Ambiente und helle Außenbeleuchtung in einem – Die intelligente Außenbeleuchtung

Meine Frau hat mich gebeten unsere Außenbeleuchtung „schön“ zu machen.
Das Problem sind aber die ca. 19 Lampen die sie damit gemeint hat.
Wie also bekommt man es hin eine schöne Ambientebeleuchtung und eine helle Außenbeleuchtung zu vereinen, ohne dabei neue Kabel verlegen zu müssen?

Herausgekommen ist ein Konzept das auf bewährte Technologien setzt (Z-Wave und ZigBee), bezahlbar ist, und trotzdem individuell, automatisierbar und erweiterbar ist.

 

Z-Wave und ZigBee

Die Protokolle Z-Wave und ZigBee

Nach meinen bisherigen Erfahrungen in der Haussteuerung möchte ich nur auf bewährte Technologien setzen.

Der Grund dafür ist einfach: Sollte ich zu irgendeiner Zeit keine Lust mehr haben meinen Raspberry Pi zu hegen und zu pflegen, müssen alle angeschlossenen Komponenten Plug&Play über ein anderes Steuerungssystem, zbs. Homee, angebunden werden können.

Da Z-wave und ZigBee momentan die zwei bewährtesten Systeme. Die Vorteile sind das viele Firmen diese Standards unterstützen und es somit kein Monopol eines Herstellers gibt. Beide Funkprotokolle bilden ein Mesh-Netzwerk so das die Reichweite mit jedem eingesetzten Gerät steigt. Außerdem Ergänzen sich Z-Wave und ZigBee indem Z-Wave eher für Sensoren und Aktoren genutzt werden kann und ZigBee in der Beleuchtungssparte seine Heimat hat.

 

Gedanken über ZigBee

Um die gleiche Lampe als Ambiente und als normale Außenbeleuchtung nutzen zu können benötigt man eine Dimmfunktion. Mit gut ausgewählten Leuchtmitteln und einem Dimmschalter wäre das kein Problem umzusetzen, wenn, ja wenn meine Frau nicht darauf bestehen würde das nicht alle 19 Lampen in der Ambiente Beleuchtung mit eingebunden sein sollen. Das Carport zum Beispiel soll nicht beleuchtet werden. Genaus wenig die Garage.

Die Lösung könnte nun aussehen das ich überall neue Kabel ziehe (Was bei einer Grundstücksgröße von ein paar hundert Quadratmetern nicht wirklich Spaß macht). Ich kann aber auch einfach ZigBee Leuchtmittel benutzen. Denn damit lässt sich jede einzelne Birne an und ausschalten, selbst wenn an der Lampe Strom anliegt.

Es ermöglicht also folgendes:

  • Ambiente: 17 von 19 Lampen leuchten auf ca. 20% Leuchtstärke
  • Außenlicht: 19 von 19 Lampen leuchten auf 100% Leuchtstärke

Vorrausetzung dafür ist lediglich das jede der 19 Lampen eine Fassung hat in die ein ZigBee Leuchtmittel passt (Beispiel: Ikea Tradfri, GU10, E27, E14)

 

Gedanken über Z-Wave

Was passiert aber nun wenn die Haussteuerung ausfällt? Lassen sich die ganzen ZigBee Birnen dann nicht mehr steuern?

Für dieses Problem gibt es auch eine Lösung, nämlich einen Relaisschalter der den Stromkreis der Außenlampen ein und aus Schalten kann und der zusätzlich über einen Standard Wandschalter schaltbar ist. (zbs. Fibaro Relais Switch FGS-223)

Ikea Tradfri ZigBee Birnen reagieren nämlich folgendermaßen:

  • Wird der Strom weggenommen schalten sich alle Birnen aus (klar, der Strom ist ja weg)
  • Wird der Strom aber wieder angeschaltet gehen alle Birnen in den letzten bekannten „AN“ Status zurück. Selbst die Birnen die vorher „AUS“ waren leuchten ab diesem Zeitpunkt also wieder.

Mit dieser Lösung kann ich also meinen Standard Wandschalter (der schon immer die Außenbeleuchtung gesteuert hat) weiterverwenden und trotzdem über die Haussteuerung (zum Beispiel Home Assistant) jede Lampe einzeln dimmen.

 

Automatisation mit Home Assistant

Home Assistant steuert die Ambiente Beleuchtung voll automatisch. Bei Sonnenuntergang wird das Licht eingeschaltet (nur die gewünschten Birnen) und gedimmt. Am späten Abend wird das Licht wieder ausgeschaltet.

Beim auslösen des Alarms werden alle Lichter eingeschaltet und auf 100% Leuchtkraft gedimmt.

Drückt man auf den konventionellen Schalter werden alle Birnen automatisch eingeschaltet, wenn auch in der letzten Dimm-Einstellung.

 

Fibaro Wall Plug FGWPF-102 in Home Assistant einbinden

)Fibaro Wall Plug FGWPF-102

Der Fibaro Wall Plug (FIBEFGWPF-102) ist ein kleiner, unauffälliger Zwischenstecker der nicht nur über Z-Wave geschaltet werden kann sondern auch noch den Stromverbrauch anzeigt.

 

Einbinden des Fibaro Wall Plug FGWPF-102 in das Z-Wave Netzwerk

Nach dem einstecken in eine Steckdose können wir den Wall Plug in unser Z-Wave Netzwerk einbinden.

Dazu den Kontroller in den Anlern-Modus bringen und am Fibaro Wall Plug 3x den kleinen Knopf an der Oberseite drücken.

Der Wall Plug signalisiert den erfolgreichen Anlernprozess über den LED Ring.

 

Neue Entities in Home Assistant

Ich habe das Z-Wave Gerät in „EZ Stehleuchte Steckdose Fibaro fgwpf102“ umbenannt, daher heissen meine neuen Entities folgendermaßen:

zwave.ez_stehleuchte_steckdose_fibaro_fgwpf102
Zeigt den Status des Geräts an

switch.ez_stehleuchte_steckdose_fibaro_fgwpf102_switch
Zeigt den Schaltzustand der Steckdose an, bzw. schaltet die Steckdose

sensor.ez_stehleuchte_steckdose_fibaro_fgwpf102_power
Zeigt den momentanen Verbrauch an der Steckdose an (in Watt)

sensor.ez_stehleuchte_steckdose_fibaro_fgwpf102_energy
Zeigt den gesamten Verbrauch an der Steckdose an (in kWh)

Home Assistant UI

 

 

Übersicht über das anlernen und auslernen eines Z-Wave Gerätes an einen Kontroller

Z-Wave Logo

 

Die meisten Z-Wave Kontroller und Z-Wave Geräte haben unterschiedliche Methoden wie sie in den „inclusion /pair“ (anlern) und „exclusion/unpair“ (auslern) Modus gesetzt werden.

Die Z-Wave Kontroller:

Name Anlernmodus Auslernmodus
Aeon
Z-Stick S2
(DSA02203-ZWUS)
Kurzer Knopfdruck
=> langsames Blinken
Langer Knopfdruck
=> schnelles Blinken

 

Die Z-Wave Geräte:

Name Anlernmodus Auslernmodus
Aeon
Multisensor Gen 5
(ZW074)
1x Knopfdruck 1x Knopfdruck
Fibaro
Double Switch 2
(FGS-2×3)
3x schneller Knopfdruck auf S1 3x schneller Knopfdruck auf S1
Fibaro
Universalsensor
(FBGS-001)
3x schneller Knopfdruck 3x schneller Knopfdruck
Fibaro
Wall Plug
(FGWPF-102)
3x schneller Knopfdruck 3x schneller Knopfdruck

Fibaro Double Switch 2 FGS-223 in Home Assistant einbinden

 

Fibaro Double Switch 2

Der Fibaro Double Switch 2 (FIBEFGS-223) ist ein kleines Relay mit dem zwei Stromkreise über konventionelle Schalter und Z-Wave geschaltet werden können.

Zusätzlich misst das kleine Gerät den Strom in Watt und kWh und gibt diese Informationen an Home Assistant weiter.

Anschluß des Fibaro Double Switch 2

Der Anschluß ist recht simple: (bei diesen Arbeiten immer vorher den Strom abstellen!)

  • L = Phase (meist braun)
  • N = Neutral (meist blau)
  • Q1 = Erster Stromkreis der geschaltet werden soll
  • Q2 = Zweiter Stromkreis der geschaltet werden soll
  • S1 = Erster Schalter
  • S2 = Zweiter Schalter

Die Schalter können auf durch Taster ersetzt werden, hierfür muss allerdings eine Konfiguration über Z-Wave erfolgen.

Beispiel in eine Schaltkasten: (Die Kabelfarben bei S1 und S2 sind nicht den Regeln entsprechend, daher bitte nicht darauf achten)

Fibaro Double Switch 2 im Schaltkasten

 

Einlernen des Switches

Um den Switch zu pairen drücken wir den Knopf auf dem Aeon Z-Stick ein mal kurz (Der Stick fängt an langsam zu blinken)

Nun Drücken wir 3x schnell hintereinander den Schalter an S1 des Fibaro Double Switch 2.

Der Z-Stick bestätigt nun das Einlernen durch eine Unterbrechung des Blinken.

Nachdem der Stick wieder in den Raspberry Pi gesteckt wurde muss Home Assistant zweimal neu gestartet werden, um alle Entities mit korrekten Namen anzuzeigen.

Neue Entities

Folgende Entities werden nun, unter Anderen, in Home Assistant angezeigt:

Zwei für die Schalter:

  • switch.fibaro_system_fgs223_double_relay_switch_6_0
  • switch.fibaro_system_fgs223_double_relay_switch_6_0_2

Zwei für den aktuellen Stromverbrauch in Watt:

  • sensor.fibaro_system_fgs223_double_relay_power_6_8
  • sensor.fibaro_system_fgs223_double_relay_power_6_8_2

Zwei für den Gesamtverbrauch in kWh:

  • sensor.fibaro_system_fgs223_double_relay_energy_6_0
  • sensor.fibaro_system_fgs223_double_relay_energy_6_0_2

 

Egal wie man nun das Relay auslöst (ob per Schalter oder via Home Assistant) der Status wird in Home Assistant angezeigt und kann auch für Automatismen benutzt werden. Es sind keine weiteren Einstellungen nötig!

 

Fazit:

Meiner Meinung nach ist der Fibaro Double Switch 2 (FGS-223) wirklich empfehlenswert, da man für 45€ ein sehr einfach zu integrierendes und voll funktionierendes Z-Wave Produkt bekommt. Mit dem Konkurrenz Produkt von Philio (PAN04-1b) hatte ich in der Hinsicht weniger Glück.

Aeon Z-Stick – mit Home Assistant Z-Wave Geräte verwalten

In der Z-Wave Welt ist es nicht immer ganz einfach neue Geräte zu verwalten, da es hierfür keine einheitliche Spezifikation gibt. Dieser Blogeintrag soll ein bisschen Licht in die grundlegende Funktionen der Geräteverwaltung in einem Z-Wave Netzwerk bringen.

 

Wichtig sind hierbei zwei Begriffe:

Z-Wave Controller: Das ist der Aeon Labs Z-Stick S2
oder ein anderes Gerät das ein Z-Wave Netzwerk kontrolliert

Z-Wave Gerät: Das kann jeder Sensor oder Aktor sein, den man einbinden möchte

 

Um ein Z-Wave Gerät zu nutzen muss es also immer an den Controller angelernt werden. Die zwei lernen sich also kennen um zu Kommunizieren.

Ein Gerät kann natürlich auch entfernt werden oder im schlimmsten fall sogar ausfallen.

Was dann zu tun ist habe ich in vier einfachen Punkten beschrieben:

 

Neues Gerät anlernen mit dem Aeon Z-Stick

  • USB Stick entfernen
  • 1x kurz drücken am Stick
  • Erfolgreich: Langsames Blinken (Anlernmodus aktiv)
  • Am Gerät drücken (Anleitung beachten)
  • Erfolgreich: Z-Stick blinkt kurz schnell, dann kurz durchgängig.
  • USB Stick einstecken, Home Assistant neu starten

 

Bekanntes Gerät entfernen mit dem Aeon Z-Stick

  • USB Stick entfernen
  • 2 Sekunden gedrückt halten am Stick
  • Erfolgreich: Schnelles Blinken (Entfernmodus aktiv)
  • Am Gerät drücken (Anleitung beachten)
  • Erfolgreich: Z-Stick leuchtet kurz durchgängig.
  • USB Stick einstecken, Home Assistant neu starten

 

Totes Z-Wave Gerät aus Home Assistant entfernen

Sollte ein Z-Wave Gerät nicht antworten wird dies in Home Assistant angezeigt.

Um das Gerät zu entfernen kann ein „Remove Node“ gemacht werden. Dazu wählt man im „Z-Wave Manager“ die entsprechende „Node“ aus und klickt auf „Remove Failed Node“.

Home Asisstent UI Z-Wave Nodes

 

Z-Wave Gerät Reset

Wird ein Z-Wave Gerät nicht mehr benötigt oder verkauft, kann man es vorher resetten.

Dazu wird kein Controller benötigt. Jedoch ist es bei jedem Gerät unterschiedlich wie man einen Reset ausführt.

Beispiel:

Philio PHIEPAN04-1B: Knopf 3x innerhalb von 1,5 Sekunden drücken, danach sofort noch einmal 1x für 5 Sekunden halten bis das Licht ausgeht.

Fibaro Double Switch 2: 3x S1 drücken

Aeon Multisensor Gen5 mit Z-Wave Plus

Aeon Multisensor Gen5

Der Aeon Multi Sensor Gen5 von „Aeon“ ist ein Z-Wave Plus Produkt, das folgende Sensordaten liefert:

  • Temperatur
  • Helligkeit
  • Luftfeuchtigkeit
  • Bewegung

Ein großer Vorteil an diesem Sensor ist das er auch mit einem USB Netzteil (5V) Betrieben werden kann. Man ist also nicht auf Batterien angewiesen. Gerade bei häufiger Übertragung der Sensordaten ist das ein großer Vorteil.

Angelernt wir der Sensor am besten mit einem Aeon Labs Z-Stick S2.

Knopf drücken auf dem Stick und danach Knopf drücken auf dem Sensor und schon sind die Geräte verbunden.

Home Assistant zeigt nicht nur die eigentlichen Sensordaten an sondern auch eine allgemeine Information über das Gerät und seinen Status:

Home Assistant UI

 

Konfigurieren der Übertragungsrate des Aeon Multisensor 

Die Übertragung der Sensordaten ist sehr sporadisch. Ich vermute die Daten werden nur zu Home Assistant übertragen wenn eine Bewegung lokalisiert wird.

Diesem Problem kann man aber Abhilfe schaffen, indem man den Sensor an ein Netzteil anschließt und die Übertragungsrate auf 60 Sekunden konfiguriert.

Dazu wählt man das Gerät im Z-Wave Manager von Home Assistent aus:

Home Asisstent UI Z-Wave Nodes

Und setzt folgende Konfigurationen:

Home Asisstent UI Z-Wave Config

„Group 1 Reports“ = 225
„Group 1 Intervall“ = 60

Somit überträgt der Sensor alle 60 Sekunden die kompletten Sensorwerte.

Kontrollieren kann man das in der Haupt-Entity des Gerätes im Wert „sendTS“.

 

Abus Terxon SX/MX Alarmanlage an Home Assistent anbinden

Eine der beliebtesten Alarmanlagen für den Privatgebrauch sind die Abus Terxon SX und MX. Der Grund ist das sie nicht nur relativ günstig sind sondern auch äußerst zuverlässig.

In diesem Tutorial zeige ich wie man eine ABUS Terxon SX/MX per Z-Wave an Home Assistant anbindet und folgende Informationen überträgt:

  • Alarmanlage scharf
  • Alarmanlage ausgelöst

 

Die Grundlagen

Wenn wir davon aus gehen das unser Home Assistant Z-Wave bereits unterstützt benötigen wir noch zusätzlich folgende Dinge:

Die ABUS Terxon hat 8 zusätzliche Transistorausgänge. Diese können aber nicht direkt an den Fibaro Universalsensor angeschlossen werden. Dazwischen muss ein Relais das von den Transistorausgängen geschaltet wird und dem Universalsensor das 0 oder 1 liefert.

 

Die Verkabelung

Zuerst verbindet man die ABUS Relaisplatine mit dem ABUS Terxon Mainboard der Alarmanlage:

Abus Terxon Relaisplatine

Nun verbinden wir den Fibaro Sensor mit der Relaisplatine:

Fibaro Universalrelais

Anschluss Kabel Kabelfarbe Wohin
Fibaro Sensor Rot (DC) Fibaro Rot Zu Netzteil 12V AUX
Fibaro Sensor Blau (GND) Fibaro Blau Zu Netzteil 0V
Fibaro Sensor Blau (GND) Fibaro Blau Zu Relaismodul (AZ4140) – CHAN 1 – C
Fibaro Sensor Blau (GND) Fibaro Blau Zu Relaismodul (AZ4140) – CHAN 2 – C
Fibaro Sensor Gelb Fibaro Gelb Zu Relaismodul (AZ4140) – CHAN 1 – NO
Fibaro Sensor Grün Fibaro Grün Zu Relaismodul (AZ4140) – CHAN 2 – NO

 

Das sieht dann so aus:

Abus Terxon mit Z-Wave verkabelung

Da mir die ABUS Relaisplatine zu teuer war habe ich mir eine 2-Kanal Relaisplatine selber gebaut (Kosten 3,68 €)

 

Programmierung der Abus Terxon

Nun müssen die „Zusätzlichen Ausgänge“ der Alarmanlage programmiert werden.

 

Der Schaltausgang soll nicht invertiert werden:

Errichtermenü -> Parameter 159 -> 00

 

CHAN1 auf Signalisierung Zustand „Scharf“:

Errichtermenü -> Parameter 151 -> 13 (Aktiv folgend)

 

CHAN2 auf Signalisierung Zustand „Alarm“:

Errichtermenü -> Parameter 152 -> 03 (Einbruch folgend)

 

Fibaro Sensor an Home Assistant anlernen

Das anlernen des Fibaro Sensors funktioniert wie gewohnt.

1x drücken auf den Z-Wave Stick

3x drücken auf den Fibaro Sensor

und schon sollte das anlernen geklappt haben.

 

Konfiguration von Home Assistant

Nach einem Neustart von Home Assistant wird der Fibaro Sensor mit drei neuen Entities angezeigt. Zwei davon sind die eigentlichen Binäreingänge: (hier Node 4)

Nun können sie „customized“ werden:

# Example from configuration.yaml 
binary_sensor.fibaro_system_fgbs001_universal_binary_sensor_sensor_4_0:
  friendly_name: Alarmanlage Scharf
  icon: mdi:lock
binary_sensor.fibaro_system_fgbs001_universal_binary_sensor_sensor_4_0_2:
  friendly_name: Alarm ausgelöst
  icon: mdi:alarm-light

Und natürlich auch innerhalb einer Gruppe angezeigt:

# Example from configuration.yaml
Group_Alarmanlage:
  name: Alarmanlage
  entities:
    - binary_sensor.fibaro_system_fgbs001_universal_binary_sensor_sensor_4_0
    - binary_sensor.fibaro_system_fgbs001_universal_binary_sensor_sensor_4_0_2

Z-Wave Geräte einbinden

Nachdem die Z-Wave Komponente in Home Assistant eingerichtet ist können Z-Wave Geräte gekoppelt und genutzt werden.

Am einfachsten geht das wenn man einen aktiven Z-Wave USB Stick hat, wie zum Beispiel den „Aeon Z-Stick S2 oder Gen5“.

Z-Wave Aeon Z-Stick Gen5

USB-Stick mit Z-Wave Gerät Verbinden

Um mit diesem Stick ein Z-Wave Gerät zu verbinden reicht es ihn aus dem USB-Port zu ziehen und auf den Knopf zu drücken.

Im Verbindungs-Modus blinkt der Knopf langsam.

Nun haltet ihr das anzulernende Z-Wave Gerät an den USB-Stick und drück dort auch den Knopf zum verbinden. (In der Anleitung des jeweiligen Gerätes steht ob der Knopf nur einmal oder eventuell mehrmals gedrückt werden muss)

Der USB-Stick bestätigt die Verbindung mit einem kurzen schnellen Blinken.

Danach kann man den Modus wieder deaktivieren, in dem man den Knopf auf dem USB-Stick nochmals drückt. Der Stick hört auf zu leuchten.

Nun ist das neue Gerät im Stick gespeichert.

 

Neue Entities in Home Assistant anzeigen

Um mit Home Assistant darauf zugreifen zu können steckt ihr den USB-Stick wieder an und startet Home Assistant neu.

Danach ist der neue Sensor in den Entities der WebUI zu finden.

Home Assistant Entities

Wenn es ein Multisensor ist wird für jeden Sensor eine eigene Entity angezeigt. der gesamte Sensor an sich bekommt auch eine Entity in der die Verbindungsdaten und der Status des Gerätes angezeigt wird.

 

Z-Wave in Home Assistant einrichten

Z-Wave ist ein sehr beliebtes Funkprotokoll für die Haussteuerung. Das liegt zum einen an dem Rückkanal, mit dessen Hilfe das Gerät seinen Status zur Haussteuerung senden kann, und zum zweiten an dem Mesh-Netzwerk, bei dem jedes Z-Wave Gerät als Repeater fungiert.

Trotzdem ist Z-Wave kein perfektes System, denn auch hier gibt es Inkompatibilitäten zwischen Sendern und Empfänger verschiedener Hersteller.

Momentan gibt es zwei Z-Wave Standards: Z-Wave und Z-Wave Plus. Beide Standards sind kompatibel zueinander und funktionieren ohne Probleme mit Home Assistant.

 

Wie funkt Home Assistant mit Z-Wave Geräten?

Um das zu ermöglichen benötigen wir einen USB-Stick der Z-Wave fähig ist. Dieser muss von OpenZwave unterstützt werden.

Ich empfehle einen aktiven Stick zu kaufen. Zum Beispiel den „Aeon Z-Stick S2“ (Z-Wave) oder „Aeon Z-Stick Gen5“ (Z-Wave Plus).

Aktive Z-Wave Sticks fungieren als eigenständiges Gateway für Home Assistant. Man lernt also das Z-Wave Gerät (zum Beispiel einen Temperatursensor) an dem USB Stick an und nachdem man den Stick wieder mit dem Raspberry Pi verbunden hat, kann Home Assistant die Daten abrufen und den Stick benutzen.

 

Was wir brauchen um Z-Wave in Home Assistant einzubinden

Aeon Sensoren

  • Raspberry Pi mit Home Assistant Installation
  • Aeon Z-Stick S2 oder Gen5
  • Z-Wave Sensoren oder Aktoren (Auf dem Bild sind zwei „Aeon Multi Sensor Gen5“)

Als Set gibt es das hier.

Die Installation

Wir verbinden uns via SSH auf den Raspberry Pi und kontrollieren ob „libudev-dev“ in der neuesten Version installiert ist:

$ sudo apt-get install libudev-dev

Der Output sollte so aussehen:

Linux libudev

 

Die Konfiguration

Nun lassen wir uns die belegten Port des Raspberry Pi anzeigen, um den USB Port mit dem angeschlossenen Z-Wave Stick zu finden:

$ dir /dev

Linux USB

Die USB Ports sind mit „ttyUSB*“ oder „ttyACM*“ gekennzeichnet.

In unserem Beispiel ist es „ttyUSB0“.

Wir öffnen also die „configuration.yaml“ und tragen dort folgende Komponente mit dem USB Pfad ein:

# Example configuration.yaml entry
zwave:
  usb_path:/dev/ttyUSB0

Z-Wave in Home Assistant

 

Raspberry Pi Neustart

Beim ersten Neustart mit der angepassten „Configuration.yaml“ wird „OpenZWave“ automatisch installiert. Das kann sehr lange dauern (Bei mir ca. 1 Stunde).

Um den Installationsprozess zu überwachen, können wir uns mit dem folgendem Command die Prozesse auf dem Raspberry Pi anschauen:

$ top

Linux top

Der Installationsprozess nennt sich COMMAND = cc1plus.

Nach dem Neustart ist im Menu der WebUI eine neue Rubrik „Z-Wave“ sichtbar.