es aus Platzgründen in den Unterputzdosen nicht möglich mit Sonoff Mini Modulen zu bestücken. Dafür habe ich die Shelly 2,5 Module genommen. Diese wurden auch mit der Firmware “tasmota” geflasht und danach war das Vorgehen gleich mit den bereits verbauten Sonoff Mini Modulen.

Habe ein eigenes Netzwerk
für die Module und Zentralle durch den Einsatz eines TP-Link Routers and einen alten AVM fritz!repeater (2,4 GHz wird nur benötigt)aufgebaut, um die Lichtsteuerung von den üblichen Geräten (Smartphones, Notebooks, Fernseher,…) im Haus zu trennen. Der Router und der Repeater waren per LAN-Kabel verbunden und die Zentralle habe ich per NAT an das normalen Netzwerk angebunden, um die Steuerung per Smartphone leicht zu realisieren.

WLAN Probleme
kamen nach dem der alte AVM fritz!repeater das Zeitliche gesegnet hatte. Den dann reichte die Sendeleistung des Routers nicht mehr für alle Module aus. Darauf habe ich mir einen TP-Link Repeater als Ersatz zugelegt und musste eine neue Problematik feststellen. Der TP-Link Repeater hat eine maximale Anzahl von 8 WLAN-Geräten. Daraufhin habe ich mir gedacht: “Alles von AVM zu kaufen, könnte helfen.” Also einen fritz!box 7430 und zwei fritz!repeater 310 bestellt. Als diese ankamen und eingerichtet waren, kam schon wieder Hiob vorbei und ich musste Feststellen, das diese fritz!box maximal 32 WLAN-Geräte (incl. Repeater) verbinden kann. So haben sich 32 Module mit der fritz!box verbunden und die Repeater kamen nicht mehr rein. Deswegen schickte ich die zwei fritz!repeater wieder zurück und verband die fritz!box mir dem TP-Link Router per LAN-Kabel. Da der TP-Link Router auch nur maximal 32 WLAN-Gräte zulässt, richtete ich jeweils die fritz!box als auch den TP-Link Repeater als selbstständige Access Points ein. Die Module konfigurierte ich jeweils auf einen der Access Points. Somit konnte ich Verbindungsprobleme der Module vorbeugen.

Jetzt hatte ich die Steuerung des Lichtes im gesamten Haus umgestellt aber das Problem mit dem Garagentor bestand immer noch. So machte ich mich wieder auf die Suche, wie man dies lösen kann.

Ausgangslage
war ein herkömmlicher Torantrieb des Herstellers “Sommer” und bedient wurde dieser durch zwei Handsender, einen Schlüssel an der Außenwand und zwei Tastern. Wie bereits auch bei der Ausgangslage für das Licht, sollte die Funktionsweise auch beim Garagentor erhalten bleiben.

Google (Freund uns Helfer) leitete mich auf ein Video (https://www.youtube.com/watch?v=QMepwpyjMCY) das ziemlich gut erklärt (auf Englisch), wie so eine Steuerung mit “Home Assistant” möglich ist. In diesem Video ist mir auch ein bekannter Name wieder begegnet. Den für die Ansteuerung des Torantriebes wird ein Modul von Sonoff verwendet. Es handelt sich um den Sonoff SV. Der Grund das hier kein Sonoff Mini oder ein ähnliches Modul verwendet werden darf, ist das die Steuerspannung des Torantriebes keine normale Netzspannung ist. Also bestellt ich mir einen Sonoff SV, einen Magnetschalter und etwas Zubehör für den Betrieb und das Flashen des Sonoff SV. Nachdem die Firmware “tasmota” auf dem Sonoff SV drauf war, konnte ich, wie im Video erklärt, die Konfiguration vornehmen. Jetzt musste nur noch der Sonoff SV mit den Schaltkontakten am Torantrieb und dem Magnetschalter verbunden werden. Das Gehäuse für den Sonoff SV wurde mir durch einen Bekannten mit einem 3D-Drucker hergestellt. Jetzt konnte ich meine bereits vorhandenen Möglichkeiten das Tor zu bedienen weiterhin nutzen und hatte zusätzlich die Möglichkeit das Tor auch per Smartphone zu bedienen. Aber was auch wichtig war, dass ich den Zustand des Tores sehen konnte.

Eine aktive Benachrichtigung auf meinem Smartphone ist dennoch noch nicht gegeben gewesen. Also konnte ich den Status des Garagentores und des Lichtes nur sehen, wenn ich die Home Assistant App gestartet habe und mich zuhause befand. Sobald ich unterwegs war, musste ich mich per VPN mit meinem Netzwerk verbinden, um auf Home Assistant zugreifen zu können. Das war schon um einiges besser als ganz ohne die Zentralle Steuerung nur noch nicht wirklich optimal. Die Verbindung per VPN sollte natürlich aus Sicherheitsgründen weiter bestehen bleiben und auch für die Bedienung der Steuerung von außen zwingen erforderlich sein.

Aktive Benachrichtigung
habe ich nach Anleitung in einem weiteren Video (https://www.youtube.com/watch?v=_XI2HxTQgUQ) mit der Telegram App eingerichtet und schon wurde ich informiert, wenn das Garagentor aufgemacht oder zugemacht wurde.

Die aktive Benachrichtigung trieb mich noch weiter an. Auf einmal sprudelten die Ideen was sich mit dem System alles machen lassen würde: Implementierung einer Alarmanlage, Steuerung der Rollos, Öffnen der Haustür, Benachrichtigung sobald jemand an der Tür klingelt, usw.

Öffnen der Haustür
habe ich ähnlich wie das öffnen des Garagentores realisiert. Mit einem Sonoff SV wird der Stromkreis für den elektrischen Türöffner in der Haustür geschlossen und man kann reinkommen. Aus der Erfahrung mit dem Magnetschalter für den Status des Garagentores habe ich mir, mit ein paar zusätzlichen Komponenten (Gleichrichter und Relay), die Klingel abgegriffen und eine Benachrichtigung dafür eingerichtet.

Eins führte zum anderen
und mit einem ESP32-Cam Module und einem Gehäuse aus dem 3D-Drucker bekam ich auch beim Klingeln an der Haustür zusätzlich zur Information, dass es an der Haustür geklingelt hat, auch noch ein Bild per Telegram.

Für den Status der Haustür
musste eine neu Lösung her, da ich keine Aufputz Verkabelung im Eingangsbereich haben wollte. So musste etwas mit Funk her. Da bin ich auf die Tür-/Fester-Kontakte von Aqara gestoßen. Diese sind klein und fallen nicht wirklich auf. Jedoch sind diese nicht per W-LAN sondern per Zigbee Funk-Standard zu verbinden. Also wieder das übliche vorgehen: Auf ein paar Webseiten Informationen zusammengetragen und die nötigen Komponenten (Zigbee-USB Stick, Aqara Tür-/Fester-Kontakte) bestellt.
Sobald diese da waren, konnte ich den Zigbee-USB Stick mit dem Raspberry Pi verbinden und einfach in den Einstellungen von Home Assistant die Zigbee Integration einrichten. Daraufhin war es möglich die Aqara Tür-/Fenster-Kontakte anzulernen und somit im Home Assistant zu benutzen. So habe ich auch den Status der Haustür per Benachrichtigung erhalten.

Weitere Türen & Fenster
haben sich der Übertragung des Status angeschlossen. Somit ist es möglich, durch das Einschalten einer vorher eingerichteten Automatisierung, bei Abwesenheit ein Alarm zu versenden und sogar weitere Maßnahmen einzuleiten.

Bei der Steuerung der Rollos
kam wieder ein bestehendes System als Ausgangslage zum Einsatz. Es war das Berker RolloTec Komfort mit Zeit-Schaltuhr. Und wieder sollte alles so weiter funktionieren wie es funktionierte, nur besser. Dies konnte ich mit den schon zuvor verwendeten Shelly 2.5 Modulen und einer kleinen Video-Anleitung (https://www.youtube.com/watch?v=Z-grrvnu2bU) (auf Englisch) realisieren.

Standlampen
vom Ikea konnte ich einfach durch Verwendung von Gesond SP1 Funksteckdosen bestens in das System integrieren. So das, z.B. das Betätigen eines bestimmten Lichtschalters nach einer gewissen Uhrzeit nicht das Hauptlicht im Wohnzimmer anmacht, sondern die Standlampen.

Zusätzliche Lichtschalter
konnte ich durch die Zigbee Integration einfach hinzufügen. Dafür kaufte ich beim Ikea die kleine Lichtschalter der Serie “TRÅDFRI” und nach dem Verbinden mit dem System, konnte ich diese an die Betten in den Kinderzimmern legen um das Hauptlicht dort an-/auszuschalten.

Natürlich wurde die Weihnachtsbeleuchtung auf die neue Welt portiert und weitere Umbauten sind bereits in Planung. Wie sagt man so schön: “Beim Essen kommt der Appetit.” Und bei Smart-Home ist das auch so. Mit jeder neuen Komponente, sieht man die Möglichkeiten und entwickelt neue Ideen für den Einsatz.

Fazit:

Smart-Home muss nicht mehrere tausend Euro kosten (aktuell < 1000,-€)
Wer sich nicht mit der Einrichtung & Programmierung solch eines Systems beschäftigen kann oder möchte, sollte es lieber lassen
Die Möglichkeiten sind vielseitig und groß
Man muss sich nicht an einen Hersteller binden
Es ist möglich die vorhandene Installation im Haus zu erweitern

Hilfreiche Links:

Umrüstung auf Smart-Home

Written by Alexei Nikorowski