Folge 001: Smart Home Grundlagen

Smart Home von außen

Die erste Folge des Smart Home Podcast

Was bezeichnet man als Smart Home?
Aus welchen Komponenten bestehen Smart Home Systeme?
Wo und wie kann man Smart Home einsetzen?
Wie kommunizieren diese Systeme?

Welche Gedanken sollte man sich in Punkto Sicherheit machen?

Links zur Folge

Hier der Link zur ELV Smarthome Seite*

Transscript zur Folge

Ich möchte heute mit Dir die folgenden 3 Bereiche ansprechen:

Zunächst wollen wir uns einen Überblick verschaffen, wo Smart-Home Systeme überhaupt eingesetzt werden. Dabei gehe ich kurz auf die Historie ein und zeige, wie Smart-Home Systeme entstanden sind. Ferner zeige ich ein paar aktuelle Anwendungsbeispiele.

Danach steigen wir in das gebräuchliche Vokabular der Smart-Home Welt ein. Ich erzähle Dir, aus welchen Komponenten sich ein Smart-Home System besteht und welche Möglichkeiten der Kommunikation es zwischen ihnen gibt.

Zum Schluss möchte ich Dir noch mitgeben, welche Sicherheitsaspekte aus meiner Sicht in Smart-Home Systemen eine wichtige Rolle spielen.

Der Begriff „Smart-Home“ setzt sich aus den beiden englischen Worten „Smart“ und „Home“ zusammen. „Smart“ kann man mit „clever“ oder „schlau“ übersetzen und „Home“ bedeutet „zuhause“ oder „Heim“. Also zusammen „schlaues Zuhause“ oder „cleveres Heim“. Was umfasst das denn alles?

Es gibt für den Begriff ‚Smart Home‘ keine exakte Definition. Hier erweitert sich das Spektrum der Möglichkeiten aufgrund der rasanten Entwicklung im Computer und Elektronik Sektor ständig weiter. Im Prinzip passt in diesen Rahmen irgendwie alles, was Dir in Deinem Zuhause das Leben durch Automatisierung erleichtern kann.

Ein Beispiel aus der Vergangenheit -bevor der Begriff Smart Home in dieser Form überhaupt verwendet wurde- ist der Bewegungsmelder, der die Beleuchtung einschaltet, sobald Du Dich in einem Raum oder im Außenbereich in der Reichweite Deiner Haustür befindest.

Die gängigsten -in aktuellen Smart Home Lösungen- realisierten Anwendungen lassen sich meiner Meinung nach in 3 Bereiche gruppieren:

  • Steuerung
  • Überwachung
  • Fernzugriff

Einige Beispiele für den Bereich Steuerung:

  • Der eben schon erwähnte Bewegungsmelder.
  • Die Steuerung Deiner Rollläden oder Markisen bei Abwesenheit oder anhand von Helligkeit oder Sonneneinstrahlung.
  • Die Steuerung von Garten-Bewässerungssystemen bei Abwesenheiten.
  • Die intelligente Steuerung Deiner Heizung: Hier gibt es verschiedene Kriterien, anhand derer die Temperatur automatisch in Deinen Räumen geregelt werden kann: Anhand der Uhrzeit, einer Anwesenheitserkennung, der Außentemperatur, oder der Sonnenaufgangs- und Untergangszeiten. Aber auch die Sonneneinstrahlung in dem Raum oder ob gerade ein Fenster oder eine Außentür geöffnet ist, kann für die Steuerung der Thermostate berücksichtigt werden. Hier gibt es ein sehr breites Spektrum an angebotenen Lösungen. Von einfachen Thermostaten, die an den Heizkörpern montiert werden und dann automatisch die Heizung auf die gewünschte Temperatur regeln (diese haben häufig schon die Möglichkeit, die unterschiedlichen Temperaturvorgaben nach Tageszeiten festzulegen) bis hin zu sehr komplexen Systemen, die mit einer eigenen Steuereinheit angeboten werden und neben den Steuerungen der Heizkörper auch die Steuerung des Heizkessels übernehmen können. Dementsprechend ist die Preisspanne der Lösungen hier auch sehr groß.
  • Auch die intelligente Steuerung der Multimedia Komponenten soll hier nicht unerwähnt bleiben. So ist es schon längst selbstverständlich, dass Dein Video- oder Festplattenrekorder automatisch Fernsehsendungen aufzeichnet, oder man die Aufzeichnung via App vom Smartphone von unterwegs programmieren kann. Im Sinne von Smart Home wird es dann jedoch spannend, wenn man hier eine Kopplung vornimmt. Bspw. wird die Wohnzimmerbeleuchtung automatisch gedimmt, wenn man den Fernseher einschaltet oder die Wiedergabe einer aufgezeichneten Sendung startet.

Einige Beispiele für den Bereich Überwachung:

  • Der Einbruchschutz ist eine wesentliche Anwendung. Hier wird überwacht, dass bei Abwesenheit die Fenster und Türen verschlossen bleiben, oder keine Bewegung innerhalb des Hauses oder der Wohnung stattfindet. So wirst Du automatisch von den aktuellen Alarmlösungen per Mail, Anruf oder SMS benachrichtigt, wenn hier eine Abweichung erkannt wird. In der nächsten Folge werde ich in diesem Zusammenhang auf das Thema Video-Überwachung eingehen.
  • Die Temperaturüberwachung wäre ein weiteres Beispiel. Wenn aufgrund einer offenen Tür die Temperatur in Deinem Kühl- oder Gefrierschrank zu stark ansteigt, die Feuchtigkeitsüberwachung, die erkennt, wenn an Deiner Waschmaschine Wasser ausläuft, oder der klassische Rauchmelder, der mittlerweile in vielen Bundesländern vorgeschrieben ist.

Einige Beispiele für den Bereich Fernzugriff:

Hier geht es darum, von außen auf bestimmte Komponenten Deines Smart Home Systems zuzugreifen.

  • Das kann bspw. der Zugriff von unterwegs auf die WebCam sein, um zu sehen, wer gerade an Deiner Haustür klingelt.
  • Der Zugriff auf den Inhalt Deines Kühlschrankes, weil Du gerade im Supermarkt stehst, und Dich fragst, ob Du noch Eier benötigst.
  • Der Zugriff auf Fensterkontakte, um sicherzustellen, dass kein Einbruchsversuch vorliegt.
  • Der Zugriff auf Rauchmelder, um diese auf Funktion zu überprüfen.
  • Der Zugriff auf die Heizungssteuerung, damit es vor der Rückkunft schön warm ist.
  • Der Zugriff auf die Katzenklappe, um neue Einstellungen vorzunehmen oder zu prüfen, ob die Katzen zu Hause sind.

Es gibt noch unzählige weitere Einsatzgebiete im Smart-Home Bereich, deren Aufzählung diese Folge bei weitem sprengen würden. Aber einen ersten Überblick konntest Du hiermit bekommen, oder?

Ich möchte Dir jetzt die wichtigsten Begrifflichkeiten von Smart Home Systemen kurz beschreiben. Dazu gehen wir die einzelnen Komponenten eines Smart-Home Systems einmal durch.

Ein Smart Home System besteht aus folgenden Komponenten:

  • Sensoren
  • Aktoren
  • Zentrale Steuereinheiten / Zentralen
  • Gateways
  • Kommunikationskomponenten

Als Sensoren bezeichnet man alle Komponenten, die Daten erfassen können. Dazu zählen Schalter, die manuell betätigt werden und die den eigenen Schaltzustand melden, ebenso wie Feuchtigkeitssensoren, Temperatur- oder Lichtsensoren. Auch Bewegungssensoren oder Wind- oder Luftdrucksensoren zählen dazu. Mit all diesen Sensoren kannst Du bestimmte Informationen erfassen und die Komponenten können die erfassten Daten entweder regelmässig oder auf Abruf an die Zentralen melden.

Als Aktoren (hängt ja irgendwie mit Aktion zusammen) werden Module bezeichnet, die eine Aktion im Smart Home auslösen oder durchführen. Der gängigste Aktortyp wäre ein Aktor, der den Strom bspw. für Deine Beleuchtung ein- oder ausschaltet. Auch Dimmer, Heizungsregler oder Aktoren, die die Wasserzufuhr für das Bewässerungssystem in Deinem Garten regeln können, gehören dazu.

Viele kleine Smart Home Anwendungen lassen sich schon mit den beiden Komponenten Sensoren und Aktoren realisieren. Ein einfacher Heizungsregler kommt mit einem Sensor (für die Raumtemperatur und die eingestellte Temperatur) sowie einem Aktor (der die Heizungswassermenge reguliert, die durch die Heizung fließt), aus. Auch der klassische Bewegungsmelder, der das Licht bei Bewegung einschaltet passt in diese Kategorie. Er enthält einen Sensor für die Bewegungserkennung, einen weiteren ggf. für die Erkennung der Umgebungshelligkeit und einen Aktor, der den Strom für die Beleuchtung steuert.

Für komplexe Steuerungen und insbesondere Szenarien, in denen verschiedene Arten von Sensoren oder Aktoren eingebunden sind, oder komplexere Aufgabenstellungen eine Rolle spielen, wirst Du um den Einsatz einer Smart Home Zentrale nicht herum kommen.

Zentralen sind in der Regel kleine Mini Computer, deren Aufgabe darin besteht, Daten von den Sensoren zu empfangen, auszuwerten und dann ereignis- oder zeitgesteuert Befehle an die Aktoren zu senden, um Aufgaben zu erfüllen. Hierbei kann es auch eine Kombination verschiedener Ereignisse sein, die zu einem Auslösen von Aktionen führen. Ferner werden auch noch regelmäßige Hintergrundprogramme für Wartungszwecke auf den Zentralen ausgeführt. Beispielsweise kann auf einer Zentrale jeden Tag automatisch ein Programm ausgeführt werden, welches den Batteriestand aller batteriebetriebener Komponenten abfragt und bei einem niedrigen Batteriestand eine E-Mail als Benachrichtigung verschickt.

Wenn Du Dich mit dem Thema Smart Home schon ein wenig beschäftigt hast, weißt Du, dass es für jede Aufgabe auch spezialisierte Systeme gibt. Um nun diese Systeme miteinander kommunizieren lassen zu können, gibt es spezielle Gateways. Gateways können spezielle elektronische Schaltkreise aber auch wie Zentralen eigene kleine Computer sein, die mindestens 2 Systeme miteinander verbinden können. Wozu braucht man das?

Angenommen, Du hast bei Dir ein Alarmsystem installiert mit entsprechenden Sensoren an Fenstern und Türen und Bewegungsmeldern im Innenraum. Nun möchtest Du dieses so ergänzen, dass Deine Beleuchtung auch automatisch eingeschaltet wird, wenn Du den Raum betrittst. Dein Hersteller für das Alarmsystem bietet aber keine Beleuchtungssteuerung an, oder sie ist Dir bei diesem Hersteller nicht komfortabel genug. Dann kannst Du mit einem Gateway diese beiden Systeme eventuell miteinander koppeln, so dass das Alarmsystem die Informationen der Bewegungsmelder über das Gateway an das System für die Beleuchtungssteuerung weiter gibt. Mittlerweile gibt es Unmengen von Gateway Lösungen zu kaufen, Alternativ ist es aber mithilfe von Kleincomputern wie dem Raspberry Pi möglich, sich eigene Gateways selber zu erstellen. Diese Computer gibt es für wenig Geld und es gibt für viele gängige Smart Home Kommunikationsprotokolle die passenden Interfaces für diese Mini Rechner.

Ebenso lassen sich diese Mini Allrounder auch häufig als Zentralen einsetzen. Sofern man über das technische KnowHow und die nötigen Programmierkenntnisse verfügt, kann man hier meist auch dann eine Lösung finden, wenn sie von der Stange nicht zu kaufen sind.

Du siehst, es gibt hier eine Menge Potenzial für viele spannende Smarthome-Podcast Folgen. Was aber jetzt noch fehlt, ist die Frage: Wie kommunizieren die Smart-Home Komponenten eigentlich untereinander? Welche Kommunikationskomponenten gibt es?

Du hast bis jetzt gelernt, dass Sensoren Daten erfassen, die Zentrale das System steuert und die Aktoren für die Umsetzung verantwortlich sind. Aber wie kommen die Signale der Sensoren zur Zentrale und von dort die Steuerbefehle zu den Aktoren? Hier gibt es zahlreiche verschiedene Wege. Viele Smart-Home Systeme kommunizieren mit dem IP Protokoll untereinander. Das IP Protokoll entspricht dem selben Protokoll, mit denen sich Computer im Internet „unterhalten“. Bei diesen Systemen kannst Du also Dein Heim-WLan verwenden oder die Geräte über Netzwerkkabel miteinander verbinden. Auf jeden Fall lassen sich diese Systeme sehr gut in Dein Heimnetzwerk integrieren.
Andere Systeme setzen auf die Übertragung per Funk. Hier gibt es eigene Frequenzbereiche, die für Smart-Home Systeme reserviert sind. Beispiele für solche Funk Protokolle sind: ZigBee, Z-Wave oder Bluetooth.
Eine weitere Möglichkeit, die Daten zu übertragen bietet das vorhandene Stromnetz. Das Datensignal kann auf die vorhandene Spannung aufmoduliert werden und die betreffenden Komponenten müssen nur mit dem Stromnetz verbunden sein, um darüber miteinander zu kommunizieren.

Häufig im gewerblichen Bereich anzutreffen ist der Weg, ein extra Kabel für die Kommunikation zu verwenden. Dieses in der Realisierung häufig aufwendigere Verfahren kann aber gerade in sehr großen Installationen Vorteile bringen, da man damit sehr genaue Verteilungsbäume aufbauen kann und sehr viele Steuerungen gleichzeitig in einem System realisieren kann. Als Beispiel kann ich Dir hier das KNX System nennen.

Einen ausführlichen Vergleich der verschiedenen Übertragungsmethoden sowie deren Vor- und Nachteile wird es in einer späteren Folge des Podcasts geben.

Zum Schluss dieser Folge möchte ich Dich noch kurz für das Thema Sicherheit sensibilisieren. Mal angenommen, Du spielst mit dem Gedanken, Dir ein elektronisches Türschloss zu installieren, dass Du mit einer Smartphone App öffnen kannst. Dann muss sichergestellt werden, dass dies nicht jeder beliebige Fremde auch kann. Insofern musst Du Dir bei der Planung Deiner Smart Home Umgebung in jedem Fall auch um die Sicherheit Gedanken machen.

Welche Sicherheitsaspekte spielen nun eine Rolle?

1. Die Kommunikation zwischen den Smart Home Komponenten muss ausreichend abgesichert sein.
2. Die Daten und die Software auf der Zentrale selbst müssen geschützt werden, so dass Unbefugte darauf nicht zugreifen können.
3. Du musst Dir darüber Gedanken machen, welche Sicherheitsmaßnahmen nötig sind, um die neuen Gefahren, die die Smart Home Komponenten selbst erzeugen, abzuwehren. Hier meine ich z.B. Netzwerkanschlüsse, die an Deiner WebCam nun von außen erreichbar sind oder der Zugriff auf Dein Wlan. Auch die Manipulation eines Bewegungsmelders kann unangenehme Folgen haben. Zusätzlich sollte der Schutz von Komponenten gegenüber Witterungseinflüssen bei der Planung berücksichtigt werden.

Für die einzelnen Aspekte rund um die Sicherheit wird es ebenfalls später eigene Podcast Folgen geben.

Du merkst, dass das Thema Smart Home mittlerweile sehr komplex ist. Ich möchte Dir mit diesem Podcast helfen, Dich in dieser Vielfalt zurechtzufinden und Dich in die Lage versetzen, das für Dich beste System auszuwählen.

Solltest Du jetzt Lust haben und Dir die verschiedenen Smart Home Systeme einmal ansehen und vergleichen wollen, so kann ich Dir den ELV Shop empfehlen. Der folgende Link führt Dich direkt auf eine Vergleichsseite der bei ELV.DE angebotenen Systeme, so dass Du dort einen guten Überblick bekommst.

Hier der Link zur ELV Smarthome Seite*

Informationen zu unserem Partnershop ELV.DE

www.elv.de*

Meines Erachtens ist ELV der Smart Home Anbieter mit der größten Expertise auf diesem Gebiet. Der Grund dafür ist, dass ELV schon jahrzehntelang als Fachzeitschrift für Elektronik am Markt etabliert ist und als Bestandteil der EQ-3 Gruppe Zugriff auf umfassende Erfahrungen in der Umsetzung von Smart-Home Projekten hat.

Schau Dir das Angebot dort an und wenn Du Fragen zu Produkten oder der Umsetzung Deiner eigenen Smart Home Idee hast, dann schreibe mir an info@smarthome-podcast.de oder verwende das Kontaktformular auf der Startseite.

*) Affiliate Link

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.