Intelligent soll er werden

Smart-Home war schon immer meine Welt und so war schnell klar, dass es auch hier in diese Richtung gehen soll.

Aber wieso Smart? #

Was für mich von anfang an klar war, ist für viele nicht verständlich. Ist es nur eine Spielerei oder gibt es doch irgendwo einen Mehrwert? Was ist dieses Smart überhaupt?

Was es NICHT ist #

Smart heisst nicht, dass es eine Handy-App gibt oder, dass es nur noch über Sprachassistenten oder Touch-Screens bedient werden soll. Und Smart ist es ganz bestimmt nicht, wenn man x verschiedene Systeme hat, die alle über ein eigenes Protokoll, eine eigene App und ohne herstellerübergreifende Kommunikation daherkommen.

Was ist denn nun Smart? #

Smart heisst, dass die verschiedenen Geräte miteinander kommunizieren. Eine Heizung, die ausschaltet, wenn die Türen zu lange offen sind oder eine Lüftung, die automatisch einschaltet, wenn es zu warm ist im Van und draussen kühler.

Für mich ist Smart auch, dass ich immer und von überall her Zugang zum Status des Vans habe. Die ist der Batteriestand und die Innentemperatur? Wie sieht es mit den Wassertanks aus und kommt Energie von den Solar-Panels rein? Einerseits befriedigt das meine Neugier, aber es gibt auch einen echten Mehrwert, wenn man weiss, was einem erwartet, wenn man dann in den Van kommt.

Smart heisst auch Automatismen. Also Licht, das einschaltet, wenn man die Schiebetüre am Abend öffnet. Eine Lüftung, die selbstständig einschaltet, wenn die Luftfeuchtigkeit zu hoch ist oder die Innentemperatur zu hoch ist (und höher als die Aussentemperatur). Aber es geht weiter als nur Licht und Lüftung. Eine Dieselheizung sollte über Nacht auf minimaler Stufe laufen, da reichen auch 16°C im Innenraum aber am Morgen darf der Innenraum gerne wieder 21°C haben, wenn man aufsteht.

Auch das Sparen von Ressourcen ist Smart. Wieso also Energie vom Landanschluss beziehen, wenn die Solar-Panels auch Energie liefern? Eine intelligente Lösung kann das Laden ab Landstrom unterbinden, solange genügend Sonne vorhanden ist. Und wenn dann doch Landstrom bezogen werden muss, so kann das zu Niedertarif-Zeiten geschehen. Eine Heizung kann elektrisch betrieben werden, solange Landstom vorhanden ist und sobald der abgehängt wird, wird auf Diesel gewechselt. Und was machen mit überschüssiger Energie? Die Akkus sind voll aber die Solar-Panels liefern gut Energie? Eine Smarte Lösung könnte die Energie nutzen um die Starterbatterie zu laden oder Warmwasser aufzuwärmen.

Die Basics #

Durch den Hausbau habe ich viel über KNX gelernt und dieses System auch zu schätzen gelernt. Aber KNX eignet sich nicht für einen Van mit einem DC Boardnetz und den ganz anderen Anforderungen an angeschlossene Geräte. Es gab ein paar Ideen im Internet und langsam begannen auf dem Markt Angebote für intelligente Wohnmobil-Technik aufzutauchen. Aber nichts davon erfüllte meine Wünsche (oder Budget).

So begann ich dann meine eigene Implementation, basierend auf den Ideen von KNX für einen Van. Die Basics waren schnell klar:

• Gleichberechtigte Geräte an einem gemeinsamen Bus (wie KNX).
• Kein Master, der bei einem Ausfall alles lahmlegt.
• Kabelgebunden – ich mag kein Wireless für die zentrale Basis-Infrastruktur.
• Ein robustes Backend mit Gateways und Interfaces zu anderen Systemen.

CAN-Bus als Basis #

Schnell war klar, dass es ein CAN-Bus werden wird. Robust, weit verbreitet im Automobilumfeld und breite Unterstützung bei Mikrocontrollern.

Aber sollte ich das wirklich auf mich nehmen? Alle Sensoren und Aktoren selber entwickeln? Alle Geräte selber bauen? Ich war lange unsicher, entschied mich dann aber dafür aus mehreren Gründen:

• Ich habe keinen Zeitdruck.
• Genaugenommen bin ich sogar froh, dass ich eine Beschäftigung habe, bis ich loslegen kann.
• Der Van soll auch meine Hobbies (Smart-Home und Elektronik) erlauben.
• CAN hat mich schon immer interessiert, endlich einen Grund die Konzepte zu lernen.

Multi-Layer Architektur #

Wie auch im Smart-Home soll die ganze Anlage auf mehreren Ebenen laufen.

• Die unterste Ebene ist der CAN-Bus, die zentrale Austauschplatform für Nachrichten zwischen den Geräten. Die grundlegende Logik wie das Einschalten von Licht beim Tastendruck, sowie manuelle Steuerungen über Bedienelemente soll direkt über CAN funktionieren – wie das auch bei KNX gegeben ist.
• Die zweite Ebene sind die diversen Schnittstellen. Das ist eine Schnittstelle zur ganzen Elektroinstallation wie MPPT Laderegler, DC/DC Laderegler, Inverter, Landstrom Ladegerät und Hochstrom-Verteiler. Von diesen Dingen lass ich die Finger, die werde ich fertig kaufen und integrieren. Eine weitere Schnittstelle geht zu der Heizung (und möglicherweise Klimaanlage). Hier werden auch gerne Bus-Systeme eingesetzt wie zum Beispiel der LIN-Bus und das Internet hat Unmengen Dokumentationen dazu, wie das integriert werden kann. Zuletzt soll auch noch eine LoRa-Schnittstelle her um lokalen Datenaustausch mit dem Van zu ermöglichen, solange ich in der Nähe bin.
  Diese Schnittstellen bieten einen echten Mehrwert für die Geräte am CAN-Bus und erlauben auch CAN-Steuerelemente mit der Heizung Informationen auszutauschen. Trotzdem ist diese Ebene nicht mehr essenziell. Die Basis-Funktionen sind ohne diese Schnittstellen jederzeit nutzbar, wenn auch nicht so komfortabel.
• Die High-Level-Steuerung soll, wie auch bereits Zuhause, über Home-Assistant gehen. Darin findet die Visualisierung und Auswertung statt sowie der Remote-Zugang übers Internet. Erweitere Funktionen wie beispielsweise das Wecken über Temperaturanstieg, Licht-Szenen und das Musik-System finden über diese Ebene statt. Essenziell ist aber, dass alle Grundfunktionen auch ohne Home-Assistant jederzeit funktionieren.

Die Basis ist CAN, kabelgebunden und robust. Somit ist der Betrieb sichergestellt. Die höheren Ebenen bieten einen Mehrwert, erweiterte Funktionen, die den Komfort erhöhen. Falls diese Komponenten aber irgendwann ein Problem haben, sind sie nicht essenziell.

Erste Schritte (noch ohne Van) #

Bald schon hatte ich eine ziemlich genaue Idee, wie die Kommunikation über den CAN-Bus aussehen soll. Aber wie diese Systeme aufbauen, ohne einen Van? Schnell war klar, ich will mein Home-Office in diese Richtung aufmotzen und wenige Wochen später lag ein unscheinbares schwarzes Kabel auf meinem Pult auf dem CAN-Nachrichten ausgetauscht wurden.

Um die Architektur weiterzuentwickeln brauche ich Nutzdaten auf dem Bus. So wurde die erste Komponente ein bidirektionaler KNX-CAN Gateway. Vorausschauend für die Integration in einen Van ist der Gateway zweigeteilt. Der erste Teil hängt am KNX und verbindet über ESP-NOW auf den zweiten Teil, der am CAN-Bus hängt. Es vergingen wieder einige Wochen bis der Gateway nicht nur Daten übermittelte sondern auch halbwegs sauber implementiert war.

Es wurde Sommer 2024 bis ich endlich einen ersten Taster am CAN-Bus hatte und begann die Software-Architektur zu entwickeln. Ich hatte keinen Zeitdruck und machte nur weiter, wenn ich auch die nötige Motivation hatte. Neben Noah, Floppy und Job blieb nicht viel Zeit.

Erste Geräte #

Ein Beleuchtungs-Controller, ein Sensor-Board, ein Aktor für geschaltete Stromkreise und natürlich ein Bedien-Teil – Ideen sind viele da… Aber bisher sind das alles nur Ideen.

Übersichtsplan #

Oh es kommen viele Dinge zusammen. Aber das passt so für mich. Nicht alles muss in der ersten Minute funktionieren aber es ist immer gut einen Plan zu haben.

Aufmerksame Leser sehen hier schon viele weitere Features und einzelne Hersteller- und Gerätebezeichnungen. Nichts davon ist in Stein gemeisselt und diverse Dinge werden bei den ersten Reisen noch fehlen. Der Plan hat aus meiner Sicht eine grosse Schwachstelle und das ist die Verbindung der Hochstrom-Komponenten auf den CAN-Bus. Diese Verbindung ist nicht direkt sondern über zwei verschiedene Schnittstellen – nicht, was ich mir wünsche aber derzeit sehe ich keine Lösung das zu umgehen.