Hausautomation mit Raspberry Pi

Hausautomation oder Smart Home – ganz egal, welchen Begriff Sie dafür verwenden, mit diesem Buch liegen Sie richtig, wenn Sie mit dem Raspberry Pi Schlagworte wie Bequemlichkeit, Wohnkomfort, Stromüberwachung, Schutz vor Schimmelbefall und Feuchtigkeit, Temperaturregelung, Energie und Geldsparen in Verbindung bringen möchten. Smart Home, das schlaue Haus im Eigenbau – mit dem Raspberry Pi lassen sich grundsätzlich alle Anwendungsszenarien zum Steuern, Regeln und Messen erfassen. Jede der beschriebenen Do-it-yourself-(DIY-)Lösungen zur Realisierung des gewünschten Anwendungszwecks kostet nur einen Bruchteil vergleichbarer kommerzieller Produkte, sofern diese überhaupt verfügbar sind.

Bemerkt der Raspberry Pi beispielsweise über einen Sensor einen Schaden, etwa mittels eines Feuchtigkeitssensors einen Wasserrohrbruch im Keller, sendet er umgehend eine SMS als Schadensmeldung. Ein weiteres Beispiel: Klingelt ein Gast an der Haustür, kann eine entsprechende Benachrichtigung beispielsweise per E-Mail an das Smartphone gesendet werden.

Auch Stromverbrauch und Heizung lassen sich optimieren. Grundsätzlich können mit ein klein wenig Elektronik und einem Raspberry Pi der Energieverbrauch im Alltag und damit die Kosten erheblich gesenkt werden – wenn Sie zumindest wissen, von welcher Seite Sie den Lötkolben anfassen müssen. Eine Voraussetzung ist, dass Sie über den Verbrauch in den entsprechenden Räumen bzw. den Gesamtverbrauch im Detail informiert sind. Mit dem Raspberry Pi und ein paar Sensoren vom Typ DS18B20 in einer Schaltung baut sich die individuelle und preiswerte Temperaturüberwachungslösung fast von selbst.

Doch manchmal ist es allein mit der Temperaturüberwachung nicht getan. Ein sinnvoller Anwendungszweck ist etwa eine elektronische Heizungssteuerung, die, abhängig davon, ob Sie zu Hause sind oder nicht, ob Sie Urlaub haben oder Wochenende ist, genau die gewünschte Wohlfühltemperatur zur Verfügung stellt. Das persönliche Smart Home gewinnt seine speziellen Eigenschaften durch die zentrale Steuerung über den Raspberry Pi – egal, ob Sie die eine kabelgebundene Lösung über 1-Wire, TCP/IP oder per Funkadapter mittels CUL/COC & Co. oder einen Mix daraus einsetzen. Die Ansteuerung der verschiedenen Funksysteme im ISM-Band erfolgt über einen 868-MHz-Funksender, der per USB an den Raspberry Pi angeschlossen wird. Die Anbindung weiterer Aktoren ist auch über 1-Wire-Adapter, die GPIO-Anschlüsse, WLAN, Bluetooth und Ethernet möglich.

Eines noch: Wenn Sie sich für eine flexible und leistungsfähige Smart-Home-Lösung mit dem Raspberry Pi entscheiden, dann müssen Sie sich selbst helfen können – die wenigsten Projekte dazu sind für Anfänger geeignet. Zwar lassen sich zum Beispiel TCP/IP-Steckdosenlösungen von Rutenbeck auch vom Laien in Betrieb nehmen, den Mehrwert in Sachen Smart Home und Automatisierung übernimmt jedoch hier der Raspberry Pi.

Sind solche kabelgebundenen Lösungen in einer einheitlichen Oberfläche wie dem Open-Source-Projekt FHEM (Freundliche Hausautomatisierung und Energie-Messung) gebündelt, dann zählt auch hier: Das Buch gibt Hilfe zur Selbsthilfe. Gerade FHEM hat seine Ecken, Kanten und tückischen Fallstricke für Anfänger, teils gibt es gut dokumentierte Anleitungen für den Einstieg, doch teils fehlen auch wichtige Teile der Dokumentation, um die Lösung in Betrieb nehmen zu können. Damit dies nicht nur ein nettes Spielzeug für Nerds und Skript-Kiddies bleibt, sondern auch technisch anspruchsvolle Lösungen für die Steuerung von Geräten zu Hause möglich sind, finden Sie in diesem Buch allerhand Möglichkeiten, Ihr Smart Home, die Hausautomatisierung, ganz individuell einzurichten.

Wir wünschen Ihnen viel Spaß mit und vor allem viel Nutzen von diesem Buch!

Autor und Verlag

Sie haben Anregungen, Fragen, Lob oder Kritik zu diesem Buch? Sie erreichen den Autor per E-Mail unter ef.engelhardt@gmx.de.

Inhaltsverzeichnis

1     Heimnetzwerk + Heimautomation = Smart Home

1.1     Pflichtprogramm: LAN/WLAN-DSL-Router

1.1.1      Gemeinsamer Nenner: das TCP/IP-Protokoll

1.1.2      DHCP, Gerätenamen und Gateway

1.1.3      Übermittlung von IP-Adressen im Internet

1.1.4      Aus dem Internet sieht man nur den Router

1.1.5      Zugriff aus dem Internet? DynDNS konfigurieren

1.1.6      Raspberry Pi im DSL-WLAN-Router konfigurieren

1.1.7      Konfiguration einer Portfreigabe

1.1.8      Mehr Sicherheit: Benutzerkonten absichern

1.2     Raspberry Pi als Funkzentrale: Standards und Anschlüsse

1.2.1      Durchblick im Funk-Dschungel: FS20 Vs HomeMatic

1.2.2      COC: angepasstes CUL-Modul für den GPIO-Einsatz

1.2.3      CUL: USB-Alternative für den Raspberry Pi

1.3     Kontra Konfigurationsfrust: FHEM im Einsatz

1.3.1      FHEM über die Kommandozeile installieren

1.3.2      COC-Erweiterung im Einsatz: FHEM-Startskript anpassen

1.3.3      CUPS im bereits im Betrieb? Praxishürden überwinden

1.3.4      Grundkonfiguration von FHEM

1.3.5      Der erste Start von FHEM

1.3.6      Mehr Sicherheit: HTTPS einschalten

1.3.7      FHEM mit Zugriffskennwort absichern

1.3.8      Funkkomponenten in Betrieb nehmen

1.4     Cloud-Funktionen im Eigenbau: ownCloud im Einsatz

1.4.1      Raspberry Pi für ownCloud vorbereiten

1.4.2      ownCloud: Installation und Konfiguration

2     Coole Projekte zum Messen, Steuern, Regeln

2.1     Netzausfall überwachen: Raspberry Pi als SMS-Gateway

2.1.1      Bluetooth-Schnittstelle und Gnokii in Betrieb nehmen

2.1.2      SMS-Versand über die Kommandozeile

2.1.3      Raspberry Pi über SMS-Nachrichten steuern

2.2     Schalter im Eigenbau: GPIO ausreizen

2.2.1      GPIO-Pin-Belegung aufgeklärt

2.2.2      GPIO-Zugriff ohne Umwege mit WiringPi

2.2.3      WiringPi: die Pin-Belegung im Detail

2.2.4      Nummer 5 lebt: GPIO-API im Einsatz

2.3     PIR-Wachhund im Selbstbau

2.3.1      Shell-Skript für Bewegungsmelder

2.3.2      PIR im Dauereinsatz: das Skript als Daemon nutzen

2.3.3      WiringPi-API und Python

2.4     Briefkastenalarm und Benachrichtigung im Eigenbau

2.4.1      Reed-Schalter und Sensoren im Einsatz

2.4.2      Shell-Skript für Schaltereinsatz

2.5     Fotograf im Vogelhaus: Paparazzi Raspberry Pi

2.5.1      Fotograf im Vogelhaus: fswebcam via Shell nutzen

2.5.2      Kamera und Bewegungsmelder: Piri-Skript aufbohren

2.5.3      Ohne Strom nix los: Akkupack auswählen

2.5.4      Vogelhaus-Montage: kleben und knipsen

2.6     Raspberry Pi unter Strom: Smart Home im Eigenbau

2.6.1      Einbau und Anschluss eines Drehstromzählers

2.6.2      1-Wire-USB-Connector im Einsatz

2.6.3      1-Wire-Bus und 1-Wire-USB-Connector prüfen

2.6.4      OWFS: kompilieren und installieren

2.6.5      Zählermodul am Raspberry Pi in Betrieb nehmen

2.6.6      FHEM-Konfiguration für Stromzähler

2.7     Raspberry Pi als elektronischer Wetterfrosch

2.7.1      USB-Wetterstation in Betrieb nehmen

2.7.2      pywss: mit crontab regelmäßig Daten holen

2.7.3      Wettervorhersage zu Hause: Raspberry Pi als Wetterfrosch

2.8     Stromrechnung senken mit dem Raspberry Pi

2.8.1      Markenprodukt oder China-Ware?

2.9     Für Profis: IP-Steckdose im Sicherungskasten

2.9.1      TCR IP 4 in Betrieb nehmen

2.9.2      Manchmal praktisch: HTTP-Hintertür nutzen

2.9.3      Rutenbeck-Schalter über Terminal und Skript steuern

2.9.4      Hacking Rutenbeck: Schalten über HTTP-Adresse

2.10   TC IP 1: Apple-Design und geniale Funktionen

2.10.1    Waschmaschine und Trockner überwachen

2.11   Für Konsolenfetischisten: Steckdose über UDP steuern

2.11.1    UDP-Steuerung mit Python

2.11.2    Energiemessung und mehr: TC IP 1 WLAN und FHEM

2.12   Licht, Steckdosen oder Heizung steuern: Siri im Einsatz

2.12.1    Siri: Sekretärin in der Hosentasche

2.12.2    iPhone: Kontakt für Gerät erstellen und konfigurieren

2.13   Billigsteckdosen-Modding: Schalten über GPIO-Ausgänge

2.13.1    Taugliche Funksteckdosen finden: Fernbedienung entscheidend!

2.13.2    Funksteckdosen mit GPIO von Raspberry Pi koppeln

2.13.3    China-Chip: Schaltung entschlüsselt

2.13.4    Prinzip und Aufbau

2.13.5    Steckdosen schalten mit der Shell

2.13.6    Steckdosen schalten mit Python

2.14   Baumarkt-Steckdosen und FHEM koppeln

2.14.1    DIP-Schalter-Codierung entschlüsselt

2.14.2    DIP-Schalter und FHEM verknüpfen

2.15   Computer und Haushaltselektronik steuern

2.15.1    Sicheres Login ohne Passwort: SSH Keys im Einsatz

2.15.2    NAS-Server: Netzwerkfestplatten konfigurieren

2.15.3    Raspberry Pi per Windows-Desktopverknüpfung schalten

2.15.4    Manchmal trickreich: SSH-Parameter finden

2.15.5    Windows-Computer per Shell-Kommando schalten

2.15.6    Shutdown-Skript erstellen

2.15.7    Shell-Skript und FHEM verbinden

2.16   Richtig abschalten: Drucker-Stand-by eliminieren

2.16.1    Drucker vorbereiten: CUPS installieren

2.16.2    CUPS-Backend anpassen

2.16.3    Skript zum Schalten der Steckdose

2.16.4    FHEM-Konfiguration der FS20-Druckersteckdose

2.17   Garage und Türen mit dem Smartphone öffnen

2.17.1    Handy, Tablet & Co.: Bluetooth als Aktor

2.17.2    To be or not to be Admin: root-Werkzeuge für Benutzer

2.17.3    Shell-Skript für Bluetooth-Erkennung erstellen

2.18   Türklingelbenachrichtigung per E-Mail

2.18.1    Vorarbeiten: Einbau des Funkmoduls in Klingel

2.18.2    Schnell erledigt: Funkmodul konfigurieren

2.18.3    E-Mail auch für die Klingel: sendEmail installieren

2.18.4    Shell-Fotografie mit der Klingel: fswebcam im Einsatz

2.18.5    Skript für Mailversand erstellen

2.18.6    FHEM und Raspberry Pi verheiraten

2.19   Der richtige Dreh: Heizung- und Temperatursteuerung mit dem Raspberry Pi

2.19.1    Steckboard sei Dank: Temperaturmessung im Eigenbau

2.19.2    Temperatursensor in Betrieb nehmen

2.19.3    Funktion des Temperatursensors prüfen

2.19.4    Kernel-Module automatisch laden

2.19.5    Heizungsverbrauch messen und dokumentieren

2.20   Gesund und sparsam heizen statt Geld verheizen

2.20.1    Funkheizkörpermodule im Einsatz

2.20.2    Steuereinheit mit dem Funkthermostaten verheiraten

2.20.3    Kopplung mit Fenster und Türen

2.20.4    Heizungsreglereinheit mit Raspberry Pi koppeln

2.20.5    Temperaturen in Haus und Wohnung steuern

2.21   Raspberry Pi als Ninja: Ninja Blocks 2.0 pimpen

2.21.1    Ninja Blocks 2.0 in Betrieb nehmen

2.21.2    Grundeinstellungen und WLAN-Einrichtung

2.21.3    Ninja, mach mal, aber dalli! Regeln aufstellen

Stichwortverzeichnis

1       Heimnetzwerk + Heimautomation = Smart Home

Die Schnittstelle zwischen dem Internet und dem Heimnetz ist das heimische Internet-Zugangsgerät – in der Regel der DSL-WLAN-Router. Gemeinsam mit dem Raspberry Pi verfügt der DSL-WLAN-Router nicht nur über performante Prozessorleistung zur Verarbeitung der Daten, die auch in Sachen Hausautomation im Bereich Messen, Steuern, Regeln anfallen, er ist in der Regel auch dauerhaft online und damit an sieben Tagen 24 Stunden im Einsatz. In Ihrem Heimnetz können Sie noch viel mehr machen als Daten im Internet bereitstellen oder simple Dateien hin- und herschieben und den NAS-Server mit Multimedia-Dateien befüllen: Sie können den Raspberry Pi in Ihrem Heimnetz als Mastermind betreiben, das sämtliche Geräte im Haushalt steuert und überwacht.

Heute ist das Thema Netzwerkeinrichtung zu Hause eigenlich keine große Sache mehr – knifflig wird es erst, wenn unterschiedliche Computer vernetzt und mit gewöhnlichen Haushaltsgeräten gekoppelt werden sollen. Dann muss man ein wenig Hand anlegen, damit es klappt. Anschließend können Sie mit dem Raspberry Pi über das Kabel- oder Funknetzwerk weitere Geräte, etwa Heizung, Lichtschalter, Waschmaschine, Klingelanlage und was noch alles in einem Haushalt an Gerätschaften benötigt wird, bequem steuern und kontrollieren.

1.1       Pflichtprogramm: LAN/WLAN-DSL-Router

Um die Verteilung der Daten in Ihrem Heimnetzwerk kümmert sich in der Regel ein Switch bzw. ein Router, der den Datenverkehr gezielt steuert und die Netzbelastung in Grenzen hält. Der Router wickelt sozusagen alle Aufträge ab, die von den Clients an ein anderes Netz geschickt werden. Ob es sich beim adressierten Netz um ein weiteres Unternehmensnetz handelt oder um das Internet, spielt keine Rolle.

Lesen Sie weiter in der vollständigen Ausgabe!

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