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Die technische Umsetzung meiner Hausautomatisation liegt zwar mittlerweile schon etwas über 3 Jahre zurück, es ist aber ein lebendes System und wird noch immer erweitert, wenn auch hauptsächlich im Softwarebereich. Im Jahr 2008  ging es an den Hausbau. Da eine herkömmliche Elektrotechnik für mich als Computertechniker natürlich nicht in Frage kam, begab ich mich auf die Suche nach einer Lösung, bei welcher ich den Status der Lampen, Rollläden, etc. via Schnittstelle in den PC bekam.

Nach einigem Experimentieren mit Hardware kristallisierte sich eine WAGO SPS-Steuerung als die für mich beste Lösung heraus. Die WAGO 750-841 (-> Handbuch) ist eine Steuerung, welche über eine TCP/IP Netzwerkschnittstelle verfügt und mit welcher über das Modbus Protokoll kommuniziert werden kann. In Verbindung mit den genialen OSCAT Libraries konnte sogar ein SPS-DAU wie ich das ganze recht schnell und mit einem vernünftigen Funktionsumfang zum Laufen bringen. Ein herzliches Dankeschön an die Macher dieser Libraries an dieser Stelle!

Folgende Funktionen wurden mit der SPS in Verbindung mit dem Zentralserver umgesetzt:

• Lichtsteuerung (An/Aus/Dimmen)
• Rollladensteuerung lt. berechnetem Sonnenauf- und untergang
• Überwachung von Bewegungssensoren- /kontakten
• Visualisierung über ein 10″-Touchdisplay im Wohnzimmer
• Visualisierung über eine WebApplikation am Handy/Browser
• Lüftungssteuerung
• Alarmierung über SMS und Email
• Alarmanlage
• Türgong
• Rasenmähersteuerung und Teichpumpe

Für die Visualisierung über ein Touchpanel und zur Kommunikation mittels Modbus-Protokoll kommt IP-Symcon (-> Website) zum Einsatz. IP-Symcon hat den Vorteil, dass es mittels PHP (-> Website) zu programmieren ist, welches sich für die Webseitenprogrammierung großer Beliebtheit erfreut. Die Steuerung in Verbindung mit dem Zentralsverver regelt via PHP-Scripts und Modbus das Licht, Jalousien, Lüftung, die Alarmanlage bis hin zum Rasenmäher.

Zu beachten ist, dass wenn man sich einmal für ein solches System entschieden hat, es keinen leichten Weg zurück zu einer „normalen“ Elektroinstallation gibt. Die Verkabelung ist hier sternförmig ausgeführt. Von jedem Taster geht eine 2-Drahtleitung zur SPS, über die allerdings nur 24V Gleichspannung fliessen und somit keinen Elektrosmog verursachen. Von der SPS wird dann ein Relais angesteuert, welches dann wiederum eine Leitung zum Verbraucher (Lampe, Motor, etc.) hat. Alle Leitung laufen somit an einem zentralen Punkt im Datenschrank zusammen (siehe Artikelbild). Die Leitungsverlegung ist dadurch wesentlich anders als bei einer herkömmlichen Elektroinstallation.

Die WAGO-SPS 750-841 wurde mit folgenden Modulen ausgestattet:

• 11 Stk. 0750-0430: 8x Digital-Eingänge 24V
• 2 Stk. 0750-0478: 2x Analogeingänge 0-10V (Feuchtesensor, 2 x Soletemperatur Wärmepumpe)
• 10 Stk. 0750-0530: 8x Digital-Ausgänge 24V
• 3 Stk. 0750-0559: 4x Analog-Ausgänge (für Dimmeransteuerung)
• 1 Stk. DALI 0750-0641: Zur Ansteuerung DALI Leuchtstofflampen (Dimmbare Leuchtstofflampen)
• 1 Stk. EnOcean / RF-Empfänger 750-0642: Empfangen von EnOcean Funksignalen (Türsensor, Temperatur)

Sollte man sich für so eine Hauselektrik entscheiden, würde ich empfehlen sich auch gleich noch eine zweite Steuerung und zumindest 1-2 Module, die man öfter benötigt, auf Reserve zu legen. Es handelt sich zwar um Industriekomponenten, welche recht robust sein sollten, allerdings weiß man nie, ob es ein Modul in 20 Jahren noch gibt und dann ist man froh, wenn man noch eines auf Lager hat und es nur tauschen muss.

Ich habe mir als Reserve noch eine gebrauchte 750-841 besorgt, die mit der Haussteuerungssoftware bespielt wurde. Im Notfall muss ich diese dann nur umstecken. Dies ist für mich insofern wichtig, da es eine schnelle Reparatur erlaubt, auch wenn ich schon längere Zeit nicht mehr mit SPS-Programmierung befasst war. Ausser mit der Haussteuerung habe ich mit SPSen nämlich nichts am Hut und die Hektik ist sicher groß wenn es in 25 Jahren mal einen Defekt gibt und dann die Frage aufkommt, wie man das dazumals überhaupt programmiert hat. Wo ist das dann mitlerweile 30 Jahre alte  CoDeSys und wo läuft es dann noch? Auf den Kompatibilitätsmodus von Windows 30 möchte ich mich nicht verlassen müssen.

Das einzige, was ich in dieser Form so nicht mehr kaufen würde ist das original 24V – Netzteil für die Steuerung, das ist sein (teures) Geld nicht wert. Das Netzteil hat nur kurz nach Garantieablauf den Geist aufgegeben. Geplante Obszoleszenz lässt grüßen. WAGO hat mir zwar angeboten, sich das Netzteil anzusehen und mich gebeten es zuzusenden, danach habe ich allerdings von WAGO nichts mehr gehört und erst nach dem dritten Mal nachfragen bekam ich die Mitteilung, dass das Netzteil defekt ist und die Garantie aber abgelaufen. – Ja, das wußte ich auch schon bevor ich gebeten wurde es zu retournieren, das hätte ich mir also sparen können… Seitdem verrichtet ein billiges 19,-€ Netzteil eines Notebooks zuverlässig seinen Dienst.

Ich werde die einzelnen Bereiche in meinem Blog in nächster Zeit ein wenig vorstellen. Sollte jemand Fragen haben, einfach melden!

Einige Screens der Visualisierung am Touchscreen:

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Um ortsbezogene Helligkeitsdaten zu erfassen wurde von mir ein Helligkeitsmessgerät entwickelt, welches von einem GPS-Modul die jeweilige Position empfängt und die Daten in eine CSV-Datei auf einem Micro-SD-Speicher ablegt. Das Gerät verfügt weiters über ein Display, über welches es kalibriert, bzw. der jeweilige Status (Geschwindigkeit und Helligkeitswert in Lux) abgelesen werden kann. Das GPSLux wurde mit einem professionellem, geeichtem Luxmeter abgeglichen und ist in einem Bereich von 0.5 – 500 Lux  auf bis zu unter 1 Lux genau.

Mit dem Gerät ist es möglich durch die Stadt zu fahren, die Helligkeit von Beleuchtungen (Strassenlaternen, etc.) wird automatisch im Sekundenabstand gemessen. Die erhobenen Daten können dann in eine GIS-Applikation importiert und visualisiert werden. Eine Kommune kann dadurch später feststellen, wo Einsparungs- bzw. Optimierungspotential bei Beleuchtungen besteht. Das Gerät kann so eingestellt werden, dass es die Daten permanent erfasst (auch ohne GPS-Empfang), nur bei Geschwindigkeiten über 4km/h oder auch Dauermessung im Stand. 3 Leuchtdioden zeigen den Betriebsstatus an (GPS-Locked, Datenspeicherung, Pause Datenspeicherung)

Das Projekt wurde mit einem AT-Mega328P Prozessor realisiert. Als Platine wurde ein Seeeduino Stalker gewählt, welcher schon einen SD-Kartenslot aufweist. Als GPS-Modul kam das GPS-Bee-Kit, ebenfalls von Seedstudio (->Produktlink) zum Einsatz. Die Beleuchtungsmessung erfolgt mittels eines hochsensiblen TSL237 Chips, welcher die Lichtstärke mittels einer Frequenz bis zu ca. 500kHz ausgibt (Datenblatt).

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Um die Leistung messen zu können, welche von meinem 100W-Solarpanel (Peak-Power) in einen 12V/20Ah-Akku eingespeist wird, habe ich eine kleine Elektronik gebastelt, welche mittels Hall-Sensor den Strom erfasst und über einen Operationsverstärker (TL072 – siehe Schaltplan) den Pegel für ein XBee-Modul anpasst,  welches dann die Daten zum Hausserver überträgt. Die Operationsverstärkerschaltung ist ein Differenzverstärker der das Signal des ACS714, welches bei 0 Ampere 2.5V liefert, auf eine Spannung zwischen 0V (für 0 Ampere) und 1.2V einstellt. Nach dem OPV Signal ist zum Entrauschen noch ein Tiefpassfilter eingebaut, welches die Signalqualität verbessert. Zum Erfassen der Messwerte werden die Analogen I/O Eingänge des XBee-Modules verwendet, welches alle 5 Minuten aufwacht und die Daten übermittelt. Übertragen werden die aktuelle Spannung des Akkus, sowie der Ladestrom. Am Hausserver werden die Daten in eine MySQL-Datenbank geschrieben und alle 15 Minuten mit einer Grafik visualisiert.

Die Spannungsversorgung erfolgt direkt vom Akku, wobei die ca. 12V mittels eines Pololu-Step-Down-Wandlers auf 5V für den Hallsensor vermindert werden, danach werden diese noch mittels eines LM1117-3.3 auf 3.3V für das XBee-Modul reduziert.

Als Hallsensor kommt ein ACS714 zum Einsatz. Da mir der 8 pin SOIC Chip für den Aufbau zu klein war habe ich mich für das Break-Out-Board von Pololu entschieden (http://www.pololu.com/catalog/product/1187)

Das Ergebnis sind die Grafiken im Anhang. Bei Interesse gerne mehr Informationen!

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Ich hatte im Wintergarten immer das Problem, dass je nach Sonneneinstrahlung, und der damit verbundenen Erwärmung, der Abstand zwischen dem Bewässern der Pflanzen sehr stark schwankte. Also sollten die Pflänzchen sich am Besten selbst melden, wenn sie durstig sind.

Umgesetzt wurde das Projekt mit einem MEGA-328P Microprozessor, welcher 8 Analoge Eingänge zur Verfügung stellt. Als Sensoren dienen Fühler der Firma Seeedstudio ( -> Link ). Die Datenübermittlung an den Hausserver erfolgt mittels eines XBee-Moduls. Am Hausserver läuft ein kleines Java Programm, welches die Daten des XBee Moduls empfängt und in eine MySQL-Datenbank überträgt. Aus dieser Datenbank werden die Werte ausgelesen, ausgewertet und Visualisiert. Auf meinem Hausserver läuft alle 10 Minuten ein Programm welches diese Auswertung erledigt und im Fall von Trockenheit eine SMS, sowie eine Email an mich versendet.

Ein Problem, welches mit den Fühlern auftrat ist, dass das Kupfer auf diesen nach ca. 3-4 Wochen auf der Plus-Pol-Seite wegoxidiert sind. Eine Möglichkeit wäre die Kontakte zu vergolden. Ich habe jetzt allerdings testweise in den Plus-Pol einen Niro-Schrauben eingebaut (Bild), der als Messsonde dienen soll. Es wird sich zeigen, ob dieser seine Funktion länger erfüllen kann.

Interessant war, zu beobachten, dass die Substratfeuchte bei Erwärmung (Sonneneinstrahlung) deutlich zu steigen begann und am Abend wieder abklingt. Dies ergibt über die Zeitspanne von mehreren Tagen eine wellenförmige Abwärtsbewegung in der Grafik. Umso stärker die Erwärmung, desto ausgeprägter dieser Effekt, den ich auf die Oberflächenverdunstung zurückführe.

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Programmcode für Arduino:

Programmcode anzeigen

byte DEBUG = 0;
 
int i;
 
// Includes und defines für Sleep-Modus
#include <avr /sleep.h>
#include </avr><avr /wdt.h>
 
#ifndef cbi
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#endif
#ifndef sbi
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#endif
 
// Globale Variable Sleep Modus
volatile boolean f_wdt=1;
int sleepcount;
 
const byte XBee_Sleep_Pin = 2;  // Sleep Pin für Powersavemode XBee
 
void setup() {
 
  Serial.begin(9600); 
  Setup_Sleep();
 
  pinMode(13, OUTPUT);  
  pinMode(XBee_Sleep_Pin, OUTPUT);
 
  digitalWrite(XBee_Sleep_Pin, LOW);  // XBee aus Schlafmodus wecken  
 
  for (i=0;i&lt;10;i++) {          // Warteschleife, damit sich XBee verbinden kann
    digitalWrite(13, HIGH);   // set the LED on
    delay(50);              // wait for a second
    digitalWrite(13, LOW);    // set the LED off
    delay(50);              // wait for a second
  }
 
  //delay(15000);             // 5 Sekunden warten, bis XBee sicher da ist
}
 
 
 
 
void loop() {
 
  digitalWrite(XBee_Sleep_Pin, HIGH);  // XBee aus Schlafmodus wecken  -> Transistormodus, mit Widerständen LOW
 
  digitalWrite(13, HIGH);             // set the LED on  
  delay (18000);
 
  SendData("A0",A0);        // Fikus klein
  SendData("A1",A1);        // Bonsai
  SendData("A2",A2);        // Fikus groß
  SendData("A3",A3);        // Chilli
  SendData("A4",A4);        // Banane
 
 
  Serial.print("VCC=");
  Serial.print(readInternVcc());
  Serial.print(";EOL"); 
 
  delay (500);  
  digitalWrite(13, LOW);    // set the LED off  
  digitalWrite(XBee_Sleep_Pin, LOW);
 
  // Go to sleep
sleeploop_start:
  if (f_wdt==1) {  // wait for timed out watchdog / flag is set when a watchdog timeout occurs
    f_wdt=0;       // reset flag
    sleepcount++;
  }  
  if (DEBUG) { 
    Serial.print("Sleeping,"); 
    delay(10); 
  }
  system_sleep();
  if (DEBUG) Serial.println ("Wake Up");
  if (sleepcount < (300/8) ) goto sleeploop_start;  // Solange Zeit noch nicht abgelaufen nicht weiterspringen, sondern weiterschlafen -> Powersafe 300 = 5 Min
  sleepcount=0;  
  if (DEBUG) Serial.println("Nächste Messung...");  
 
}
 
void SendData(char *Bezeichnung, uint8_t Port) {
  long sensorValue = 0;
 
  int loops = 5;
  // read the value from the sensor:
  for (i=0;i<loops ;i++) {
    sensorValue += analogRead(Port);
    //delay(2);      // ADC beruhigen lassen-
  }
  sensorValue = round(sensorValue/loops);
 
 
  Serial.print(Bezeichnung);                       
  Serial.print("=");
  Serial.print(sensorValue);  
  Serial.print(";"); 
 
}
 
 
 
/************************************ Setup_SLEEP *********************************************************************/
void Setup_Sleep()
{
  // CPU Sleep Modes 
  // SM2 SM1 SM0 Sleep Mode
  // 0    0  0 Idle
  // 0    0  1 ADC Noise Reduction
  // 0    1  0 Power-down
  // 0    1  1 Power-save
  // 1    0  0 Reserved
  // 1    0  1 Reserved
  // 1    1  0 Standby(1)
 
  cbi( SMCR,SE );      // sleep enable, power down mode
  cbi( SMCR,SM0 );     // power down mode
  sbi( SMCR,SM1 );     // power down mode
  cbi( SMCR,SM2 );     // power down mode
 
  setup_watchdog(9);	// 9 = 8 sek. schlafen
} 
 
//****************************************************************  
// set system into the sleep state 
// system wakes up when wtchdog is timed out
void system_sleep() {
 
  cbi(ADCSRA,ADEN);                    // switch Analog to Digitalconverter OFF
 
  set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); // sleep mode is set here
  sleep_enable();
 
  sleep_mode();                        // System sleeps here
 
    sleep_disable();                     // System continues execution here when watchdog timed out 
  sbi(ADCSRA,ADEN);                    // switch Analog to Digitalconverter ON
 
}
 
//****************************************************************
// 0=16ms, 1=32ms,2=64ms,3=128ms,4=250ms,5=500ms
// 6=1 sec,7=2 sec, 8=4 sec, 9= 8sec
void setup_watchdog(int ii) {
 
  byte bb;
  int ww;
  if (ii > 9 ) ii=9;
  bb=ii & 7;
  if (ii > 7) bb|= (1< &lt;5);
  bb|= (1<<WDCE);
  ww=bb;
  //Serial.println(ww);
 
 
  MCUSR &= ~(1<<WDRF);
  // start timed sequence
  WDTCSR |= (1<<WDCE) | (1<<WDE);
  // set new watchdog timeout value
  WDTCSR = bb;
  WDTCSR |= _BV(WDIE);
}
 
 
//****************************************************************  
// Watchdog Interrupt Service / is executed when  watchdog timed out
ISR(WDT_vect) {
  f_wdt=1;  // set global flag
}
 
 
 
 
 
// Liefert Spannung in Millivolts retour, 5000 = 5V, 3300 = 3.3V
// http://code.google.com/p/tinkerit/wiki/SecretVoltmeter
 
long readInternVcc() {
  long result;
  // Read 1.1V reference against AVcc
  ADMUX = _BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1);
  delay(2); // Wait for Vref to settle
  ADCSRA |= _BV(ADSC); // Convert
  while (bit_is_set(ADCSRA,ADSC));
  result = ADCL;
  result |= ADCH<&lt;8;
  result = 1126400L / result; // Back-calculate AVcc in mV
  return result;
}

Da ich an meinem alten Standort auf der Balkonsternwarte keine Sicht auf den Nordstern hatte, begann ich im Jahr 2005 mit der Erstellung einer Software, die es trotzdem ermöglichte, mit meiner eingeschränkten Sicht auf die Gestirne das Teleskop korrekt zur Erdachse auszurichten. Es entstand die WebCamScheiner Software, (kurz WCS) zu der es unter http://wcs.ruthner.at weitere Informationen gibt.

Die Software ist mittlerweile in 20 Sprachen verfügbar und unterstützt diverse Kameras.

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