Smart Home System mit Mikrocontrollertechnik Arduino und Raspberry

Smart Home Funk-Wandtaster

Smart Home Funk-Wandtaster

Funktionsbeschreibung

Der Wandtaster dient dazu, die üblichen Steuerungsaufgaben in einem Raum im Haus zu bedienen. In der Standardausführung lassen sich so eine Deckenlampe, der Rollladen und die Heizung steuern. Zudem informiert er über die aktuelle Raumtemperatur, sofern ein Umweltsensor vorhanden und verknüpft ist.
Über ein Display und mit 6 Tasten ausgestattet lassen sich alle Funktionen über eine Menüsteuerung komfortabel anwählen. Über direkt belegte Tasten lassen sich Funktionen auch ohne Umwege über das Menü schalten.
Ein Relais schaltet das Deckenlicht und mithilfe des Gateways ist dadurch auch eine Bedienung über das Smartphone möglich

Hardwareaufbau

Das komplette einbaufertige Modul besteht grob aus 2 Teilen. Einmal dem Tastermodul selber und dem Koppelmodul mit Anschluss an die Hausinstallation.

Tastermodul

Das Tastermodul wurde dem kommerziell erhältlichen „Gira KNX Tastsensor 3“ nachempfunden:

Gira KNX Tastsensor 3

Grund hierfür ist die Tatsache, dass sich die Tasterwippen des „Gira KNX Tastsensor 3“ als Ersatzteil im Fachhandel kaufen lassen. Idealerweise sind diese Durchsichtig (Displayanzeige und individuelle Beschriftung durch Beschriftungsbogen hinter den Tasterwippen möglich)

Gira KNX Tastsensor Tasterwippen

Entsprechend der vorgegebenen Anpassung des Gehäuses an die Tasterwippen wurde das Originalgehäuse des „Gira KNX Tastsensor 3“ komplett vermessen, digital mit CAD Software (Solid Edge) rekonstruiert und mittels 3D-Drucker ausgedruckt

Gira KNX Tastsensor 3 Hardware
Gira KNX Tastsensor 3 Gehäuse

Mit einer Zwischenplatte wird die Platine wie im Original im Gehäuse festgeklemmt, damit diese nicht herausfällt, und dient als Unterlage für den Beschriftungsbogen. Der Ausschnitt ist für das OLED Display vorgesehen.

Zwischenplatte CAD
Zwischenplatte 3D-Druck

Die Positionen der Taster und LEDs auf der Vorderseite der Originalplatine wurden komplett übernommen. Das OLED Display wurde so positioniert, dass es mittig der oberen Tasterwippe sitzt. Mikrocontroller, Funkmodul und weitere Bauteile sind auf der Rückseite der Platine.

Funk-Wandtaster Platine Vorderseite
Funk-Wandtaster Platine Rückseite

Montage Tastermodul

Das Tastermodul besteht aus den schon beschriebenen 5 Komponenten. Dem Gehäuse, der Platine, der Zwischenplatte, einem individuell beschriftbarem Abdeckblatt und den Tasterwippen. Nachfolgend Bilder des Aufbaus

Platine in Tastergehäuse eingesetzt
Zwischenplatte eingesetzt
beschriftbares Abdeckblatt eingelegt
Endmontage des Schalters mit Tasterwippen

Das fertig montierte Tastermodul wird anschließend in einen Dekorrahmen eingesetzt, in dem auch die externe Antenne Platz findet. Die Antenne wurde deshalb extern gewählt (eine Integration in die Platine wäre auch möglich gewesen) um auch im Gebäude mit Wände und Decken etc. eine möglichst hohe Funkreichweite zu erzielen.

Antenne in Rahmen einsetzen

Koppelmodul

Das Koppelmodul dient dem Anschluss an die Hausinstallation und der Montage des Tastermoduls. Es besteht aus einem Tragring, einer Koppelplatine und der Netzteilplatine.

Koppelmodul zusammengebaut

Tragring

Um die Koppelplatine mit der Netzteilplatine in einer Standardinstallationsdose zu befestigen wurde ein Tragring entwickelt. Wie die anderen Kunststoffteile ist dieser 3D gedruckt.

Koppelplatine

Die Koppelplatine dient der Aufnahme des Tastermoduls über die beiden Buchsenleisten, welches einfach aufgesteckt wird. Eine weitere Befestigung des Tastermoduls ist nicht nötig. Daneben ist zur Ansteuerung des Relais auf der Netzteilplatine noch ein Transistor verbaut, da die Ausgangspins des Mikrocontrollers den Strom, welche das Relais benötigt, nicht liefern können.

Koppelplatine Vorderseite
Koppelplatine Rückseite

Netzteilplatine

Auf der Netzteilplatine sind das Netzteil zur Stromversorgung des Funk-Wandtasters, ein Relais zum Schalten der Deckenleuchte, Sicherung und das Anschlussterminal verbaut.

Netzteilplatine Vorderseite
Netzteilplatine Rückseite

Ein paar Impressionen

8 Antworten auf „Smart Home System mit Mikrocontrollertechnik Arduino und Raspberry“

  1. Hallo, hätte eine Frage bezüglich des Systems. Ist das System bei Ihnen derzeit noch im Einsatz, können Sie die Software zur Verfügung stellen und wie genau wurde der Mikrocontroller programmiert und würden Sie heute immer noch den ATMEGA328P einsetzen oder eher auf einen ARM Cortex umsteigen? Danke im Vorraus

    1. Hallo,
      Ja das System ist im Einsatz (Testphase). Ich habe auch eine Teststation aufgebaut, um neue Softwarelösungen zu testen. Leider habe ich momentan wenig Zeit alles zu dokumentieren.
      Die Software kann ich zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht herausgeben.
      Der Mikrocontroller wurde zuerst per AVR ISP mit einem Bootloader programmiert. Anschließend lässt er sich über die UART Schnittstelle direkt aus der Arduino Umgebung heraus programmieren.
      Ja ich würde immer noch auf den Atmega setzen. Die Leistung ist für diese Zwecke ausreichend, einfache Programmierung mit der Arduino Umgebung inkl. aller Bibliotheken usw. und vor allem günstige Anschaffungskosten.

  2. Sehr interessantes Projekt. Bin auf der Suche nach einem Tragring auf die Seite gestoßen.
    Würde mich für Deinen Tragring interessieren, kann man bei Dir eine Kopie der Druckdatei erwerben ?

  3. Hallo Florian,

    mich würde vor allem die Zutrittskontrolle interessieren. Gibt es hier Neuigkeiten? Außerdem ist mir die Liste der benötigten Bauteile des hier vorgestellten Projekts nicht ganz klar. So wie ich das sehe hast Du beim Arduino Gateway eine Ethernetplatine und das Funkmodul auf der Prototypenplatine verbaut. Welche Ethernetplatine kommt zum Einsatz oder ist das auch Eigenbau? Und wieso kann man nicht den Raspberry als Gateway und Server nehmen? Entschuldige wenn ich dumme Fragen stelle, aber ich mache mich gerade erst mit dem Thema vertraut.

    1. Hallo Sebastian,

      Die Zutrittskontrolle habe ich erst einmal auf Eis gelegt, da ich mir mit der verwendeten Hardware noch unschlüssig bin. Eigentlich wollte ich RFID verwenden, aber die für Arduino erhältlichen Chips sollen ziemlich leicht zu knacken/manipulieren sein.
      Beim Arduino Gateway benutze ich das Arduino Ethernetshield v1 (kein Eigenbau) , das Funkmodul ist auf einer Protypenplatine.
      Klar könnte man den Raspberry als Gateway und Server hernehmen, aber das war nicht mein Plan. Mein Plan ist es den Raspberry im Keller im Serverschrank unterzubringen (da der Serverschrank aus Metall ist, wäre hier schonmal gar kein Funk möglich) und die Gateways (jeweils ein Gateway pro Etage) im Haus zu verteilen. Das sorgt für bessere Funkabdeckung.

      1. Auf welchem Weg können die Chips gehackt werden? WLAN? Wenn man das ganze per Ethernet anbinden würde, wäre dann das Problem erledigt? Ich habe bisher nur gelesen, dass die Mifare Classics nicht besonders sicher sind. Bei Desfire soll das Problem angeblich nicht bestehen. Meinst Du das?

        1. Ja genau die Mifare Chips sollen nicht besonders sicher sein. Also die Chips die man normalerweise bei den Arduino Bauteilen bekommen. Und wenn ich damit die Haustüre sicher, dann sollte das schon “sicher” sein.

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