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Do It Yourself?

Natürlich können Sie ein Smart-Home-System selbst erstellen. Dafür gibt es viele Mikrocontroller, Module und fertige Geräte, die in beliebiger Arbeitslogik kombiniert werden können. Eine der ersten Fragen beim Aufbau eines IoT-Systems ist die Wahl der Methode der Netzwerkkommunikation.

Beliebte Kommunikationsmodule

  • Module bei 433 MHz und 868 MHz Frequenzen — leistungsarme Funkmodule mit stabiler Abdeckung und guter Signaldurchdringung durch Hindernisse.

    • Vorteile: je niedriger die Trägerfrequenz, desto sicherer der Empfang auch durch Betondecken; niedriger Stromverbrauch.
    • Nachteile: bei gleichzeitiger Übertragung durch mehrere Geräte muss das Kollisionsproblem programmatisch gelöst werden; niedrige Datenübertragungsgeschwindigkeit.
    • Beispiele: NRF-Serienmodule (Nordic Semiconductor), SX127x.

  • LoRa (Long Range) — spezialisierte Module für die Kommunikation über erhebliche Entfernungen (bis zu mehreren Kilometern in Sichtlinie).

    • Vorteile: große Reichweite, niedriger Stromverbrauch, Störfestigkeit.
    • Nachteile: sehr niedrige Datenaustauschgeschwindigkeit, nicht geeignet für die Übertragung großer Datenmengen oder Video.

  • Raspberry Pi Pico (RP2040) — Mikrocontroller mit hoher Taktfrequenz, Unterstützung für Programmierung in MicroPython und C++.

    • Vorteile: Flexibilität bei der Entwicklung, niedrige Kosten, eingebaute USB-Schnittstelle.
    • Nachteile: kein eingebautes Wi-Fi/Bluetooth in der Basisversion (erfordert ein externes Modul), weniger fertige Lösungen für Smart Home im Vergleich zu ESP.

  • ESP (Espressif Systems) — Familie von Modulen, die ursprünglich für IoT-Anwendungen entwickelt wurden.

    • Unterstützung: Wi-Fi 2.4 GHz, Bluetooth / BLE (in ESP32-Modellen), in neuen Versionen — Wi-Fi 5 GHz.
    • Vorteile: reichhaltiges Ökosystem, niedrige Kosten, aktive Community, Unterstützung für beliebte Frameworks (ESPHome, Tasmota, Arduino, ESP-IDF).
    • Nachteile: relativ hoher Stromverbrauch im aktiven Modus.

Von Grund auf oder basierend auf einem bestehenden Projekt?

Bei der eigenständigen Entwicklung ist es wichtig zu entscheiden: von vorne anfangen oder einem bestehenden Projekt beitreten.

  • Eigenes Projekt von Grund auf:

    • Vorteile: vollständige Freiheit bei der Wahl der Architektur, des Technologiestacks und der Funktionalität.
    • Nachteile: Notwendigkeit, alle Nuancen selbstständig zu durchdenken, einschließlich Sicherheit, Skalierbarkeit und Fehlertoleranz; wünschenswert ist die Bildung einer Community von Gleichgesinnten zum Austausch von Ideen und Tests.

  • Verwendung einer fertigen Lösung:

    • Vorteile: Zugriff auf getestete Komponenten, Dokumentation und Community-Unterstützung; beschleunigte Entwicklung.
    • Nachteile: mögliche Anpassungseinschränkungen, Abhängigkeit vom Projekt-Roadmap.

Vergleich der Ökosysteme beliebter Plattformen

  • Nordic Semiconductor (nRF): es gibt separate Lösungen und Bibliotheken, besonders für BLE-Geräte; die Community ist aktiv, aber kleiner als die von ESP.
  • Raspberry Pi Pico: gute Community und Dokumentation, aber bisher weniger fertige Lösungen speziell für Smart Home; keine weit verbreiteten getesteten Frameworks auf ESPHome-Niveau.
  • ESP (Espressif): absoluter Führer in der Anzahl angepasster Sensoren, Frameworks, Compiler und Community-Größe. Die Projekte ESPHome und Tasmota verdienen besondere Aufmerksamkeit, da sie die Entwicklung und Bereitstellung von IoT-Geräten erheblich vereinfachen.

Eine ähnliche Situation ist bei Steuerungssoftware zu beobachten: ESP hat die größte Anzahl von Integrationen mit Hausautomationssystemen (Home Assistant, OpenHAB, Node-RED usw.).

Was bringt Markt

Normalerweise ist ein gekauftes Smart-Gerät für die Nutzung des Cloud-Dienstes des Herstellers vorkonfiguriert.

Daraus ergibt sich eine Situation, in der einige Geräte eine App erfordern, andere eine völlig andere, und man ständig zwischen ihnen wechseln muss. Hinzu kommt, dass jeder Cloud-Dienst die persönlichen Daten der Nutzer speichert, der Schutz keine zuverlässige Sicherheit bietet und bei einem massiven Angriff auf den Dienst die Gerätesteuerung in die Hände Dritter gelangen könnte.

Sehr oft sind solche „All-in-One“-Lösungen mit hohen Kosten verbunden. Es kann zudem vorkommen, dass eine bereits gekaufte Klimaanlage eines anderen Herstellernicht mit neuen Geräten kompatibel ist, während eine neue Klimaanlage Funktionen vermissen lässt, die die alte hatte.

Geräte, die einen offenen Dienst unterstützen oder für die Nutzung eines offenen Dienstes angepasst wurden, werden in der Regel lokal verbunden. Für die Kommunikation untereinander nutzen sie einen Message-Broker (z. B. MQTT). Eine einheitliche App verwendet ebenfalls den Message-Broker, funktioniert einwandfrei im lokalen Netzwerk, kann aber eine Verbindung zu einem Cloud-Dienst haben, den Zugriff aus dem globalen Netz ermöglichen oder über den Broker selbst angebunden sein. Auch dann kann es mehrere Steuerungs-Apps geben.

Bei der Verwendung von ZigBee-Geräten wird ein MESH-Netzwerk zwischen den Geräten eingerichtet, bei dem Geräte nicht direkt, sondern über einen Vermittler – ein weiteres Gerät – verbunden sind. Um diese Geräte mit dem Hauptnetzwerk zu verbinden, wird eine ZigBee-Bridge eingesetzt. Wenn MQTT verwendet wird, unterscheiden sich solche Geräte nicht von allen anderen und können ebenfalls transparent über jede dafür konfigurierte Software gesteuert werden.

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