Was ist Exahome?
Und warum nicht KNX oder Loxone?
Der Anfang
Wir schreiben das Jahr 2014. Ein Schul- und Studienfreund erzählt mir vom Hausbau seiner Eltern. Das Haus soll alle Stücke spielen, Passivhaus, nachhaltig gebaut, Wärmepumpe und kontrollierte Wohnraumlüftung. Und ein Smart Home System. Was ist das eigentlich? Wir kennen sowas bisher nur aus der HTL, damals unter dem weniger marketingtauglichen Begriff “Gebäudeautomationssystem”. Mit KNX haben wir damals einfache Anlagen aufgebaut und programmiert, ohne wirklich die Zusammenhänge und Möglichkeiten solcher Systeme zu begreifen.
In diesem Fall soll es allerdings Loxone werden. In jedem Raum Achtfachtaster, angebunden mit CAT7-Leitungen. Macht ja Sinn, schließlich produziert so ein Taster mehrere Gigabits an Daten pro Sekunde, da muss es schon das gute Zeug sein. Gut, Geld ist dort kein Problem und was der Elektriker macht, hinterfragt man nicht. Zurück zum Thema: Der Elektriker verdrahtet also jede Lampe, jeden Sensor und jeden Achtfachtaster zu einem eigenen Verteiler, der nur mit Loxone-Extensions voll ist. Gigantische Kabelbündel kommen aus allen Richtungen und werden gebändigt und angeschlossen. Der Elektriker übernimmt auch die initiale Programmierung und verabschiedet sich.
So, und wozu das Ganze? Man kann jetzt mit den Achtfachtastern (nachdem man sich über die jeweilige Belegung eingelesen hat) Lampen und Raffstores bedienen. Das wars. Mehr hat der Elektriker nicht zustandegebracht. Tausende Euro an Loxone-Material, kilometerweise Leitungen, kein Mehrwert. Ah doch, man kann jetzt auch alles (also Raffstores und Lampen) übers Handy steuern. Wer will nicht bequem im Wohnzimmer auf der Couch liegend einfach per App im Schlafzimmer das Licht einschalten können? Die Heizung ist übrigens nicht eingebunden. Die hat ein Bediengerät mit einem Temperatursensor im Wohnzimmer an der Wand. Wenn dort die Sonne draufscheint, wirds im Haus kalt. Die Lüftung ist mit der Heizung in einem Gerät zusammengefasst und kann deshalb auch nicht mehr. Smart geht anders.
Die Programmierung von Loxone ist auch zu kompliziert, dafür muss man schon Techniker sein. Sind wir zwar, aber die meisten anderen Menschen nicht. Und irgendwie haben wir das Bedürfnis, das Smart Home für alle zugänglich zu machen. Wir meinen, das können wir besser. Und damit ist die Idee für Exahome geboren.
Unsere Kritikpunkte an den beiden vorherrschenden Systemen sind die folgenden:
- Komplizierte Programmierung
- Teuer
- Langsame Reaktionszeit (vor allem bei KNX)
- Verkabelungsaufwand (Loxone)
Zum Thema Reaktionszeit noch: Bei allen KNX-Anlagen, die uns bisher untergekommen sind, vergeht zwischen dem Drücken eines Tasters und dem Einschalten der damit verknüpften Lampe ungefähr eine halbe Sekunde. Ich gehe stark davon aus, dass wir einfach nur schlecht umgesetzte Anlagen gesehen haben und dass das kein generelles Problem mit KNX ist.
Blink
Wenn wir es wirklich besser machen wollen, müssen wir zuerst ganz unten bei der Hardware ansetzen. Wir bestellen mal ein paar PIC12F1572 Microcontroller. Mit 16-Bit-PWM. Nur das Feinste für unseren LED-Dimmer. Kurz darauf läuft das Ding. Man beachte das leicht schiefe Spinnenkonstrukt im DIP-Sockel. Zu diesem Zeitpunkt dimmt der PIC die angeschlossene LED passend zu den Daten, die er vom Arduino im Hintergrund über DMX512 bekommt.
Kommunikation
Als Studierende der Medientechnik kommt uns DMX512 ideal für die Anwendung vor. Garantierte Echtzeitansteuerung mit einer maximalen Latenz von 23 ms. So gehört das! Wir müssen das Protokoll allerdings ein Stück erweitern, von Haus aus kann es ja keine Eingänge lesen. Kompatibel wollen wir aber trotzdem bleiben. Deshalb spart der Server manche Kanäle aus, die werden von den Eingängen belegt. Mit diesem Plan machen wir uns, sozusagen als proof of concept, an die Serverprogrammierung. Wir nehmen einen BeagleBone Black, der hat zusätzlich zu seinem Hauptprozessor noch zwei Echtzeitkerne integriert. In der Assemblerprogrammierung fühle ich mich wohl, deshalb wird schnell ein DMX-Interface implementiert, das seine Daten von einem C-Programm auf dem Hauptprozessor bekommt. Später wird da noch ein Frontend drangebastelt. Im Rahmen meiner Bachelorarbeit bauen wir damit für das FH-interne Fernsehstudio eine Lichtsteuerung, das Feedback ist überaus positiv.
Hardware
Wir bauen das erste Modul auf einer richtigen (gefrästen) Leiterplatte auf. Es bekommt auch ein Gehäuse und sieht von außen schon richtig gut aus. Dieses Modul darf die nächsten Jahre das Arbeitslicht in unserer Küche dimmen.
Im Jahr 2016 ändern wir unsere Strategie. Die verkabelte Lösung ist zwar toll, aber für die Sachen die wir gerade machen wollen, passt WLAN irgendwie besser. Im selben Formfaktor entsteht also ein Dimmer auf ESP8266-Basis. Nach mehreren Firmwaregenerationen mit mangelhafter Stabilität läuft auf den Modulen heute Tasmota. Und sie laufen (Stand 2024) zuverlässig, kein einziger Ausfall oder Verbindungsabbruch seitdem. Mit Tasmota können neue Funktionen auch schnell praktisch ohne Programmieraufwand implementiert werden. Spezialisierte Module mit verschiedenen Sensoren und Aktoren folgen:
- PV-Telemetrie
- Aquariumsteuerung
- Steuerung und Überwachung für die Wallbox
Software
Mit der WLAN-Verbindung folgen auch die dritte und vierte Version der Serversoftware. Der ganze alte Code fliegt raus, stattdessen gibt es jetzt eine monolithische Go-Applikation. Statt DMX wird nun über MQTT kommuniziert. Ein bisschen mühsamer, weil man jetzt zusätzlich noch einen MQTT-Broker braucht, aber alles in allem ein Schritt in die richtige Richtung. Dafür kommt jetzt ein “richtiger” Server zum Einsatz, alles wird mit Docker verwaltet. Metriken werden für Prometheus exponiert, mit Grafana visualisiert. Die Benutzeroberfläche wird komplett überarbeitet und läuft jetzt so stabil wie nie zuvor. Sogar eine eigene Android-App gibt es jetzt. Erfolg auf ganzer Linie.
Weiterentwicklung
Jetzt könnte man meinen, das System wäre fertig. Ist es aber nicht, denn aktuell gibt es keine Möglichkeit, eine verkabelte Installation damit auszuführen. Als Nachrüstlösung oder für Mietwohnungen gut genug, aber beim Neubau ist ein Kabel einfach ein Kabel. Beleuchtung ist noch immer einer der aufwändigsten Teile in einem Haus, deshalb besinne ich mich für die Weiterentwicklung wieder auf die Anfänge mit LED-Dimmern zurück. Davor muss ich aber schnell noch das Logo überarbeiten…
