Smart Home System

Ein Unterrichtsprojekt der Klasse EG7A im Lernfeld 9

Die App auf dem Smartphone
Im Rahmen unseres Unterrichts im Lernfeld 9 der Klasse EG7A führten wir im Herbst 2019 ein Smart Home Projekt durch, welches die technische Realisierung einer Hausautomation unter Einbezug von Mikrocontroller und Sensoren für Temperatur, Licht, Video und Bewegung sowie Aktoren für Türöffner, Beleuchtung und Beheizung darstellt. Hierbei lernten wir die Bauteile, sowie die Einstellungen und die Benutzung der dazugehörigen App kennen.

Smart Home bezeichnet technische Verfahren und Systeme in Wohnräumen die vernetzt und fernsteuerbar automatisierbare Abläufe realisieren. Hierzu zählt u.a. die Vernetzung von Haustechnik und Haushaltsgeräten (z. B. Lichtquellen, Jalousien, Heizung). Smart Home Systeme besitzen eine eigene Programmierschnittstelle, die auch via Internet z.B. mit dem Smartphone angesprochen bzw. gesteuert werden.

Die verwendeten Komponenten müssen alle per Funktechnik miteinander, der Controller und die Kameras zusätzlich auch mit dem Netzwerk und somit mit dem Internet verbunden sein. Mit Hilfe der Smart Home App bzw. der Twist Fernbedienung können die einzelnen Geräte gesteuert und bedient werden. Jedes Bauteil hat einen QR-Code, der gescannt wird, um den Sensor oder Aktor mit dem Controller zu verbinden. Mit Hilfe des Twists können Aktoren und Sensoren geschaltet und gesteuert werden. Ebenso ist es mit dem Bedienmodul möglich, die gespeicherten Szenarien zu aktivieren.

Die Komponenten

Mit Hilfe des Twist können Aktoren und Sensoren geschaltet und gesteuert werden. Ebenso ist es mit dem Bedienmodul möglich, die gespeicherten Szenarien zu aktivieren.

Es gibt eine Kamera für den Innen- und eine für den Außenbereich. Diese werden über einen Bewegungsmelder gesteuert. Bei einer Bewegung schickt der Controller eine Benachrichtigung an das Smartphone, auch wenn dieses nicht vor Ort im WLAN ist. Auch ist eine Bildübertragung auf das Smartphone möglich.
Es wurde ein Fenster mit elektrischem Rollladen im Unterrichtsraum montiert. Dieser kann über App oder Taster am Fenster gesteuert werden.
Da keine „echte“ Heizung angesteuert werden kann, wurde mit Hilfe eines Arduino Mikrocontrollers eine Simulationseinheit gebaut. Über eine LED-Steuerung wird die Heizung fiktiv dargestellt, wenn geheizt wird, blinken roten LEDs, wenn der Heizkörper nicht aktiv ist, blinken blaue LEDs. So kann eine einstellbare, zeitgesteuerte Temperaturerkennung im Zusammenspiel mit einem Tür-/Fensterkontakt dargestellt werden. Beim Lüften kann man die Heiztemperatur absenken, um Energie zu sparen.
Der Fensterkontakt erkennt, ob die Tür oder das Fenster offen oder geschlossen sind und löst bei unbefugtem Öffnen Alarm aus. Außerdem kann er veranlassen, dass der Heizkörper automatisch heruntergeregelt wird.
Es gibt einen Bewegungsmelder. Er hat drei Zusatzfunktionen:
  • Diebstahlschutz: Bei Diebstahl des Melders, wird ein Signal ausgesendet, welches zum Alarm führt.

  • Haustiererkennung: Man kann am Melder einstellen, dass kleine Tiere bis 25 kg erfasst werden, aber es zu keinem Alarm kommt.

  • Unterkriechschutz: Bei diesem Schutz wird der Bereich unter dem Melder gescannt, um Personen zu erkennen. Dabei ist die Haustiererkennung deaktiviert.

Der Rauchwarnmelder ist mit Hilfe des Smart Home Controllers verbunden. Er ist sowohl Rauchmelder als auch Sirene. Sobald in einem Raum Feuer erkannt wird, alarmiert dieser Melder akustisch und auf dem Smartphone.
Mit der Lichtsteuerung kann man folgende Schaltungen realisieren: Ausschaltung, Wechselschaltung und Kreuzschaltung. Außerdem ist eine Steuerung über die App möglich.
Ein Zwischenstecker dient zum Ein- und Ausschalten von Elektrogeräten über die App oder direkt am Gerät selbst. Auch misst er den Energieverbrauch der angeschlossenen Elektrogeräte und verfügt über eine Kindersicherung.

Originalbild
Schüler der Klasse EG7A mit betreuendendem Lehrer Andreas Hinkel und Abteilungsleiter Elektrotechnik Thorsten Pfeifer

Szenarien

Als nächstes erstellten wir gemeinsam als Klasse mögliche Szenarien für verschiedene Zustände im Haus. Zum Beispiel „Nach Hause kommen“, „Aufstehen“, „Haus verlassen“, oder „Schlafen“.
Beispielhaft sei das Szenario „Nach Hause kommen“ genannt: Dabei wird der Rollladen zwischen 6 und 20 Uhr hochgefahren, das Licht geht an, sobald der Bewegungsmelder aktiviert wird. Es wird kein Alarm vom Bewegungsmelder auf dem Smartphone angezeigt, der Steckdosenzwischenstecker und die Heizung starten selbstständig.

Dokumentation

Für alle Komponenten mussten eigene Datenblätter erstellt, die Einstellungen und Bedienung der App mit Screenshots dokumentiert und die verschiedenen Szenarien in Tabellenform als Dokumentation erstellt werden.

Eigene Meinung

Das Smart Home System ist in der heutigen Zeit eine sehr praktische Möglichkeit sein Haus komfortabel zu automatisieren und Energie zu sparen.
Einer der Hauptfaktoren warum das System nicht in jeden Haushalt realisierbar ist, sind die dazu gehörige Elektroinstallation und die allgemeinen hohen Kosten für das System.
Nachteile dieses Systems sind, dass durch Störsender die Funktechnik gestört werden kann und viele Komponenten mit Batterien betrieben werden und hierdurch Wartungsarbeiten anfallen. Auch der Umweltaspekt spielt hierbei eine größere Rolle.
Wir als Schüler fanden den Unterricht mit dem Smart Home System informativ, lehrreich, spannend und praxisnah. Da wir als Elektroniker für Gebäude- und Infrastruktursysteme mit solchen Systemen umgehen müssen, kann uns das Projekt auch im beruflichen Alltag weiterbringen. Leider konnte immer nur ein Schüler mit seinem Smartphone das Gerät administrieren, sodass hierbei nicht jeder Schüler sich mit der App vertraut machen konnte. Die Bedienung der App wurde allen Schülern und dem Lehrer am Ende der Unterrichtseinheit von einem der Mitschüler vorgeführt, damit jeder die Einstellmöglichkeiten der App kennengelernt hat.

Wir haben das System im Raum W621 unserer Schule fest installiert, sodass auch andere Klassen damit arbeiten können.