Der Markt für die Heimautomation wächst unaufhörlich. Mit entsprechenden Modulen verwandeln Sie Ihren Raspberry Pi in eine smarte Steuerzentrale für Zigbee-Geräte.

Im Jahr 2022 betrug der Umsatz mit Produkten der Hausautomation in Deutschland knapp 6 Milliarden Euro, Tendenz steigend. Gleichzeitig fällt es immer schwerer, das Angebot zu überblicken, weil neue Technologien und Anbieter die Anwendungsmöglichkeiten stetig erweitern. Häufig sind Lösungen verschiedener Hersteller untereinander inkompatibel, sodass Kunden nicht das volle Leistungsspektrum der Hausautomation nutzen können.

Doch es geht auch anders: Die Dresden Elektronik Ingenieurtechnik GmbH [1] beschäftigt sich bereits seit rund zehn Jahren mit Lichtsteuerungssystemen auf Basis des Zigbee-Protokolls und bietet für das Smart Home inzwischen zahlreiche Systeme an, die Sie herstellerübergreifend einsetzen können. Für den Raspberry Pi vertreibt das Unternehmen Module für die Hausautomation, die es ermöglichen, ohne teure Gateways und Cloud-Anbindungen die Vorteile des Smart Homes zu genießen.

Beim Raspbee-Modul, das bereits in der zweiten Generation vorliegt, handelt es sich um eine Aufsatzplatine (HAT) für den britischen Kleincomputer, mit deren Hilfe Sie das System zu einer Steuerzentrale für Smart-Home-Endgeräte wie Leuchten, Alarmsirenen oder intelligente Steckdosen und Schalter umbauen [2]. Dabei unterstützt das Raspbee-II-Modul Endgeräte unterschiedlicher Hersteller, deren Lösungen zur Hausautomation auf dem Zigbee-Protokoll basieren. Dahinter steckt ein Framework für Funknetze, die sich wegen ihres geringen Datenaufkommens und ihres niedrigen Energiebedarfs speziell für die Hausautomation eignen.

Das modular aufgebaute Zigbee-Protokoll lässt sich durch verschiedene Funktionen erweitern. Manche Hersteller versuchen, Kunden über solche Erweiterungen an sich zu binden, da durch die neuen Funktionen Inkompatibilitäten zu den Geräten anderer Anbieter entstehen und die Anwender somit nicht auf alternative Lösungen umsteigen können. Dem trägt das Zigbee-II-Modul Rechnung, indem die Entwickler Komponenten verschiedenster Hersteller testen und in stetig aktualisierte Kompatibilitätslisten einpflegen [3].

Das jüngste Modul ist im Vergleich zum HAT der ersten Generation nicht nur deutlich kompakter, sondern führt außerdem eine wichtige Neuerung ein: Durch eine batteriegepufferte RTC auf dem HAT verrichtet der zur Steuerzentrale für die Hausautomation umfunktionierte Raspberry Pi nun zuverlässig zeitkritische Aufgaben. Bislang funktionierte das System aufgrund der fehlenden Zeitsynchronisation des RasPi beispielsweise bei einem Stromausfall nicht im Zusammenspiel mit zeitgesteuerten Komponenten. Die Batterie soll laut Herstellerangaben mindestens zwei Jahre lang halten und bei täglichem Einsatz des Systems bis zu acht Jahre lang Energie liefern. Es handelt sich dabei um eine austauschbare Knopfzelle (Abbildung 1).

Abbildung 1: Das Zigbee-II-Modul (links) ist im Vergleich zum Vorgänger (rechts) deutlich geschrumpft.

Außerdem bringt das Raspbee-II-Modul einen Leistungsverstärker mit, der eine effektive Reichweite innerhalb von Gebäuden von 30 Metern gestattet. Außerhalb geschlossener Räume soll eine Reichweite von bis zu 200 Metern möglich sein. Da Sie bei Zigbee-Installationen stets ein Mesh-Netz aufsetzen, bei dem Endgeräte wie Leuchten oder intelligente Steckdosen als Repeater agieren, können Sie die Reichweite ohne zusätzliche Hardware weiter erhöhen.

Die Raspbee-HATs werden durch zwei Softwarepakete flankiert: Um die Hardware zu konfigurieren, setzen Sie die Plattform deCONZ ein. Das grafische Werkzeug visualisiert Zigbee-Netze, in die Sie Endgeräte verschiedener Hersteller einbinden. Dabei läuft deCONZ im Hintergrund. Die zweite Komponente bildet die ebenfalls grafische, Browser-basierte App Phoscon. Sie dient als grafisches Frontend zum Steuern von Lichtinstallationen [4].

Installieren

Zunächst stecken Sie das Raspbee-II-Modul einfach auf die Stiftleiste des Kleincomputers, und zwar an der zum Slot für die MicroSD-Karte befindlichen Seite (Abbildung 2). Das Modul funktioniert mit allen Versionen des Raspberry Pi, sodass Sie beispielsweise ein älteres Modell für die Hausautomation einsetzen können. Als Betriebssysteme kommen ausschließlich aktuelle Versionen von Raspbian “Buster” und Pi OS “Bullseye” infrage.

Abbildung 2: Das Zigbee-II-Modul wird am Ende der Kontaktleiste des Raspberry Pi aufgesteckt.

Daneben offeriert der Hersteller insgesamt vier unterschiedliche Images für MicroSD-Karten. Sie enthalten ein angepasstes Raspbian “Buster”, auf dem jeweils die Konfigurationsanwendung deCONZ vorinstalliert ist. Bei einem der Abbilder findet sich zudem bereits das Homebridge-Hue-Plugin, mit dessen Hilfe Sie Komponenten des Leuchtensystems Hue von Philips steuern. Die Abbilder verfügen bis auf eines alle über die Raspbian-Arbeitsumgebung, sodass Sie die Konfiguration bequem grafisch ausführen können. Sämtliche Images eignen sich auch für das Raspbee-Modul der ersten Generation.

Die Images mit Desktop-Umgebung umfassen jeweils knapp 880 MByte, das Headless-Abbild ohne Arbeitsumgebung lediglich knapp 395 MByte. Der Anbieter empfiehlt, für alle Images eine schnelle MicroSD-Karte mit einer minimalen Kapazität von 8 GByte zu nutzen. Sie sollte mindestens den Class-10-Standard erfüllen, um Latenzen im Betrieb zu vermeiden [5]. Alternativ finden Sie auf der Webseite des Anbieters eine ausführliche Anleitung, mit der Sie die für das Raspbee-II-Modul benötigten Softwarepakete in herkömmliche Pi-OS-Abbilder integrieren [6]. Entscheiden Sie sich für die vorgefertigten Abbilder, startet initial automatisch ein Systemupdate sowie die Konfigurationssoftware deCONZ. In deren grafischer Netzdarstellung sehen Sie zunächst nur das vorhandene Gateway (Abbildung 3).

Abbildung 3: Im Hauptsegment von deCONZ sehen Sie das Gateway und einzelne Netzkomponenten.

Anschließend öffnen Sie auf einer beliebigen Maschine im lokalen Netz einen Webbrowser und geben dort als Zieladresse die URL Abbildung 4).

Abbildung 4: Beim Start der Phoscon-App sehen Sie lediglich das Gateway.

Danach fordert Sie die Routine auf, alle ins Zigbee-Netz zu integrierenden Leuchtmittel einzuschalten. Zuvor müssen Sie die Leuchtmittel jedoch auf die Werkseinstellungen zurückgesetzt haben, da das Raspbee-Modul die Komponenten sonst nicht erkennt. Eine Anleitung zum Zurücksetzen der Leuchtmittel liefert Dresden Elektronik für verschiedene Heimautomationshersteller mit.

Nach dem Einschalten der Leuchtmittel sucht deCONZ diese und listet sie auf. Dabei zeichnet die Software automatisch Verbindungslinien vom Gateway zu den einzelnen Geräten, um das Mesh-Netz zu skizzieren. Gleichzeitig erscheinen die gefundenen Komponenten in einer Tabelle im Browser-Fenster der Phoscon-App. Ein Klick auf eines der Geräte in deCONZ blendet dessen technische Daten links in einem vertikalen Bereich ein.

Da deCONZ herstellerunabhängig arbeitet, lassen sich Zigbee-kompatible Geräte unterschiedlicher Hersteller in Ihr Smart Home einbinden. Vor dem Kauf einzelner Komponenten sollten Sie allerdings einen Blick auf die vom Anbieter bereitgestellte Kompatibilitätsliste werfen, um sicherzugehen, dass die gewünschten Endgeräte mit dem Raspbee-II-System harmonieren [3].

Gruppieren

Sind alle Geräte am Gateway angemeldet, klicken Sie oben links im Browser-Fenster der Phoscon-App auf Hauptseite. In einem überlappenden Dialog legen Sie daraufhin eine erste Gruppe an. Gruppen bezeichnen in der Phoscon-App meist unterschiedliche Räume mit Smart-Home-Komponenten.

Nach einem Klick auf Erste Gruppe erstellen legen Sie in einem weiteren Dialog einen Gruppennamen fest. Die App unterbreitet ihnen dabei Vorschläge. Erstellen Sie die neue Gruppe, gelangen Sie zurück in den Dialog zum Zuordnen der gefundenen Komponenten. Hinter dem Zahnradsymbol unten rechts stoßen Sie auf die Option Lichter verwalten. Im danach eingeblendeten Dialog Verfügbare Lichter fügen Sie der Gruppe die gewünschten Komponenten hinzu.

Doch Vorsicht: Einige Komponenten wie Zwischenschalter, die ein herkömmliches Gerät ins Smart Home integrieren, identifiziert die Software ebenfalls als Lichter und listet sie dementsprechend auf. Aussagekräftige Symbole vor den einzelnen Knoten verraten jedoch, ob es sich um ein Leuchtmittel oder ein anderes Gerät handelt. Mithilfe des Pluszeichens hinter jedem Gerät übernehmen Sie es links in die vertikale Gruppenspalte. Speichern Sie Ihre Arbeit nach Übernahme aller gewünschten Komponenten in die Gruppe (Abbildung 5).

Abbildung 5: Grafisch übersichtlich aufbereitet sehen Sie die Gruppenmitglieder und fügen neue hinzu.

Szenarisches

Im nächsten Schritt fügen Sie der Installation sogenannte Szenen zu, in denen Sie die einzelnen Knoten konfigurieren. Dabei lassen Sie beispielsweise Schalter oder Leuchtmittel zeitgesteuert ein- und ausschalten oder im Rahmen des Szeneneditors dimmen.

Über die Option Szeneneditor öffnen Sie den Szenendialog, klicken dort auf Szene hinzufügen und vergeben einen aussagekräftigen Namen. Nach einem Klick auf Erstellen pflegen Sie anhand der Möglichkeiten, die das aktivierte Gerät unterstützt, die gewünschten Einstellungen ein und speichern sie (Abbildung 6).

Abbildung 6: Der Szeneneditor ermöglicht es, die Geräte individuell zu steuern.

Wechseln Sie zurück ins Gruppenmenü und definieren Sie nun anhand des Dialogs Zeitsteuerungen, wann das Tool welche Szene in der jeweiligen Gruppe aktivieren soll. Über Zeitsteuerungen | Zeitsteuerung stellen Sie in einem gesonderten Fenster gegebenenfalls einen Alarm oder einen Timer inklusive Namen ein.

Im Anschluss an das Erstellen finden Sie sich im Konfigurationsdialog für die Zeitsteuerung wieder. Hier bestimmen Sie mit wenigen Mausklicks, welche Szene zu welchem Zeitpunkt mit welcher Aktion verknüpft wird. Dabei geben Sie zudem die Länge der Überblendzeiten vor und können anschließend den Timer starten (Abbildung 7).

Abbildung 7: Mithilfe der Zeitsteuerung automatisieren Sie die Steuerung der einzelnen Geräte.

Wiederholen Sie diese Prozedur für alle Räumlichkeiten, in denen sich Komponenten des Zigbee-Netzes befinden. Die einzelnen Geräte werden ab sofort zuverlässig automatisiert gesteuert.

Fazit

Mit dem Raspbee-II-Modul und den Programmen von Dresden Elektronik gehören Probleme mit Endgeräten, die dem Zigbee-Standard entsprechen, weitgehend der Vergangenheit an. Die Software unterstützt einen Großteil der auf dem Markt verfügbaren Geräte. Auch ältere Systeme lassen sich, sofern sie nicht durch proprietäre Erweiterungen der Schnittstellen Inkompatibilitäten auftreten, ohne manuelle Konfiguration in eine Heimautomationsinfrastruktur integrieren.

Dabei erweist sich die Steuerungsanwendung als sehr flexibel: Sie nutzen sie nicht nur auf dem Raspberry Pi selbst, sondern per VNC auch auf entfernten Maschinen im LAN. Mit dem technisch rundum gelungenen Paket von Dresden Elektronik sparen Sie so nicht nur Energie, sondern bauen auch ohne exorbitante Einstandskosten eine leistungsfähige Heimautomation auf. (csi)