FHEM Hausautomation mit Fritzbox

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Fritzbox Tipps & Tricks

Das Thema Hausautomation gewinnt seit geraumer Zeit immer mehr an Bedeutung. Selbst Energiekonzerne wie RWE bieten eigene Hausautomationssysteme an. Nebenher sind es vor allem die Elektronikhändler ELV und Conrad, die das sog. FS20-System mit aggressiver Preispolitik auf dem Markt anpreisen. Die Art und Ausführung der Heimsteuerungssysteme könnte jedoch unterschiedlicher nicht sein. Ein allgemein gültiger Standard ist nicht vorhanden. Das selbe Ziel verfolgen jedoch alle am Markt erhältlichen Systeme, Protokolle und Anbieter: Individualisierbare Haussteuerungsysteme für den Endanwender.

Dieser Artikel wird daher zunächst die Grundlagen der Hausautomation klären und schließlich eine Lösung vorstellen, die als umfassendes Setup für sämtliche Haussteuerungen genutzt werden kann. Es wird gezeigt, wie mit dem CUL-Stick der Firma busware.de und dem Hausautomation-Server FHEM eine sehr professionelle Konfiguration erstellt werden kann, die für den 24-Stunden-Betrieb lediglich eine laufende AVM FritzBox 7390 (Amazon-Link) benötigt. Dabei ist weder technisches Detailwissen, noch grundlegendes Programmierverständniss notwendig. Lediglich ein wenig technische Affinität und Freude bei der Konfiguration sollte der Leser mitbringen. Auch andere FritzBoxen wie die 7270 (Amazon-Link) können grundsätzlich für die Konfiguration verwendet werden: doch Vorsicht! Plug and Play funktioniert nur mit der 7390 wirklich reibungsfrei.

Was ist Hausautomation? Unterschiedliche Protokolle

Zur Steuerung unterschiedlicher Geräte im eigenen Haus oder der eigenen Wohnung existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Steuerungs-Protokolle. Die Interkompatibilität dieser ist jedoch nur begrenzt gegeben.

Nachfolgend sollen daher zwei unterschiedliche Protokolle im 868-Mhz-Bereich aufgeführt werden:

FS20:

Das vom Elektronikhändler ELV entwickelte Protokoll genießt eine weite Verbreitung. Gerade wegen des niedrigen Preises und der hohen Anzahl an Komponenten (Sender, Sensoren und Empfänger) ist es bei vielen Anwendern sehr beliebt. Das Produktprogramm wird stetig erweitert und ist mit den zum System gehörenden Protokollen FHT und HMS kompatibel. FHT-Devices sind spezielle Bausteine zur Heizungssteuerung, während HMS-Geräte der Sicherheit im Heim dienen. Ein zentraler "Nachteil" des FS20-Systems ist die einseitige Kommunikation der Komponenten. Ein sendendes Element erhält dabei keine Rückmeldung vom schaltenden Gerät, ob der Schaltvorgang tatsächlich stattgefunden hat. Demgegenüber stehen jedoch eben der günstige Preis der Elemente und die hohe Anzahl an Bausteinen.

HomeMatic:

Das HomeMatic-Protokoll unterscheidet sich stark von FS20. Die Komponenten sind weitaus kostspieliger, bieten jedoch durch Rückmelde-Mechanismen eine Sicherheit über Schaltvorgänge. Das Produktangebot ist ebenfalls sehr umfangreich.

Beide Systeme sind miteinander inkompatibel, was bedeutet, dass man sich als Anwender für eine der beiden Varianten entscheiden muss. Dies zumindest ist Tatsache, wenn man diesen Artikel nicht zu Ende liest. Weiter unten wird durch den Einsatz einer FritzBox erklärt, wie und warum auch Komponenten unterschiedlicher Systeme innerhalb eines Hauses mit einer einheitlichen Server-Lösung trotzdem kompatibel gemacht werden können.

FHEM als zentraler Hausautomation-Server

Zunächst soll der softwareseitige Grundbaustein der Hausautomation-Lösung genauer betrachtet werden. Hierbei handelt es sich um die Open-Source-Software FHEM. Was ist FHEM? Nun, wer eine detaillierte Einleitung in das Thema sucht, dem sei zunächst der Einsteigerguide empfohlen. In Kurzfassung ist FHEM eine in PERL geschriebene Hausautomation-Server-Software. Diese läuft auf allen gängigen Betriebssystemen wie Windows, OSX oder Ubuntu/Debian. Voraussetzung dafür ist normalerweise der 24h-Betrieb eines Computers. Dieser Artikel wird jedoch eine andere Lösung vorschlagen, die den Rechner unnötig macht. Doch dazu später mehr. Mit FHEM lassen sich Lichter steuern, Rolladen bewegen, Sensoren (z.B. Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Schließzustand von Türen und Fenstern usw.) auslesen oder aber auch Heizungen steuern. Um in Kommunikation mit Aktoren oder Sensoren treten zu können, benötigt die Software eine hardwareseitige Unterstützung. Dies kann beispielsweise ein FHZ1000 (FS20-Protokoll), ein LanAdapter (HomeMatic-Protokoll) oder aber ein CUL-Stick sein! FHEM schaltet sich dann entweder zwischen die Standardlösungen und übernimmt deren Steuerung oder ersetzt diese komplett durch den Einsatz des CUL-Sticks.

Die Funktionen von FHEM sind mächtig und vielseitig:

Unterstützung unterschiedlicher Protokolle
Log-File-Erzeugung aus unterschiedlichen Sensoren
Benachrichtigungen bei besonderen Ereignissen
Timer-Funktionen zur zeitgesteuerten Hausautomatisierung
unterschiedliche Front-Ends: Apps für iPhone, Web-Interface uvm.

Vor allem durch die Kompatibilität mit verschiedenen Protokollen der Hausautomation, wird FHEM vielerseits als das beste softwareseitige Server-Produkt zur Hausautomatisierung bezeichnet.

Der CUL-Stick: Einsatzmöglichkeiten

Der CUL-Stick (hier der CC1101) von busware.de ist ein 868MHz-Transceiver USB-Dongle, der in der Lage ist, Hausautomation-Steuersignale von Protokollen auf dem 868MHz-Frequenzbereich zu verwalten. Somit ist er grundsätzlich fähig, sowohl mit FS20- als auch mit HomeMatic-Elementen zu kommunizieren.

Er benötigt eine Firmware um lauffähig gemacht zu werden. Für etwa € 70 inklusive Antenne, Gehäuse und Versand ist er damit auch noch weit günstiger als die einzelnen Standardkomponenten der FS20- oder HomeMatic-Protokolle (FHZ1000 und LanAdapter).

Die Hochzeit: CUL trifft auf FHEM - Basis FritzBox 7390

Mit der neuesten Labor-Firmware für die FritzBox 7390 (Stand September 2012) ist der Hersteller AVM endgültig auf den Hausautomation-Zug aufgesprungen. FHEM ist hier bereits integraler Bestandteil des Betriebssystems der 7390. Es ist zwar auch möglich auf anderen Boxen FHEM zu installieren, wird jedoch hier nicht weiter vertieft.

Ohne jeglichen Installationsaufwand kann FHEM nach dem Firmware-Update genutzt werden. Unter der Adresse fritz.box:8083/fhem steht der Server nun zur Verfügung. Das Beste an der integrierten FHEM-Lösung ist, dass der CUL-Stick lediglich in einen USB-Port des Routers gesteckt werden muss und der Server diesen daraufhin automatisch erkennt und die nötige Firmware auf den CUL schreibt: Plug and Play! Die hard- und softwareseitige Einrichtung des eigenen Hausautomation-Servers mit 24/7-Betrieb ist somit abgeschlossen. Im folgenden Absatz wird nun die Konfiguration einer Ein-Zimmer-Lösung dargestellt und beispielhaft gezeigt, wie das System mit FS20-Geräten agiert.

Hardwareaufbau mit FS20-Komponenten

Beispiel: Umfangreiche Ein-Raum-Hausautomation-Lösung einrichten Im Folgenden wird gezeigt, wie von der grünen Wiese aus ein gesamter Raum mit unterschiedlichen Komponenten automatisiert werden kann. Die Anforderungen sind dabei wie folgt:

Überwachen des Schließ-Zustands von Fenstern
Messung und Steuerung der Temperatur (auch in Abhängigkeit vom Schließzustand der Fenster)
Schalten der Deckenlampe
Dimmen weiterer Lichtquellen
Schalten von Elektrogeräten

Um alle Anforderungen umzusetzen, werden verschiedene Komponenten benötigt. Je nach Wunsch können auch unterschiedliche Protokolle zum Einsatz kommen. In der hier dargelegten Konfiguration werden FS20- und FHT-Komponenten genutzt und alle mit der FritzBox gesteuert.

Die Komponenten im Überblick:

FritzBox 7390
CUL (CC1101)
FHT80b-Set: Tür/Fenster-Sensor, Heizungsventil-Antrieb und Thermostat-Steuerzentrale (
FS20-WS1: Unterputz-Wechselschalter
FS20-ST: Funksteckdosen
FS20-DI: Steckdosendimmer
FS20-S4A: 2/4-Kanal-Wandsender
FS20-S8: 2/4-Kanal-Fernbedienung

Zunächst werden die einzelnen Komponenten und deren hardwareseitige Konfiguration vorgestellt.

1. Deckenlampe steuern - FS20WS1

Zunächst wird mit dem FS20WS1 (Amazon-Link) begonnen. Dieser Unterputz-Wechselschalter findet in der hier gezeigten Konfiguration Anwendung unter einem normalen Ausschalter an der Wand, der die Deckenlampe des Raums steuert.

Sicherheitshinweis: Die Installation des Unterputz-Schalters sollte ausschließlich von Fachpersonal ausgeführt werden! Der Ws1 ist lediglich knapp 2cm dick und sollte daher in die meisten Unterputzschächte hinter den alten Lichtschalter passen. Der Anschluss ist nicht ganz unkompliziert, gerade weil bei einfachen Ausschaltern nur zwei Stromdrähte aus der Wand ragen. Einer stromführend zum Sicherungskasten und einer stromlos zur Lampe. Das Bild auf der linken Seite hilft bei der Verkabelung. Wichtig: Unbedingt vor Beginn der Montage die Stromfreiheit der Leitungen sicherstellen! Zunächst müssen beide Drähte dupliziert werden. Hier wurden dafür Lüsterklemmen verwendet. Die beiden rechten Eingänge des WS1 (N und L) müssen dabei mit beiden Leitungen verbunden werden: Stromführend an N, stromlos an L. Das zweite Ende des stromführenden Kabels kommt in den linken L-Anschluss. Das zweite Ende des stromlosen Kabels kommt in den Lichtschalter. Aus dem Lichtschalter an selber Stelle wieder hinaus wird ein Draht in den Anschluss 1 gesteckt. Der Anschluss 2 wird mit der anderen Seite des Lichtschalters verbunden. Nun kann die Deckenlampe wieder regulär über den Schalter an der Wand bedient werden, ist jedoch zusätzlich in der Lage, auf Funksignale zu reagieren. Zur Konfiguration des Empfangs-Signals ist weiter unten (Abschnitt 4 nachzulesen).

2. Temperatur steuern - FHT 80b-Set

Das Komponenten-Set FHT80b (Amazon-Link) ist die richtige Wahl zur Heizungssteuerung in einem Raum. Es besteht aus der Steuerzentrale, dem elektronischen Heizungsventil und einem Tür- bzw. Fensterkontakt. Die drei Komponenten wirken so zusammen, dass die Raumtemperatur zentral über die Steuereinheit eingestellt wird. Bei geöffneter Tür senkt sie sich automatisch auf einen voreingestellten Wert herunter. Die Inbetriebnahme der Komponenten ist relativ einfach. Die gewünschten Temperaturen für Tages- und Nachtbetrieb sowie für den Fall von geöffneten Türen und Fenstern können, wie in der Anleitung beschrieben, eingestellt werden.

Das Dreier-Set ist autark und funktioniert ohne weitere Komponenten. Der Betrieb über FHEM wird später dann durch das "einklinken" des CUL-Sticks ermöglicht. Dabei wird das Funktionsspektrum sogar noch erweitert.

3. Elektronikgeräte schalten und Lampen dimmen - FS20-ST / FS20-DI

Um zusätzlich zu Deckenlampen auch Elektronikgeräte, wie beispielsweise den TV, den Receiver oder ähnliches zu steuern werden FS20-Zwischenstecker benötigt. Die FS20-ST (Amazon-Link) ist eine klassische Zwischensteckdose mit Ein- und Ausschaltfunktion. Möchte man beispielsweise Stehlampen zusätzlich dimmen, so benötigt man die Komponente FS20-DI (Amazon-Link). Beide sehen optisch zum Verwechseln gleich aus.

Ein großer Vorteil der Zwischenstecker aus dem FS20-Produktsortiment gegenüber denen von Intertechno ist, dass erst genannte einen Taster besitzen, der es ermöglicht, die angeschlossenen Geräte direkt am Zwischenstecker ein- und auszuschalten (bzw. zu dimmen).

Durch einen langen Druck auf den Taster werden die Devices in den Programmiermodus gebracht und speichern (wie auch der FS20-WS1) dann das erste empfangene Funksignal.

4. Geräte komfortabel bedienen - FS20-S8

Wie bereits erwähnt ist die Deckenlampe weiterhin über den normalen Schalter an der Wand steuerbar und die Geräte an den Zwischensteckern über Taster "vor Ort" bedienbar. Um den Komfort zu erhöhen ist es jedoch sinnvoll, der Konfiguration eine Fernbedienung hinzuzufügen. Die S8 (Amazon-Link) aus dem FS20-Sortiment kann dabei 4 Geräte mit zwei Tasten ein- und ausschalten bzw. bei langem Tastendruck (und entsprechendem Empfänger) dimmen.

An dieser Stelle lohnt es sich, die Adressierung von Empfängern im FS20-System zu beleuchten. Bei FS20 besteht jedes Signal aus einem Haus- und einem Adresscode. Der Haucode ist 8-stellig und kann aus den Ziffern von 1 bis 4 bestehen (z.B. 13132424). Er wird für alle Geräte im Haus gleich definiert. Der Adresscode besitzt 4 Stellen und ist für jedes Gerät einzigartig (z.B. 2143).

Sagen wir also unseren Hauscode würden wir gerne auf 13132424 festsetzen. Die Deckenlampe (WS1) soll die Adresse 4441, der Dimmer (DI) die Adresse 4442, und zwei Zwischenstecker (ST) die Adressen 4443 und 4444 erhalten. All dies wird nun mit der S8 "programmiert". Dazu wird zunächst der Hauscode an der Fernbedienung eingestellt. Dafür werden die Tasten 1 und 3 für fünf Sekunden gedrückt, bis die LED blinkt. Nun kann mit den Tasten 1 bis 4 der Hauscode eingestellt werden (hier: 13132424). Anschließend geht es darum, die Adresscodes für die vier Geräte einzustellen. Dazu wird das jeweilige Tastenpaar für fünf Sekunden gedrückt gehalten bis die LED blinkt (z.B. Taste 1 und 2). Mit den Tasten 1 bis 4 kann nun der Adresscode eingegeben werden (hier z.B. für die Deckenlampe 4441). Die anderen Geräte werden analog konfiguriert. Die S8 ist in der hier gezeigten Konfiguration nun also der "Master", der alle Code-Informationen beinhaltet. Noch funktioniert die Kommunikation mit den Endgeräten jedoch nicht, da diese ja noch nicht wissen, auf welches Signal sie reagieren sollen. Daher wird nun schrittweise jedes Gerät in den Lern-Modus gebracht und auf der S8 der entsprechende Befehl gesendet. Beispielsweise beginnt man mit der Deckenlampe, dreht die LED des WS1 auf den Programmiermodus und drückt dann auf der Fernbedienung den Einschalt-Befehl auf Nummer 1. Analog werden so auch die anderen Geräte addressiert. Sie speichern dann das empfangene Signal, bestehend aus Haus- und Adresscode.

5. Komfort maximieren - FS20-S4A

Um gewisse Geräte noch komfortabler bedienen zu können, bietet es sich zusätzlich an, den FS20-S4A anzuschaffen. Dieser batteriebetriebene 4-Kanal-Taster kann an jeder Stelle im Zimmer an der Wand angebracht werden. Er eignet sich vor allem in Situationen, wo für die Deckenlampe ein zusätzlicher Lichtschalter im Raum angebracht werden soll, ohne dass Kabel verlegt werden müssen. Ein anderes Einsatzszenario kann aber auch die Steuerung von Stehlampen oder Ähnlichem sein, die nun wie eine "echte" Lampe mit einem Schalter an der Wand bedient werden können.

Die Konfiguration des S4A erfolgt analog zur Fernbedienung S8. Für den 4-Kanal-Sender wird also wieder der Hauscode eingestellt und dann pro Taster ein Adresscode vergeben.

6. Zwischenfazit Hardwareaufbau

Die erste kleine Hausautomation-Lösung steht nun bereits. Lichter und Elektrogeräte können per Fernbedienung oder Wandsender bedient werden und die Heizung steuert sich automatisch je nach eingestellten Werten und dem Schließzustand der Tür oder des Fensters. Jetzt soll die Gesamtlösung schließlich noch um eine Rechneruntersützung erweitert werden. Konfiguration von FHEM

Es empfiehlt sich, den FHEM-Server mit eingestecktem CUL-Stick während der Konfiguration bzw. dem Anlernen der Empfänger bereits aktiviert zu haben. Dieser registriert nämlich automatisch alle "herumfliegenden" FS20-Signale und legt sie in einem virtuellen Raum namens "FS20" ab. Bei der hier vorgestellten Variante mit 4 Endgeräten (1xWS1, 1xDI, 2xST) sollten nun also vier FS20-Geräte zu finden sein.

Klickt man auf den Raum FS20 im der linken Menu-Leiste von FHEM (fritz.box:8083/fhem), so findet man alle bisher eingerichteten FS20-Geräte, da der CUL aktiv mit gelauscht hat. Die Geräte besitzen kryptische Namen, die dem Haus- und Gerätecode entsprechen (siehe linkes Bild).

In FHEM existiert jedoch eine Besonderheit bei der Code-Nutzung. Haus- und Gerätecode werden nicht im FS20-Stil (z.B. 13132424 4444) sondern in HEX-Schreibweise (z.B. 2277 ff) verwendet. Im rechten Bild ist eine Umrechnungstabelle zu finden. Für das im linken Bild markierte Gerät ergibt sich somit die Adresse 13132424 4444.

Das Gerät mit dem Hauscode 13132424 und dem Adresscode 4444 (in unserem Beispiel die Deckenlampe) ist also erfolgreich in FHEM angelegt worden. Die Bedienung mit dem Lampen-Icon oder den Worten "an" bzw. "aus" funktioniert bereits an dieser Stelle.

Attribut-Werte von Geräten ordentlich definieren

Langfristig ist es jedoch keine Lösung, die kryptisch-klingenden Geräte so konfiguriert zu lassen. Es geht nun also an das Fine-Tuning, um den Gerätenamen zu ändern, den Devices Räume zuzuweisen, die Produkt-Typen-Bezeichnung zu pflegen uvm. Zunächst sollen die definierten Geräte eindeutige Namen erhalten. Dazu wird oben in der FHEM-Befehlszeile der "rename-Befehl" verwendet. Dabei ändert

rename FS20_2277ff Deckenlampe

den Namen von FS20_2277ff auf den Namen Deckenlampe. Nun kann der Deckenlampe auch noch ein Raum zugewiesen werden. Dazu wird der "attr-Befehl" verwendet. Mit der Eingabe

attr Deckenlampe room Wohnzimmer

wird der Lampe nun der Raum Wohnzimmer zugewiesen. Der Eintrag verschwindet daraufhin aus dem FS20-Raum und ist nun in der FHEM-Menu-Leiste im Raum Wohnzimmer zu finden. Schließlich geben wir FHEM noch die Information darüber, welches Produktmodell sich hinter der Adresse versteckt, damit die FHEM-Datenbank zusätzliche Funktionen bereitstellen kann (z.B. Dim-Schalter). Dazu verwenden wir attr Deckenlampe model fs20ws1 für die Deckenlampe, die im hier gezeigten Beispiel mit einem FS20-Unterputzschalter namens WS1 bedient wird. Für die anderen Geräte wird analog vorgegangen (z.B. fs20st, fs20di, usw.). Auch die Konfiguration der FHT-Geräte, sprich Türkontaktsensor und Heizungsregelung, kann mit den Attribut-Befehlen angepasst werden.

Mobile Steuerung ergänzen

Der Abschluss dieses Artikels soll die Ergänzung der Homeautomation-Lösung um eine mobile Komponente darlegen. Dazu wird die iOS-App FHEMobile benötigt.

Fhemobile Hersteller: Arno Willig

Freigabe: 4+ Preis: 4.49 € Diese Applikation verbindet sich auf einen konfigurierten FHEM-Server (wie den, der bei uns auf der FritzBox 7390 läuft) und übernimmt sämtliche Räume, Geräte und deren Schaltzustände. Schließlich können die Devices dann mit dem iPhone bedient werden.

Schließzustand von Fenstern bzw. von Türen können von überall sichergestellt werden. Temperatur, Lichter und Elektrogeräte zusätzlich auch noch geschalten werden.

Die grafischen Log-Auswertung ermöglichen es außerdem, beispielsweise den Temperaturverlauf der Wohnung oder den Schließzustand zeitlich nachzuvollziehen.

Die Konfiguration der App ist relativ simpel. In den Einstellungen müssen Server und Port konfiguriert werden. Wurden keine Einstellungen verändert, ist der Port standardmäßig auf 7072 eingestellt. Die Server-Adresse ist dementsprechend fritz.box. Ist ein Zugriff auch von unterwegs erwünscht, empfiehlt es sich, eine VPN-Verbindung zwischen iPhone und FritzBox aufzubauen. Nötige Schritte sind in diesem Artikel zu finden. Diese Variante ist zwar sehr sicher, jedoch auch ein wenig unpraktisch, da zunächst immer erst die VPN-Verbindung gestartet werden muss, bevor die Steuerung über die App möglich ist. Eine riskantere, jedoch komfortablere Lösung ist die interne Portweiterleitung in der FritzBox. Diese Vorgehen ist in diesem Artikel nachzulesen. Wird letztere Variante gewählt, muss die Server-Adresse in den Einstellungen der App auf die externe IP der FritzBox, bzw. die URL des DynDNS-Accounts eingestellt werden.

Vorteile der skizzierten Lösung

Einer der zentralsten Vorteile des Einsatzes von FHEM ist die Möglichkeit der Kombination verschiedener Protokolle. Konkret bedeutet dies, beispielsweise FS20 und HomeMatic kombinieren zu können. Dies geschieht durch den Zukauf eines zweiten CUL-Sticks, welcher firmwareseitig auf die HomeMatic-Geräte eingestellt wird. Bei der Definition der Geräte wird dann festgelegt, welcher der CUL-Sticks welches Gerät steuern soll. Somit kann das Unmögliche möglich gemacht werden: die Integration unterschiedlicher Hausautomation-Protokolle unter einem Softwareserver! Der Einsatz von AVM FritzBox 7390 mit FHEM, CUL-Stick und unterschiedlichen FS20-Komponenten (z.B. Fs20ST-Set Amazon-Link) stellt somit eine performante und verlässliche Lösung zur Hausautomatisierung dar.

Quellenangaben

Quelle: meinTechBlog

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