Op het gebied van domotica concurreren veel aanbieders met verschillende communicatiestandaarden en systemen. In deze artikelreeks bieden we een overzicht van smart home-platformen voor iedereen die geïnteresseerd is in het ontwikkelen van een smart home. In deel 1 kijken we naar EnOcean, ZigBee en Z-Wave.
Introductie smart home-platformen
De tijden waarin domotica door het grote publiek werd gezien als iets met een koelkast voor nerds, die zelfstandig levensmiddelen bestelt op het internet als ze op raken zijn voorbij. Serieuze toepassingen (veiligheids- en bewakingstechniek, verwarmings- en klimaatregeling, koppeling van multimedia en internet, verlichtingstechniek) in combinatie met een snelle vooruitgang van de techniek, halen het idee van de ‘slimme’ woning uit de Science-Fiction-sfeer en brengen het in het gezichtsveld van architecten, aannemers en doe-het-zelvers.
Veel bedrijven ontdekken de kansen in de markt en komen met nieuwe systemen en apparaten. En in heel korte tijd is een groot aantal standaards ontstaan, die (natuurlijk) niet onderling compatibel zijn. Er zijn verschillende transmissiemedia, werkwijzen, beveiligingsstandaarden, concepten, en platformen. Er zijn gesloten systemen en systemen waarbij de ontwikkeling van eigen software- en hardwarecomponenten mogelijk, of zelfs noodzakelijk, is. Het is een rimboe, waarin de huisautomatiseerder in spe eerst maar eens de weg moet weten te vinden.
Even ter verduidelijking
De smart home-markt is geen eenvoudige markt door het immens grote aanbod van protocollen, standaarden en beperkingen. Je kunt het jezelf makkelijk maken door alles van één fabrikant te kopen en zodoende middels één app te bedienen, of te zoeken naar producten van verschillende fabrikanten die compatibel zijn met elkaar en dus samen kunnen werken. Zo werken Philips Hue en Nest bijvoorbeeld samen. Maar, dat is pas het begin en voor de beginnende consument ook een prima begin, mits je weet wat op een simpele manier met elkaar werkt. Wil je meer mogelijkheden, waaronder het echt programmeren van je smart home en het toevoegen van eigen toepassingen, modules of apparaten van tal van fabrikanten, dan kun je gaan kijken naar de wat serieuzere platformen in de markt. In dit artikel richten we ons dan ook op deze smart home-platformen waarbij je zelf aan het ontwikkelen kunt gaan.
Wil je meer weten over de protocollen en standaarden waar je als beginnende gebruiker rekening mee moet houden? Lees dan ons artikel over smart home-protocollen door.
EnOcean
EnOcean is een ontwikkelaar van batterijloze draadloze technologie. Het bedrijf produceert en distribueert energie-autarkische draadloze modules voor toepassing in gebouwen, slimme woningen en het IoT. De oplossingen van EnOcean zijn gebaseerd op geminiaturiseerde energie-omzetters, energiezuinige elektronica en betrouwbare standaards voor draadloze communicatie in het sub-1-GHz-bereik (EnOcean-Wireless) en in het 2,4GHz-bereik (ZigBee of in de toekomst Bluetooth). De clou van de EnOcean-technologie is dat de energie voor de draadloze modules van de apparaten lokaal wordt geproduceerd door energie-omzetters, dat kan zijn door beweging, licht of temperatuur(verschil). Om dat te laten werken moet met kleine hoeveelheid gewonnen energie uiterst spaarzaam worden omgegaan. Dat betekent niet alleen het toepassen van energiezuinige hardware, maar ook een goed doordacht energiemanagement en energie-efficiënte communicatie.
Het samenwerkingsverband EnOcean-Alliance levert een groeiend ecosysteem van EnOcean-gebaseerde batterijloze draadloze schakelaars en sensoren die werken in het sub-1GHz-bereik en staat garant voor de interoperabiliteit van de producten die gebruik maken van de EnOcean-standaard. De EnOcean-standaard voor draadloze communicatie is sterk gericht op verlichtings-, verwarmings- en klimaatregeling.
Centrale
Verschillende fabrikanten die met de EnOcean-standaard werken, bieden gateways aan voor montage op een DIN-rail of als standalone apparaat. Deze apparaten maken niet alleen een TCP/IP-verbinding met de router en met internet, maar bieden ook ondersteuning voor het koppelen met andere bussystemen of protocollen zoals KNX, DALI of ModBus.
Apparaten
EnOcean ontwikkelt en levert batterijloze draadloze modules en helpt fabrikanten van producten met betrouwbare en onderhoudsvrije draadloze sensoroplossingen, bijvoorbeeld schakelaars met en zonder versleuteling, magneetcontacten, aanwezigheidsmelders en temperatuursensoren. Vooral de verschillende energie-omzetters en draadloze modules die als ‘losse onderdelen’ worden geleverd zijn interessant voor eigen ontwikkelingen.
Zo’n 150 fabrikanten leveren apparaten die voldoen aan de EnOcean-standaard (en de Europese regelgeving). Op de website van de EnOcean-Alliance vind je heel veel verschillende schakelaars, maar ook draadloze sensoren voor temperatuur, positie, aanwezigheid, licht, vochtigheid, klimaat, water, evenals actuatoren zoals dimmers, relais, servomotoren en ruimteregelaars.
Apps
De software voor het besturen van de EnOcean-installatie met een pc of van veraf met een smartphone of tablet werkt met een koppeling met de gateways van de verschillende fabrikanten.
Protocol/beveiliging
Het protocol is heel energiezuinig, maar dus ook langzaam en daarom niet geschikt voor data-intensieve draadloze communicatie. Er wordt gebruik gemaakt van SRD bij 868 MHz, zonder versleuteling. Alleen voor veiligheidskritische toepassingen wordt AES128-versleuteling gebruikt.
Voor- en nadelen
Onderhoudsvrij, goed doordacht en modern draadloos systeem voor toepassing in de gebouw- en huisautomatisering, en een overzichtelijke website met uitvoerige documentatie van de producten. Eigen ontwikkelingen worden goed ondersteund. Sterk gericht op de automatisering van verlichtings-, verwarmings-, klimaat- en luchtbehandelingssystemen.
Meer informatie voor consumenten: website. Meer informatie voor ontwikkelaars: website.
ZigBee
ZigBee is een bijzonder eenvoudige en flexibele standaard voor draadloze communicatie, onder meer voor domotica. Het is zeer energie-efficiënt, zodat het uitstekend geschikt is voor toepassing in batterijgevoede apparaten. De incompatibiliteit vanwege de grote variëteit van standaards en specificaties waarover vroeger voortdurend werd geklaagd is opgelost door het invoeren van profielen voor huis- en gebouwautomatisering, Health Care, besturing van verlichting en andere toepassingen. Dat betekent dat alle deelnemers in een netwerk, die aan de eisen van een profiel voldoen, met elkaar (moeten) kunnen communiceren. Voor de huisautomatisering zijn de profielen Home Automation, Light Link, Smart Energy en eventueel Health Care interessant.
Centrale
De centrale in een ZigBee-netwerk wordt de Coördinator (ZC) genoemd en vormt de stam van het netwerk en tegelijk de verbinding met andere netwerken (bijvoorbeeld het internet). In de Coördinator is (ook beveiligingskritische) informatie over het netwerk opgeslagen. De netwerken kunnen ster-, boom- en maasvormig worden ingericht, waarbij we in de beide laatstgenoemde netwerktypen ZigBee-Routers (ZR) de communicatie op netwerkniveau kunnen uitbreiden. De routers vormen knooppunten in het netwerk en distribueren de datapakketten tussen de coördinator en de randapparaten. De apparaten zelf routeren niet, maar kunnen alleen data ontvangen en verzenden.
Apparaten
In het ‘Home Automation’-gebied vinden we een lijst van ca. 240 gecertificeerde apparaten voor domotica: gateways, hubs en randapparaten. De lijst kan alleen dienen als startpunt voor het zoeken naar fabrikanten van ZigBee-gecertificeerde producten, want ze worden op de ZigBee-site alleen kort beschreven. Verdere informatie ontbreekt, vaak is er zelfs geen link naar de fabrikant. Als we bij de fabrikanten gaan zoeken, ontdekken we een aanbod van duizenden apparaten met de meest uiteenlopende eigenschappen.
Protocol/beveiliging
Het ZigBee-systeem gebruikt de wereldwijd toegelaten 2,4GHz-band voor de communicatie. Bij de communicatie wordt de data in CCM-modus versleuteld met AES-128 volgens IEEE802.15.4.
Voor- en nadelen
Open standaard met veel ontwikkelmogelijkheden en gereedschappen die, voor ervaren ontwikkelaars, oneindig veel toepassingsmogelijkheden bieden. Het zoeken naar apparaten is ingewikkeld en kost veel moeite. De 2,4GHz-ISM-band is wereldwijd toegelaten, maar wordt ook door WLAN, Bluetooth, babyfoons en dergelijke gebruikt.
Meer informatie voor consumenten: website. Meer informatie voor ontwikkelaars: website.
Z-Wave
Hoewel de Z-Wave-standaard in Denemarken ontwikkeld is, heeft de Z-Wave-alliantie haar hoofdkwartier in de USA. Circa veertig bedrijven zijn lid van deze associatie, die een groot aantal apparaten (meer dan 1500) en controllers aanbiedt. Het Z-Wave-systeem is ideaal voor doe-het-zelvers (dat is niet onbelangrijk, want er zijn in de meeste Europese landen geen erkende installateurs voor Z-Wave). Veel Duits- en Engelstalige handboeken en tutorials helpen bij de planning en bij het inrichten van een Z-Wave-systeem voor domotica.
Centrale
Er is een aantal cloud-based ‘Smart Hubs’ (sommige daarvan zijn alleen beschikbaar tegen maandelijkse abonnementskosten). Verder zijn er hubs, gateways en home-controllers. Let er bij de keuze op of het betreffende apparaat ook voldoet aan de Europese eisen. Vooral de drie centrales van de leverancier HomeSeer uit de USA zijn interessant. Vanuit de behuizing van de kleine HomeTroller S2 lachen de USB-sockets van een Raspberry Pi 2 ons toe. De controllers verschillen onderling qua beschikbare drivers/plug-ins voor bepaalde functies (en qua prijs). Veel functies kunnen ook later bijgekocht worden. Het aanbod omvat ook enkele USB-sticks, waarmee ‘vreemde’ controllers in een Z-netwerk kunnen worden opgenomen.
Apparaten
Bij de apparaten zien we dezelfde beperkingen als bij de controllers: niet alles wat wordt aangeboden is ook geschikt voor de Europese markt, omdat de gebruikte SRD-frequentie hier niet toegestaan is. Het zoeken naar en kiezen uit het grote aantal apparaten is niet gemakkelijk: op de internationale website kunnen we de apparaten sorteren op functie, maar niet op SRD-frequentie; op de Duitse website is het juist andersom.
De batterijgevoede apparaten zijn te verdelen in de gebruikelijke functiegroepen zoals licht/dimmen, schakelaars/druktoetsen, inbraakalarm, sensoren, verwarmingsthermostaten en besturing van rolluiken. Er zijn ook interessante ongewone functies zoals energiemeters, afstandsbedieningen, overstromingsalarmen, waterleidingkleppen, verlichtingsproducten met ingebouwde draadloze besturing en nog veel meer.
De hoofdcontroller is een speciale Z-Wave-SOC, die de transceiver voor draadloze communicatie, een 8051-compatibele microcontroller en allerlei periferie-interfaces bevat.
Apps
De verkrijgbare controllers/hubs/gateways zijn over het algemeen uitgerust met smartphone-apps en pc-software voor de besturing, controle en configuratie.
Protocol/beveiliging
Z-Wave werkt met Frequency Shift Keying (FSK) met een frequentieafstand van 20 kHz. Daarbij worden datasnelheden tot 100 kbit/s gebruikt op verschillende frequenties. Het zendvermogen is begrensd tot enkele milliwatts, hoewel op de 868MHz-SRD-band een duidelijk groter zendvermogen van 25 mW is toegestaan. Toch zou de reikwijdte binnenshuis 40m moeten zijn. De communicatie werkt met een simpele standaardcodering; beveiligde toepassingen zoals elektronische deursloten of dakramen werken met een apart TAN-systeem.
Voor- en nadelen
Het Z-Wave-systeem biedt een grote keuze aan apparaten, kan dank zij veel hulpbronnen gemakkelijk zelf ingericht worden en is erg goedkoop. De ontwikkeling van eigen controllers/randapparaten wordt goed ondersteund. De beschrijving van de apparaten en centrales op de Z-Wave-site is erg mager, nauwkeurige informatie (datasheets) moeten we zoeken bij de betreende fabrikanten. Het selecteren van apparaten die geschikt zijn voor gebruik in Europa (SRD-frequentie) is erg lastig.
Meer informatie voor consumenten: website. Meer informatie voor ontwikkelaars: website.
Op naar deel 2
In deel 2 gaan we dieper in op de smart home-platformen van Loxone, HomeMatic en digitalStrom.
Dit artikel werd eerder gepubliceerd in de september-uitgave van Elektor Magazine.
Reacties (0)