Um eine Waschmaschine in ein Smart-Home-System zu integrieren und sie so fernzusteuern und ihren Status zu überwachen, benötigt sie Sensoren zur Erfassung ihrer Betriebszustände. Ein Strommesser am Netzkabel kann feststellen, ob Strom fließt. Wird zusätzlich der Strompegel erfasst, lassen sich beide Messwerte verschiedenen Betriebszuständen (Befüllen, Heizen, Schleudern, Abpumpen) zuordnen. Vibrations- und Akustiksensoren verfeinern die Erfassung zusätzlich. Empfohlen wird hierfür ein 32-Bit-Mikrocontroller mit Energiesparfunktion und integriertem Transceiver. Dieser Mikrocontroller-Typ verfügt über mehrere Ein- und Ausgänge und unterstützt diverse Funkprotokolle. „Mit Open-Source-Tools lässt sich ein solches Konzept mit größtmöglicher Reichweite realisieren“, erklärt Harald Naumann, Wireless Field Application Engineer bei Rutronik Elektronische Bauelemente GmbH. Es hat sich immer wieder gezeigt, dass Open-Source-Software sich letztendlich durchsetzt und die Grundlage für einen Standard bildet. Dies ist auch der entscheidende Punkt in der Hausautomation: ein Standard, auf dem alle Geräte basieren, sodass sie miteinander kommunizieren können und der Nutzer alle Statusinformationen abrufen und alle Geräte über ein einziges Gerät und eine einzige Benutzeroberfläche steuern kann. Android@Home ist der erste Schritt in diese Richtung. Lizenzfreies Zubehör für Smartphones ist bereits erhältlich. Ein Google 6LoWPAN-Stack soll bis Ende des Jahres ebenfalls als Open Source verfügbar sein. Für diejenigen, die nicht so lange warten oder nicht von Google abhängig sein möchten, gibt es jedoch zahlreiche Alternativen
Der STM32W bietet interessante Möglichkeiten. Dieser drahtlose Mikrocontroller basiert auf einem 32-Bit-ARM-Cortex-M3-Kern und verfügt über einen 2,4-GHz-IEEE-802.15.4-Transceiver. Dadurch eignet er sich für ZigBee, RF4CE, Contiki 6LoWPAN und andere Netzwerkprotokolle, die auf dem IEEE-802.15.4-Standard basieren. „6LoWPAN ist besonders interessant, da es lizenzfrei ist und die Protokollbeschreibung öffentlich verfügbar ist“, erklärt Naumann. Das Protokoll basiert auf IPv6 und wurde entwickelt, um die einfache und energieeffiziente Integration drahtloser Personal Area Networks (PANs) in bestehende Netzwerke zu ermöglichen. Auch das Open-Source-Betriebssystem Contiki ist auf minimalen Stromverbrauch optimiert. Wer 2,4 GHz 6LoWPAN mit 868/915 MHz 6LoWPAN vergleichen möchte, sollte ein Evaluierungskit mit dem 2,4-GHz-STM32W und dem 868/915-MHz-ZWIR4512 erwerben. Beide Module sind frei programmierbar.
Für Anwender mit geringerem Kapazitätsbedarf bietet sich der Microchip MRF89XA-Transceiver an. Dieser effiziente Mehrkanal-Transceiver arbeitet in den lizenzfreien ISM-Frequenzbändern von 863–870 MHz und im 900-MHz-Frequenzband. Ein gutes Anwendungsbeispiel sind batteriebetriebene Rauchmelder, die im Brandfall über das GSM-Modul der Basisstation einen Alarm auslösen. Zur Redundanz kann der Alarm zusätzlich an einen USB-Dongle im Router gesendet werden. Router und GSM-Modul leiten die Meldung dann an die Alarmzentrale weiter.
Soziale Netzwerke als Benutzeroberfläche:
Die folgende Prozessbeschreibung, am Beispiel einer Waschmaschine, wurde bereits mit einer „Tweet“-Wetterstation praktisch getestet. Mithilfe des STM32W kommuniziert die Waschmaschine über IP nach dem neuen IPv6-Standard und kann so Daten mit allen IP-fähigen Geräten austauschen – egal ob Smartphones, Tablets, ältere Laptops oder Mobiltelefone mit Webbrowser. Dazu sendet der STM32W ein UDP/IP-Signal an ein Gateway im Router. Der Router leitet das Signal an einen Server weiter, der eine E-Mail generiert. Diese E-Mail kann dann an einen kostenlosen Blog-Dienst wie Posterous (www.posterous.com) oder WordPress (de.wordpress.com) gesendet werden. WordPress bietet eine Programmierschnittstelle (API), die die Daten automatisch an Twitter sendet. Posterous bietet mehr Flexibilität. Hier lässt sich mithilfe von Steuerwörtern präzise festlegen, welche Nachricht wann, wie und an wen gesendet werden soll. Posterous unterstützt zudem viele verschiedene Formate. In diesem Fall sendet der Cronjob eine E-Mail an Posterous auf dem Server, welches den Blogbeitrag anschließend per E-Mail an die Twitter-API weiterleitet. „Der Vorteil von Twitter liegt darin, dass kostenlose Clients für Apple OS, Android, Windows, Linux und auch RIM verfügbar sind und praktisch alle Endgeräte mit Twitter kompatibel sind“, erklärt Naumann. „Mit Google+ wird dies in Zukunft noch komfortabler, sobald die entsprechende API verfügbar ist.“ Googles neues soziales Netzwerk unterscheidet sich von Facebook dadurch, dass Nutzer Gruppen erstellen können. Beispielsweise könnte eine Gruppe namens „Meine Haushaltsgeräte“ den Status verschiedener Geräte anzeigen. Sie lässt sich so einrichten, dass nur die Bewohner des Hauses die Nachrichten sehen können. Darüber hinaus können auch öffentliche Gruppen erstellt werden, beispielsweise für Wetterstationsdaten. Diese Daten sind dann für jeden automatisch zugänglich, ohne dass eine „Freundschaft“ erforderlich ist, wie es bei Facebook der Fall ist.
Wenn Sie Nachrichten an viele Nutzer senden möchten, steht Ihnen Googles neuer Messaging-Dienst für Android zur Verfügung. Dieser Dienst überträgt Nachrichten per IP an Android-Smartphones. Die kostenlose Google Engine kann hierfür genutzt werden.
Mehrere Protokolle stehen zur Auswahl.
So können Sie all Ihre Haushaltsgeräte für ein Smart-Home-Netzwerk nachrüsten. Dadurch lassen sich neue Smart-Geräte mit älteren Geräten kombinieren. Geräte mit einem Mikrocontroller wie dem STM32W oder Gleichspannungsversorgung können als Router für andere 6LoWPAN-Module und als Bridge für Bluetooth Low Energy oder „Gazell“, das Protokoll von Nordic Semiconductor, fungieren. Gazell ist kostenlos erhältlich. Das Nordic-Protokoll findet sich unter anderem in vielen drahtlosen PC-Tastaturen und -Mäusen und ist mit ICs der nRF24LE1-Serie kompatibel. Für den STM32W sind außerdem vollständige, kostengünstige und autorisierte Funkmodule verfügbar. Der nRF24LE1 basiert auf dem 8051 und verarbeitet einen Befehl pro Taktzyklus. Wer den Keil-Compiler nicht benötigt, kann den Small-Device-C-Compiler verwenden. Der nRF24LE1 arbeitet mit 2400 MHz. Wer ein standardisiertes Protokoll einem proprietären vorzieht, kann auf den nRF8001 von Nordic Semiconductor zurückgreifen. In Kombination mit den PAN1720-Modulen von Panasonic lässt sich damit problemlos ein drahtloses Netzwerk am Körper oder Fahrrad einrichten – ideal für Anwendungen in Sport, Medizin oder im Bereich Ambient Assisted Living.
Der nRF8001 ist mit Bluetooth Low Energy kompatibel, dessen Hauptvorteil darin besteht, dass dieser Standard in nahezu allen neuen Smartphones, Laptops und PDAs verbaut ist.
Die WLAN-Module und -ICs von Redpine Signals bieten den schnellsten Weg, Ihre Ziele zu erreichen. Die Redpine Connect-io-n-Familie von 802.11n Single-Stream-Modulen umfasst alle Funktionen, die ein WLAN-Client benötigt, und ergänzt so eingebettete Lösungen um WLAN-Konnektivität. Einige Connect-io-n-Module enthalten zudem einen kompletten Netzwerk-Stack, der die Anbindung mehrerer bestehender eingebetteter Systeme ermöglicht, ohne deren Mikrocontroller zu überlasten. Entsprechende Treiber sind für höhere Betriebssysteme wie Windows (CE 5.0, Embedded 6.0, XP, Seven, Embedded Compact 7 (ab Q1/12)), Linux oder Android (ab Froyo 2.2) verfügbar. Redpine-Module sind mit dem WLAN-Standard N kompatibel, der weniger Strom verbraucht als der Standard G. „Mein Favorit ist das Microchip Android@Home-Board mit Redfly-WLAN-Adapterplatine auf Basis von Redpine-Technologie“, sagt Harald Naumann. „Diese Kombination schlägt zwei Fliegen mit einer Klappe. Das Android@Home-Board verfügt über USB-Controller als Kernkomponente für Android. Dadurch können Nutzer ihr Android-Smartphone oder -Tablet ohne Lizenz verbinden. Die Drucktasten, das Potentiometer und die LEDs interagieren mit dem Endgerät auf der Leiterplatte. Einzige Voraussetzung ist die Installation von Android 2.3.4, Android 3.1 oder einer höheren Version. Android 4.0 ist sowohl mit Bluetooth Classic als auch mit Bluetooth Low Energy kompatibel, wodurch Android@Home kabellos genutzt werden kann.“
Neben den vorgestellten drahtlosen Technologien und Protokollen können auch GSM, GPRS, UMTS und 3G für Smart-Home-Anwendungen genutzt werden. Diese Mobilfunktechnologien sind empfehlenswert, wenn anstelle eines DSL-Routers ein Smart-Home-Gateway für Mobiltelefonie im Haushalt eingesetzt wird. Die Vielfalt der Protokolle und die Eigenschaften der verschiedenen Geräte, die in ein solches Smart-Home-System integriert werden können, machen dessen Implementierung komplex. Hierbei leisten Distributoren mit ihrer Erfahrung aus zahlreichen Kundenprojekten und der neutralen Perspektive des Herstellers wertvolle Unterstützung. Verfügt beispielsweise Rutronik über ein Wireless Competence Center, können Kunden auf fundierte und kompetente Beratung vertrauen. Rutronik bietet zudem Komponenten für das gesamte Spektrum an Technologien und Protokollen sowie alle weiteren Gebäudekomponenten, die für das Smart Home der Zukunft benötigt werden.
