DIY home automation over bedraad ethernet

[mhemeryck]

Achtergrond: voor een eigen nieuwbouwproject ga ik zelf de elektriciteitswerken voorzien (timing: zomer 2018). In aanloop daarvan heb ik al redelijk wat gezocht op verschillende types van domotica (o.a. op dit forum).

Mijn eerste insteek was:
* open standaarden: nergens vendor lock-in
* makkelijk tegen te programmeren: aangezien ik zelf SW dev doe, wou ik achteraf wel aanpassingen (kunnen) doen
* bedraad: aangezien het nieuwbouw is, kan ik / wil ik dit voorzien

Ik heb eerst lang gekeken naar KNX, aangezien het een open standaard met verschillende fabrikanten die het ondersteunen maar:
* programmeren: absoluut niet evident aangezien je een licentie moet hebben en dan nog is het enkel met 1 (windows; heb ik zelf niet meer) tool mogelijk
* kostprijs: nogal aan de hoge kant

Daarbij zie ik dat de huidige IoT trend er 1 is van meer en meer fabrikanten die zelf een eigen versie van home automation aanbieden (Phillips, IKEA nog recent, ...). Deze oplossingen zijn quasi altijd wel draadloos en maken het niet direct mogelijk om over verschillende toepassingen te automatiseren. Wel zie ik een evolutie naar gedeelde open standaarden (MQTT / COAP ...).

Aan de software-kant ben ik uitgekomen op home assistant (https://home-assistant.io/) die feitelijk een integratie van alle deze producten mogelijk maakt.

De voornaamste vraag waar ik nu nog mee zit is hoe ik toch best een bedrade oplossing kan uitwerken.

De huidige oplossing waar ik aan denk is het volgende:
* SW: home assistant met MQTT broker op LAN (met evt. proxy in de cloud voor remote access)
* sensors / actuators: ESP32 (opvolger ESP8266 met ethernet capability) + ethernet jack + PoE 48V power + drukknoppen + relay
* wiring: aangezien PoE, overal ethernet voorzien

Ik heb zelf al een prototype uitgeprobeerd met een arduino uno + ethernet shield PoE; in home assistant worden dat dan MQTT switches en MQTT lights

Voordelen die ik zie:
* modulair, gedistribueerd systeem
* modules zelf kunnen volledig naar wens aangepast worden
* ethernet: bekabeling kan via "standaard" PoE ethernet equipment gedaan worden

Nadelen:
* module design: prototype lijkt me redelijk te werken, maar de stap naar een volledig afgewerkt systeem (idealiter custom PCB) kan wel eens (onrealistisch) moeilijk worden
* ethernet wiring: aangezien het voor ieder stopcontact / schakelaar zou zijn, wordt dit wel redelijk complex.

Als alternatief ben ik nu ook aan het denken aan centrale Raspberry PI (of gelijkaardig) om de sensors / actuators te controleren ...

Ik besef dat het idee mogelijk wat overdreven kan lijken, maar aangezien ik al een tijdje hier alleen over aan het doormalen was, wou ik hier wat andere meningen over sprokkelen

[balk]

HASS is uiteraard een uitstekende keus voor iemand die niet vies is van knutselen en wat programmeren. Bedraad lijkt me echter niet altijd de meest logische keuze, al is POE wel een mooie natuurlijk. ESP32 is nog niet zo ingeburgerd als ESP8266 volgens mij (of ik leef onder een steen). Je komt dan ook met kilometers CAT cable in je huis wat natuurlijk ook niet helemaal gratis is en waarschijnlijk overkill voor 95% van de use cases. Een MQTT topic neemt niet zo veel bandbreedte.

Ikzelf gebruik Z-Wave dimmers achter een traditioneel ogende lichtschakelaar en ESP's voor wat losse sensoren en enkele Sonoffs voor plekken waar het oog niet zo veel wensen heeft. Maar goed, ik was niet in de gelegenheid om vanuit elke lichtschakelaar een pijpje te trekken naar een centraal punt, dus ik moest wel draadloos. In dit twee jaar oude artikel staat wel wat interessant materiaal.

[NBK]

Vanuit de groepenkast loze leidingen laten leggen richting de posities van de stopcontacten om extra schakeldraden te kunnen trekken waarmee je geschakelde stopcontacten kan maken. Of alleen een extra loze leiding naar de centraaldozen en vandaaruit via gewone leidingen naar de WCD's.
In de groepenkast kun je dan met magneetschakelaars of dimmers gaan schakelen. Liefst iets met solid-state om energieverliezen zo laag mogelijk te houden. Magneetschakelaars verbruiken best veel energie namelijk.
In de groepenkast gewoon een 24VDC dinrail voeding plaatsen voor de stuurstroom en voeding voor eventuele IO-modules. Er zijn zat standaard ethernet relais bordjes te vinden.
Leidingen vanaf de schakelaars ook gewoon richting de groepenkast uitvoeren. Daar kun je dan ook nog ethernet met digitale input modules plaatsen. Bedrading via 4x0.8 oid. Verder gewoon zo standaard mogelijk schakelmateriaal gebruiken. Wel de pulsdruk uitvoering dan.
Via domoticz oid kun je die etheret inputs aan de outputs koppelen en bedienen.
PoE vergeten voor actuatoren en inputs. Zwakstroom draden mogen niet bij de 230V draden in de leidingen dus je zult toch met extra leidingen aan de gang moeten. Dus waarom moeilijk doen met dure PoE printjes.
Wel nadenken over extra loze leidingen richting je gordijnen, dakramen, hoeken van je kamers voor bewegingssensoren, rookmelders, thermostaat, radiatoren/verdeelstukken vloerverwarming. Leidingen voor dolby surround etc. Weersomstandigheden buiten zijn ook interessant. Denk aan regen voor de dakramen of buitentemperatuur voor verwarming of koeling.
Wijk niet teveel af van standaard materiaal. Dat maakt reparaties in de toekomst duur/onmogelijk en maakt in het ergste geval je huis onverkoopbaar. Meestal wil de koper helemaal niet van die technische snufjes die ze zelf niet begrijpen.

[ Voor 5% gewijzigd door NBK op 02-01-2018 00:04 ]

[Femme]

Ethernet door het huis aanleggen voor sensoren en actoren is nogal overkill. Voor analoge sensoren zijn er zuiniger en eenvoudigere communicatiestandaarden zoals 1-wire, die minder aders nodig hebben en makkelijker in een kleine ruimte aangesloten kunnen worden.

Drukknoppen kun je doen met digitale inputs op een I/O module. Deze inputs gebruiken simpele 24V stuursignalen (loopt er een stroompje dan is de input hoog, loopt er geen stroompje is ie laag). Bij apparaten die je schakelt heb je op het eindpunt geen ethernet nodig maar schakel je de fase ergens in een verdeelkast met behulp van een relais.

Als je het goedkoop en open wil aanpakken zou ik kijken naar modbus I/O modules die je in een verdeelkast plaatst van waaruit je de voeding naar wcd's en apparaten verdeeld en waar bus- en signaalkabels bij elkaar komen. Voor 1-wire en 24V signaalkabels is cat-kabel prima te gebruiken alleen gaat er dan geen ethernetcommunicatie over heen. Voor modbus is veel goedkoop spul te krijgen, zie bijvoorbeeld de Mitsubishie plc-klonen van Lollette. Eventueel kun je modbus omzetten naar MQTT met behulp van een Arduino of ESP32. Ook een mooie oplossing (maar wat duurder) is een Wago-plc waar je een MQTT library op draait, zie voor meer informatie dit topic.

Inbouwleds kun je aansturen via DMX.

Eigenlijk is de hardware het minst spannende deel van je smarthome. Het boeit niet zoveel dat er tig verschillende standaarden zijn, omdat er ook tig verschillende softwarepakketten en controllers zijn waar je al die standaarden mee kunt combineren. Het interessante deel is hoe je van een op afstand bestuurder huis naar een slim huis gaat. Ik ken Home Assistant niet maar ik denk dat je daar nog best veel moet zelfbouwen. Aan het andere eind van het spectrum heb je zoiets als Loxone waar veel ingebakken functionaliteit in zit zoals een lichtcontroller waarmee je scènes in een ruimte kunt opzetten.

[mhemeryck]

Bedankt allemaal voor jullie input! Ik ben in tussentijd inderdaad zelf ook wat afgestapt van het eerste idee om alles zo decentraal mogelijk te willen doen just for the sake of it.

Heb feitelijk wat verder gezocht op die raspberry pi oplossing waar ik eerst aandacht en ben op dit uitgekomen: https://revolution.kunbus.de/ Is feitelijk een raspberry pi in soort van industriele uitvoering -- deze gebruikt dus effectief ook 24V als inputs / outputs zoals jullie ook al allemaal hadden aangegeven. Modbus is trouwens ook ondersteund zag ik.

Eerst volgende stap is dat ik wat verder ga experimenteren met home assistant + een gewone raspberry pi (gisteren besteld) om wat meer feeling ermee te krijgen. Daarnaast ga ik nog wat verder de verschillende soorten sensoren / actuatoren uitzoeken.

Waar ik nu nog concreet over aan het denken was:
* switches naar de kast: begon hier toch meer terug te denken aan een bussysteem om het bekabelen wat te vereenvoudigen. KNX was me wat te duur, maar ik zal eens kijken naar modbus!
* stopcontacten (WCD's, zoals ze hier blijkbaar genoemd worden ): zou een nice-to-have zijn om deze ook te kunnen controleren; dacht hier inderdaad ook aan relays (liefst solid state), maar ik weet niet hoe standaard dit is, en voor welke max stroom ik dan moet kijken. Best ook 20A? Best ook vanuit de kast? Aangestuurd op 24V?
* LED: DMX (/DALI) had ik hier al iets over gelezen;

Alleszins allemaal nog fel bedankt!

[NBK]

mhemeryck schreef op woensdag 3 januari 2018 @ 23:07:
[...]
* stopcontacten (WCD's, zoals ze hier blijkbaar genoemd worden ): zou een nice-to-have zijn om deze ook te kunnen controleren; dacht hier inderdaad ook aan relays (liefst solid state), maar ik weet niet hoe standaard dit is, en voor welke max stroom ik dan moet kijken. Best ook 20A? Best ook vanuit de kast? Aangestuurd op 24V?
[...]

WCD is de afkorting voor WandContactDoos aka stopcontact.
Normaal zijn de schakeldraden in Nederland uitgevoerd met zwart 1,5mm² draad. Dit is dus dunner dan de 2,5mm² bruin-blauw-geel/groen. Het is dan ook vooral bedoeld voor het schakelen van lichtpuntjes met een beperkt vermogen. Voor geschakelde stopcontacten zou je eigenlijk zwart 2,5mm² moeten gebruiken. Zeker als je dezelfde stopcontacten ook voor algemene doeleinden in wil zetten (kachels, stofzuiger, etc.)
Wat wij vanuit het werk doen is bij de niet geschakelde WCD's de gaatjes horizontaal monteren en de geschakelde verticaal. Op die manier kun je later nog onderscheid maken. Andere kleur binnenwerk is ook een optie maar later niet zo makkelijk meer aan te passen (zonder bergen reserve materiaal).
Een standaard lichtschakelaar heeft vaak de tekst 10A\6h erop staan. Dat betekend dat de schakelaar maximaal 6 uur lang op 10A belast mag worden (meestal nog bij een omgevingstemperatuur van 30°C ook).
Continue belasting ligt meestal op 80%.
Voor het bepalen van de relais moet je rekening houden met de belasting. Inductieve belasting heeft een veel grotere impact bij inschakelen dan een Ohms belasting. Normaal passen wij in groepenkasten 20A relais toe. 24V schakelspanning heeft voordelen mbt de veiligheid want het valt meestal in de categorie ZLVS. Ook zijn niet alle printplaten en output modules voor PLC's e.d. perse geschikt voor 230V schakelspanning.
Kijk bij voorkeur naar bi-stabiele (schakelcontacten) oplossingen of solid-state (vooral dimmers) oplossingen. Deze zijn het energie zuinigst.

Denk er bij de toepassing van dimmers sowieso om dat je tegenwoordig een blauwe NUL draad richting de dimmers trekt vanwege LED toepassingen. Ook bij schakelaars is het handig alvast een blauwe draad te voorzien voor het geval je er later toch een dimmer wil plaatsen. Deze er later bijmaken lukt nou eenmaal niet altijd.

Voor consumenten ben ik zelf erg gecharmeerd van Niko HomeControl. Semi-open standaard waar nog actief ontwikkeling in zit en gericht op consumenten.

Kunbus heb ik een tijd geleden ook naar zitten kijken. Veel gateway mogelijkheden (zelfs DMX, helaas geen OpenTherm). I/O opties gaan ook wel maar analoog aanbod is toch wel er beperkt in keuze vrijheid. Je wil liever 4/8 analoge ingangen of juist 4/8 PT100/1000 ingangen en aparte kaarten met analoge uitgangen. Nu is er maar 1 gemengde kaart die meestal precies niet uitkomt met wat je nodig heb.

[ Voor 3% gewijzigd door NBK op 04-01-2018 00:03 ]

[Femme]

mhemeryck schreef op woensdag 3 januari 2018 @ 23:07:
Bedankt allemaal voor jullie input! Ik ben in tussentijd inderdaad zelf ook wat afgestapt van het eerste idee om alles zo decentraal mogelijk te willen doen just for the sake of it.

Heb feitelijk wat verder gezocht op die raspberry pi oplossing waar ik eerst aandacht en ben op dit uitgekomen: https://revolution.kunbus.de/ Is feitelijk een raspberry pi in soort van industriele uitvoering -- deze gebruikt dus effectief ook 24V als inputs / outputs zoals jullie ook al allemaal hadden aangegeven. Modbus is trouwens ook ondersteund zag ik.

Die kende ik nog niet, maar ziet er mooi uit.

Als je het wat goedkoper wil doen kun je ook kijken naar een Odroid C2 of Rock64 met eMMC-geheugen. eMMC (wat ook in de Revolution Pi zit) heeft flashmanagement en is daardoor sneller en betrouwbaarder dan een sd-kaart.

Een makkelijke manier om een Raspberry Pi of een single board computer met een vergelijkbare form factor (zoals de Odroid C2) op een din-rail te monteren is met behulp een http://www.dinrplate.com . Ik heb veel din-rail behuizing geprobeerd maar dit werkt het beste en als je alles inbouwt in een afsluitbare verdeelkast maakt het ook niet uit dat het bordje naakt op een din-railplaatje zit.

In China kun je goedkope modbus I/O-modules halen zoals de EX1S van Lollette. Wat me nog wel mooi lijkt is om hier een ESP32 voor te zetten en MQTT omzet naar modbus RTU. Dan kun je goedkope hardware combineren met een modern message queuing protocol. Ik heb zelf helaas nul ervaring met de EPS8266/ESP32 of Arduino maar dit zou een mooi project zijn om van de grond te krijgen waar veel mensen bij gebaat kunnen zijn.