Funknetzwerke für das smarte Zuhause »Tweets« von der Waschmaschine

Mit Android@Home, NFC und 6LoWPAN will Google nun auch das Zuhause erobern. Dabei werden das Smartphone und der Tablet PC zur Fernbedienung und Bedienterminal für Fernseher, Waschmaschine und die Heizung. Die Idee des Smart Home ist zwar nicht neu, wird durch die Google-Ankündigung aber sicher neuen Schub erhalten. Die zentrale Rolle bei der Umsetzung spielen Funknetzwerke.

Das häufigste Beispiel für Smart-Home-Anwendungen ist der Kühlschrank, der automatisch die Einkaufsliste generiert – er ist bis heute nicht Wirklichkeit geworden. Dafür gibt es andere Anwendungsszenarien, die großes Potenzial versprechen. Sie reichen von realitätsnahen Videospielen, bei denen etwa das Raumlicht synchron zum Spielgeschehen gesteuert wird, über intelligente Steuerungen zum Energiesparen bis hin zu Anwendungen für betreutes Wohnen (Ambient Assisted Living) und zur Telemedizin. »Sie alle basieren im Prinzip auf demselben Aufbau, den wir hier am Beispiel einer Waschmaschine illustrieren wollen«, erklärt Harald Naumann, Field Application Engineer Wireless von Rutronik. 

Um die Waschmaschine in ein Smart Home System integrieren und damit fernsteuern und -abfragen zu können, muss sie über Sensoren verfügen, die die Betriebszustände erfassen. So lässt sich mittels Stromzange am Netzkabel feststellen, ob Strom fließt. Wird auch die Stromhöhe abgetastet, können diese den Betriebszuständen (Wasser aufnehmen, Heizen, Schleudern, Abpumpen) zugeordnet werden. Vibrations- und akustische Sensoren verfeinern die Abtastung nochmals. Hierfür empfiehlt sich ein stromsparender 32-Bit µC mit integriertem Transceiver, der über viele Ein- und Ausgänge verfügt und einen Funkprotokollstack unterstützt.

»Sinnvoll ist es, ein solches Konzept, soweit möglich, mit Open-Source-basierten Werkzeugen und Software umzusetzen«, so Naumann. »Denn immer wieder hat sich gezeigt, dass sich quelloffene Software durchsetzt und zur Basis für einen Standard avanciert.« Das ist laut Naumann auch bei der Home Automation der Knackpunkt: Es fehlt ein Standard, auf dem alle Geräte aufsetzen, so dass diese auch miteinander kommunizieren können und der Nutzer über ein einziges Gerät und eine Bedienoberfläche alle Statusinformationen erhält und alle Geräte steuern kann. Android@Home ist nach Ansicht von Naumann aber schon mal ein erster Schritt in die richtige Richtung. »Endlich wird Zubehör für das Smartphones lizenzfrei. Ende des Jahres soll auch ein 6LoWPAN-Stack von Google als Open Source zur Verfügung stehen. Für alle, die nicht so lange warten oder nicht auf Google setzen möchten, stehen jedoch genügend Alternativen zur Verfügung.«

Eine interessante Möglichkeit bietet der STM32W. Dieser funkfähige Mikrocontroller basiert auf einem 32-Bit ARM Cortex M3 Core und verfügt über einen integrierten 2,4GHz IEEE802.15.4 Transceiver. Damit eignet er sich für ZigBee, RF4CE, Contiki 6LoWPAN und andere Netzwerkprotokolle, die auf dem IEEE802.15.4-Standard aufsetzen. »Besonders interessant ist 6LoWPAN, da es lizenzfrei ist und die Protokollbeschreibung für jeden zur Verfügung steht«, so Naumann. Das Protokoll basiert auf IPv6 und wurde mit dem Ziel entwickelt, drahtlose PANs (Personal Area Networks) einfach und mit geringem Energieverbrauch in bestehende Netze integrierbar zu machen. Auch das Open-Source-Betriebssystem Contiki ist optimiert für möglichst geringen Energieverbrauch. Wer den Unterschied zwischen 6LoWPAN auf 2,4 GHz zu 6LoWPAN auf 868/915 MHz testen möchte, sollte ein Evaluierungskit mit STM32W auf 2,4 GHz und ein Kit mit dem ZWIR4512 868/915 MHz erwerben. Beide Module sind frei programmierbar.

Wer ein eigenes und eventuell schlankeres Funkprotokoll einsetzen möchte, kann auf den Transceiver MRF89XA von Microchip zurückgreifen. Dieser effiziente Multikanal-Transceiver arbeitet in den 863-870 MHz lizenzfreien ISM-Frequenzbändern und im 900-MHz-Frequenzband. Ein gutes Einsatzbeispiel sind z.B. Rauchmelder, die batteriebetrieben sind und im Falle eines Brandes den Alarm per GSM-Modul im Master weiterreichen. Wer es redundant möchte, sendet den Alarm auch an den USB-Dongle am Router. Der Router, aber auch das GSM-Modul, reicht die Meldung an die Alarmzentrale weiter.