Monat: September 2015

Der Einstieg ins Smart Home – Installation des Razberry und Raspberry Pi

Zehn Millionen Exemplare des Raspberry Pi sind in vier Jahren verkauft worden. Zu verdanken ist das – neben dem geringen Preis – zu großen Teilen auch seiner Erweiterbarkeit und einfachen Handhabung. Das Razberry Zusatzmodul, das den generischen Mini-PC zu einem Z-Wave basierten Smart Home Controller macht, baut auf diesen Prinzipien auf: Der Hersteller liefert ein passendes Betriebssystem gleich mit und sorgt für einen fast konfigurationslosen Start.

Dies ist der zweite von vier Teilen zum Thema Smart Home mit Z-Wave. Links zu den anderen Teilen finden Sie am Schluss dieses Posts. Dieser Abschnitt richtet sich am ehesten an technisch versierte oder ambitionierte Leser.

Dank der Vorarbeiten sowohl auf Seiten der Raspberry Pi Foundation als auch bei Z-Wave.me ist die Installation sowohl des Raspberry Pi als auch des Z-Wave Moduls namens Razberry sehr einfach. Dass das Betriebssystem nicht standardmäßig von der Raspberry Pi Foundataion stammt, gerät zur Nebensache. Beim genauen Hinsehen erkennt man, dass es sich nur um eine erweiterte Version der Raspbian Linux Distribution handelt.

Bei den folgenden Anweisungen gehe ich davon aus, dass der Raspberry Pi unter Zuhilfenahme eines Windows PCs installiert wird. Kommt hingegen ein Linux oder Mac zum Einsatz, dann finden sich entsprechende Anleitungen hier.

Es existieren zwei alternative Wege, um mit der Installation zu starten. Wenn Sie auf der einen Seite bereits einen Raspberry Pi mit aufgespieltem Raspbian Betriebssystem haben, müssen Sie lediglich noch das Razberry Modul anbringen und die Software dazu installieren. Haben Sie stattdessen einen neuen Raspberry Pi und eine leere SD-Karte vor sich, dann rate ich Ihnen, gleich die Betriebssystem-Version von Z-Wave.me zu verwenden. Ersteres hat bei mir mit einem Raspberry Pi 2 einwandfrei funktioniert, letzteres mit dem Vorgängermodell (beide Model B).

Exkurs: Raspberry Pi Modelle

Das Modell spielt natürlich keine Rolle bei der Installation der Software. Sollten Sie aber vor der Wahl stehen, einen Raspberry Pi für Ihre Experimente mit Smart Home anzuschaffen, sind hier einige nützliche Hinweise:

Der Raspberry Pi 2 unterscheidet sich in einigen Belangen von seinem Vorgängermodell. Zum ersten im Format der verwendeten SD-Karte. In das neue Modell passen nur microSD Karten hinein, während das alte Modell noch Speicherkarte herkömmlicher Größe verwendet. Zum zweiten ist die Leistungsaufnahme des neuen Modells höher. Ich betreibe ihn mit einem Netzteil mit 2000mA, das alte hingegen mit lediglich 1000mA. Beide jedoch bei einer Spannung von 5 Volt. Prüfen Sie vorab die Leistungsdaten, wenn Sie beispielsweise ein Netzteil eines alten Handys verwenden wollen.

Der dritte, aber eher untergeordnete Unterschied besteht in der GPIO Schnittstelle. Den alten Modelle stehen insgesamt 26 Pins zur Verfügung (Dokumentation liegt hier), während der Pi 2 mit 40 Pins aufwartet (Dokumentation). Für das Razberry Modul macht das jedoch keinen Unterschied, da die Belegung der verwendeten zehn ersten Pins bei beiden Varianten identisch ist.

Die Z-Wave Software, der so genannte Z-Way-Server, läuft auf beiden Modellen. Mit dem Raspberry Pi 2 macht die Handhabung allerdings deutlich mehr Spaß, zumal deutlich mehr Power in dieser Hardware-Version steckt. Das macht sich besonders dann bemerkbar, wenn Sie die webbasierten Oberflächen zur Einrichtung Ihres Smart Home Netzwerks nutzen.

Anbei eine Liste mit Komponenten, die in meinen Tests zum Einsatz kamen:

Alternative 1: Installation des Raspberry Pi bei vorinstalliertem Raspbian

Gehen wir erst einmal davon aus, dass Sie mit Raspbian starten wollen, bevor Sie Razberry hinzufügen.

Wenn Sie noch kein Raspbian installiert haben, die aber noch vor dem Aufbau des Smart Homes tun wollen, nutzen Sie als Anleitung das Video „Getting Started with NOOBS“ von Carrie Anne Philbin. NOOBS ist der Name des Betriebssystem-Managers des Raspberry Pi, mit dem Sie neben Raspbian weitere kompatible Betriebssysteme wie Ubuntu installieren können. Windows 10 IoT läuft ebenso auf dem Raspberry Pi (2), ist aber noch nicht in NOOBS zu finden.

Sind Sie ein Fan stattdessen von Anleitungen in Textform? Die Raspberry Pi Foundation liefert diese frei Haus in Ihrer Dokumentation.

Ist Raspbian erst einmal lauffähig, fahren Sie den Mini-Rechner herunter, entfernen Sie das Stromkabel und drücken Sie das Razberry Modul auf die ersten 10 GPIO Pins. Das sind diejenigen, die am weitesten von den USB Ports entfernt sind. Das Modul sitzt dann richtig, wenn es nicht seitlich über die Hauptplatine hinausragt.

Raspberry Pi mit Razberry Modul im Gehäuse
Raspberry Pi mit Razberry Modul im Gehäuse

Das Razberry Modul wird vom Z-Way-Server angesprochen. Die Software gibt die Steuerungsbefehle über die passenden GPIO Pins an das Modul weiter. Allerdings umfasst das Programm noch mehr, nämlich mehrere webbasierte Benutzeroberflächen, darunter auch Versionen für mobile Endgeräte. Damit soll veranschaulicht werden, wie leicht die Programmierschnittstellen / APIs des Servers angesprochen werden können. Mehr dazu erfahren Sie in den weiteren Abschnitten dieser Artikel-Reihe.

Fahren Sie vorerst jedoch den Rechner mit aktiver Internetverbindung hoch, loggen sich wie gewohnt ein (Standarduser: pi, Passwort: raspberry) und nutzen Sie folgenden Befehl zur Installation

wget -q -O - razberry.z-wave.me/install | sudo bash

Wenn Sie lieber eine grafische Benutzeroberfläche nutzen, öffnen Sie diese optional mit dem Befehl startx. Bei der Installation des Z-Way-Servers wird Ihnen das aber nicht helfen, denn um obigen Befehl abzufeuern, brauchen Sie selbstverständlich wieder ein Terminalfenster.

Die gute Nachricht ist: dies der Punkt mit dem größten Nerdfaktor! Denn ist der Raspberry mit der Verarbeitung des obigen Befehls fertig – was einige Minuten und mehrere Bildschirmseiten mit vorbei fliegendem Text in Anspruch nehmen kann – sind die Komponenten installiert und eingerichtet. Nach einem erneuten Reboot sollten sie im Bootlog am Bildschirm einen Eintrag wie diesen sehen:

Z-Way-Server gestartet
Z-Way-Server gestartet

Neben der Erfolgsmeldung, dass der Z-Way-Server läuft, finden Sie auch eine IP-Adresse für Ihr lokales Netzwerk. Diese Adresse sollte konstant bleiben, damit Sie Ihren Server nicht ständig unter neuen Adressen suchen müssen. Ggf. müssen Sie Ihren Router entsprechend auf fixe IP-Vergabe konfigurieren (oder den Raspberry Pi nie wieder runter fahren). Notieren Sie sich die am besten die angezeigte IP-Adresse, denn diese werden Sie im nächsten Abschnitt zur Konfiguration noch einmal brauchen.

Alternative 2: Installation des Z-Way-Servers mit einem Image von z-wave.me

Haben Sie keinen lauffähigen Raspberry Pi, nutzen Sie am besten ein vorgefertigtes Image der nötigen Software inklusive Betriebssystem. Von Vorteil ist, dass Sie nach dem ersten Booten sofort zur Einrichtung des Smart Home Netzwerks schreiten können, ohne einen Umweg über ein Terminal wie bei Alternative 1 machen zu müssen. Der Nachteil an dieser Alternative ist: um bis dahin zu kommen, müssen Sie einige neue Tools auf Ihrem Windows-PC installiert und bedient haben.

Folgen Sie diesen einzelnen Schritten, die auch in der Dokumentation der Raspberry Pi Foundation beschrieben ist, um den Razberry zum Laufen zu bringen. Obiges Video aus der Alternative 1 gibt Ihnen zur Not Hilfestellung:

  1. Formattierung der SD-Karte mit Hilfe des Tools SD Formatter von http://www.sdcard.org [Aus der Download Sektion]. Dadurch werden alle Inhalte der SD-Karte unwiderbringlich gelöscht.
  2. Download des Razberry Betriebssystems unter http://razberry.z-wave.me/ [Aus der Download Sektion]. Das Betriebssystem liegt als einzelne Image-Datei vor, die zuerst entpackt und dann übertragen werden muss.
  3. Übertragen des Betriebssystem-Images auf die SD-Karte mit dem Tool Win32 Disk Imager von Sourceforge. Das Kopieren der Datei nimmt einige Minuten in Anspruch. Achten Sie darauf, das Tool als Administrator auszuführen, um einen fehlerfreien Vorgang zu gewährleisten.

Ist die Software erst einmal auf der SD-Karte, schieben Sie diese in den passenden Schacht des Pi, schließen die Kabel an und Booten Sie den Rechner. Sobald der Prompt zum Login erscheint, sehen Sie sich die letzten Lognachrichten davor an. Nicht nur, dass dort eine Nachricht zum erfolgreichen Start des Z-Way-Servers erscheinen sollte, sondern auch eine so genannte Access-ID und ein Passwort.

Diese Daten sind dafür da, von außerhalb Ihres WLAN auf den Server zuzugreifen. Merken Sie sich diese Daten und die angezeigte IP-Adresse also am besten für später.

Passwort ändern – zur eigenen Sicherheit

Welche der beiden alternativen Installationswege Sie auch gewählt haben, Sie sollten nun einen funktionierenden Z-Way-Server haben. Geben Sie als Test in die Adresszeile Ihres Browsers http://*ihre-lokale-ip*:8083 ein. Es sollte eine Weboberfläche erscheinen und keine Fehlermeldung. Über diese Oberfläche werden wir im Weiteren die Aktoren wie Thermostate, Schalter und Sensoren bedienen.
Vorher sollten Sie jedoch noch das Passwort für den Fernzugriff über find.zwave.me abändern. Das initiale Passwort wurde Ihnen beim Booten nach der Installation in der Kommandozeile angezeigt. Um dies auf einen anderen Wert zu setzen, öffnen Sie einen Browser und gehen zu http://*ihre-lokale-ip*:8084. Zu sehen ist die ID Ihres Razberry und ein Eingabefeld für das Passwort. In meinem ersten Versuch war ich aufgeschmissen, bis ich merkte, dass der mitgelieferte Raspbery Pi Standardbrowser Midori den Submit-Button für das Formular zur Passwort-Änderung nicht anzeigte. Letztlich habe ich einen alternativen Browser installieren müssen, um mein Passwort zu ändern:

Nächste Schritte

Als nächstes steht die Konfiguration des Z-Wave Netzwerks an. Alle Aktoren müssen mit den Controller verbunden werden. Zudem lässt sich das Smart Home alternativ über eine Android oder iOS App im WLAN bedienen. Diesen Themen widmen wir uns im dritten und nächsten Abschnitt.

  1. Der Einstieg ins Smart Home – Hausautomatisierung mit Z-Wave
  2. Installation des Razberry und Raspberry Pi
  3. Aufbau des Z-Wave Netzwerks und Zugriff
  4. Erweiterungen – Apps und Automatisierung

Hinweis: Deutsche Tastatur für den Raspberry Pi

Wenn Sie Besitzer einer deutschen QWERTZ-Tastatur sind, werden Sie bereits beim Einloggen mit dem Passwort raspberry gemerkt haben, dass der Raspberry Pi standardmäßig auf ein englisches Tastaturlayout eingestellt ist. Dies können Sie sofort nach dem ersten Booten beheben. Eine Anleitung in Form eines Youtube-Videos finden Sie hier:

Der Einstieg ins Smart Home – Hausautomatisierung mit Z-Wave

Die Kaffeemaschine springt an, sobald man einen Fuß aus dem Bett setzt, Lichter und Heizung werden automatisch runtergeregelt, wenn man zur Arbeit aufbricht, und die Überwachungskamera streamt Bilder aus der Wohnung aufs Handy, wenn Einbrecher vorbeischauen. All das ist keine Utopie mehr, das Thema Smart Home ist im Markt angekommen. Ein Erfahrungsbericht.

Wer aber nun im Elektrohandel nach einer intelligenten Kaffeemaschine sucht, wird nur selten fündig werden. Der Einstieg in das Thema Smart Home erfordert bislang einiges an Recherche. Welche Geräte (und Standards) gibt es am Markt? Welche Anwendungsfälle sind für mich persönlich sinnvoll? Welche Informationsquellen sind nützlich, um in Bezug auf Smart Home weiter auf dem Laufenden zu bleiben? Ich habe die Probe aufs Exempel gemacht, dies sind meine Ergebnisse – Vorn weg: Und es gibt ihn doch, den intelligenten Kaffeeautomaten!

Marktüberblick

Beim Thema Smart Home fallen einem sofort mindestens die folgenden drei Anwendungen ein:

  • Sicherheit: Einbruchssicherung durch Tür-/Fensterkontakte, Bewegungsmelder und Kameras
  • Energiesparen: intelligente Schaltungen für Heizung, Beleuchtung und Steckdosen
  • Komfort: Sich öffnende Garagentore bei der Ankunft zu Hause oder Rolläden, die sich abends selbständig schließen

Für alle genannten Szenarien gibt es Geräte am Markt. Sehr viele unterschiedliche Geräte sogar. Es fällt dabei bereits auf, dass die Hersteller und Anbieter häufig aus den Bereichen Infrastruktur/Energie (z.B. RWE), Telekommunikation (Telekom mit Qivicon, Mobilcom mit SFR) oder Netzwerktechnik (AVM, D-Link, Devolo) stammen. Diese Anbieter erweitern lediglich ihr Portfolio, um im jungen Markt Fuß zu fassen. Aber auch Spezialanbieter (z.B. Fibaro, Nest) bieten ihre Geräte an.

Bei den Produkten handelt es sich entsprechend um Zwischenstecker oder Schaltungen für Steckdosen, Heizungsthermostate, Fenster-/Türkontakte, LED-Leuchtmittel sowie eine breite Masse von Sensoren (für Licht, Temperatur, Bewegung, Rauch…). Meist sind dies extra Geräte. Zudem gibt es Erweiterungen der eigentlichen Produktpaletten, die fürs Smart Home um Sensoren erweitert worden sind, beispielsweise Thermometer in PowerLan-Modulen.

Man erkennt, dass man sich auf dem Weg zum wirklich intelligenten Zuhause in der ersten Welle von Produkten befindet, die grundlegende Infrastruktur schafft. Mit dem Zwischenstecker lässt sich eine handelsübliche Kaffeemaschine starten. Ein guter Anfang ins Smart Home, ohne einen Kaffeeautomaten mit IP-Adresse für 2500€ anzuschaffen.

Es gibt sie aber dennoch, die Kühlschränke, Kaffeeautomaten, Kochfelder und Backöfen, die sich per Smartphone steuern lassen. Deren Nachfrage und Absatz wird sich sicherlich steigern, wenn man mit dem Thema der Hausautomatisierung warm geworden ist – und dessen Nutzen erkannt hat. Die Anbieter dieser Geräte sind auch keine Unbekannten, beispielsweise Miele oder Bosch.

Auswahl von Komponenten

Sobald man sich einen Überblick über Smart Home Produkte verschafft, offenbaren sich bereits die derzeitigen Widrigkeiten im jungen Markt. Die vielen Hersteller und Anbieter nutzen keinesfalls kompatible Geräte, sondern es existieren viele parallele „Standards“. Der Kampf um Marktanteile ist im vollen Gange und ein Verdrängungs- bzw. Konsolidierungsprozess lässt noch auf sich warten. Ins Hintertreffen gerät dabei derjenige Kunde, der sich in diesem Stadium schon ein Smart Home aufbauen will. Ihm ist es erst einmal überlassen, sich mit Vor- und Nachteilen von DECT, KNX, WLAN, Bluetooth, HomeMatic und ähnlichen auseinander zu setzen. Näheres kann man beispielsweise bei Connected Home nachlesen.

Hochgradig interessant sind zudem Allianzen von Herstellern, die sich hinter allgemeinen Produktstandards versammeln, die eigens für das Smart Home geschaffen sind. Allen voran Zigbee und Z-Wave. Diesen beiden Alternativen räumt man aufgrund des breiten Sortiments gute Chancen zur Marktdurchdringung ein. Golem hat die beiden Protokolle gelungen gegenübergestellt.

Der Fairness halber muss man sagen, dass diese Standards nicht neu sind, nun aber allmählich in den Fokus des Privatkunden rücken. Der Fachhandel ist in dieser Situation der richtige Ansprechpartner. Meine Wahl ist letzlich auf eine Z-Wave basierte Lösung gefallen. Nicht zuletzt nach Einschätzung mehrerer unabhängiger Marktbeobachter. Als zentrale Schalteinheit kommt ein Raspberry Pi zum Einsatz. Der Mini-Rechner wird dank des Aufsteckmoduls Razberry zum Smart Home Controller und funkt dann problemlos mit Komponenten (so genannten Aktoren), unabhängig vom Hersteller. Im Test kommen Komponenten von Fibaro, Danfoss und DüWi zum Einsatz:

Die Lösung mittels Raspberry Pi hat natürlich Vor- und Nachteile. Auf der einen Seite obliegt es dem Anwender, das System zu installieren und zu konfigurieren. Dieser Aufwand entfällt bei Controllern, die man vorgefertigt kauft und Out-of-the-box nutzen kann. Darüber hinaus summieren sich die Anschaffungskosten inklusive SD-Karte und Razberry Pi auch auf 100€ – ein Bereich, in dem man auch andere Controller bekommt.

Auf der anderen lernt man sein Smart Home System bei der Konfiguration genau kennen und versteht die Zusammenhänge der Komponenten. Zudem erweist sich der modifizierte Raspberry Pi als einzig sinnvolle Lösung, wenn man das Z-Wave Netzwerk erweitern will – siehe den folgenden Teil zur Erweiterung der Funktionalitäten.

  1. Teil 1: Der Einstieg ins Smart Home – Hausautomatisierung mit Z-Wave
  2. Teil 2: Installation des Razberry und Raspberry Pi
  3. Teil 3: Aufbau des Z-Wave Netzwerks und Zugriff
  4. Teil 4: Erweiterung der Funktionalitäten – Apps und Automatisierung