Digital-Home Blog

Entwurf Tuerstation

So, ich hab lange nichts mehr geschrieben. Die Kachelöfen und Rigips-Wände lassen sich leider nicht so einfach “programmieren”.

Hier aber mein aktuelles Projekt:
Die “Türstation”.

Folgende Features stehen auf meiner Wunschliste:

• Codeschloss für Türöffner
• Fingerprint-Scanner für Türöffner
• Türöffner über alle Nebenstellen-Telefone
• Gegensprechstelle (Nebenstellen-Anschluss)
• Videofunktion
  * Bewegungsabhängig
  * Streaming ins Netzwerk
• Netzwerkfähig
• Info-Modul um Nachrichten zu hinterlassen
• Klingeltaster (im Touchscreen und in Edelstahlplatte)
• Hochwertiges Design (Edelstahl / Acrylglas)

Alle Türstationen der namhaften Hersteller haben eines gemeinsam – den extrem hohen Preis und die bescheidene Anbindung an andere Software,- Hardwarehersteller.
Wenn schon ein Fingerprintscanner den Preis in den vierstelligen Bereich treibt, kann man leicht erahnen wohin die Netzwerk-Variante führen würde. Zudem bieten mir die angebotenen Netzwerk, und Videofunktionen nicht die flexiblen Möglichkeiten, so wie ich sie mir wünsche.

Hier mein Versuchsaufbau (ca. 500€):
- Analoge Türsprechstelle
- Slimline-PC (17 Watt)
- 8″ Touchscreen
- USB Fingerprintscanner
- USB Webcam

Vor die größten Probleme stellte mich der Fingerprintscanner.
Drei (3!!!) Fingerprintscanner (Delock, ELV) flogen als “untauglich” zurück in die Bastel-Kiste. Bei allen Scannern bei welchen man mit dem Finger über die Sensorfläche streicht, funktionierte die Erkennung nicht zuverlässig und die Authentifizierung wurde deshalb sehr schnell zur Geduldsprobe. Bei Kauf Nr. 4 landete ich beim Scanner von DigitalPersona. Dieser Scanner erkannte den Fingerabdruck immer auf Anhieb.

Als Visualisierung kommt eine Delphi-Applikation zum Einsatz. Ursprünglich sollte an der Haustür eine Runtime von Siemens WinCC Flexible laufen. Leider kann ich aber in WinCC den Fingerprint-Scanner nicht einbinden und musste auf  Delphi ausweichen. Die Delphi-Applikation kommuniziert dann über Modbus TCP direkt mit dem Wago-Controller.

Jetzt fehlt nur noch die optische Gestaltung der Frontblende. Diese sollte ursprünglich aus 5mm Polycarbonat in Milchglasoptik hergestellt werden. Durch den Milchglaseffekt sieht man leider auch die Schatten der dahinter verbauten Komponenten, was dann einfach unschön wirkt. Deshalb wird die Front wohl in 2mm Edelstahlblech eingefasst.

Sobald der Aufbau abgeschlossen ist, werden die fertigen Bilder hier veröffentlicht. (Ich hoffe bald!)

Als Hardwareplattform für die Steuerung hab ich mich für das Wago System 750 entschieden. Der Controller 841 von Wago beinhaltet bereits einen integrierten Webserver für eine einfache Java-Visualisierung. Bei aufwändigeren Bedienoberflächen stösst dieser jedoch schnell an seine Grenzen und so suchte ich nach Alternativen.

Grundsätzlich bieten sich zwei Möglichkeiten um auf den Controller zuzugreifen.
- OPC Kommunikation
- Modbus TCP (DLL kann über den Wago-Support bezogen werden)

Die Kommunikation über einen OPC-Server (CoDeSys OPC-Server wird von Wago mitgeliefert) ist zwar eine relativ einfache Möglichkeit, aber benötigt auch einiges an Installations- und Konfigurationsaufwand. Bei meinen Versuchen lief der CoDeSys-Server nicht immer zu meiner Zufriedenheit und verweigerte gelegentlich ohne erkennbaren Grund seinen Dienst. Andere (bessere?) OPC-Server (z.B. INAT, Softing etc.) kommen für mich aus Kostengründen nicht in Frage. Zudem ist es prolematisch, wenn von mehreren Bedienstationen auf den OPC-Server zugegriffen werden soll. Die nötigen DCOM-Einstellungen von Windows sind naja…bescheiden umzusetzen. Alles in allem würde ich OPC in der Hausautomatisierung nur ungern einsetzen.

Modbus TCP – war für mich lange ein verschlossenes Buch. Je länge ich mich damit auseinandersetze, desto mehr akzepiere ich dieses Bussystem neben den mir vertrauten Profibus oder Industrial Ethernet aus der “Siemens Welt”.
Wago liefert für Hochsprachen-Programmierer (Delphi, C etc.) eine DLL, mit der komfortabel über Modbus kommuniziert werden kann. Mit dieser DLL gelang es mir in Delphi sehr schnell eine eigene Visualisierung für den Wago Controller zu programmieren. Nachteilig ist für mich der höhere Programmier-Aufwand im Gegensatz zu herkömmlichen Engineering-Tools von z.B. Siemens oder Wonderware.
Also muss ein Engineering-Tool für Modbus TCP her. Als langjähriger Siemens-Programmierer suchte ich natürlich eine Möglichkeit um die Modbus-Kommunikation über WinCC Flexible herzustellen. Anscheinend bin ich wohl wieder mal der Erste, der dies so umsetzen möchte. Die Anwendungshinweise von Wago verweisen auf (teure) 3rd Party Modbus-Treiber in Verbindung mit WinCC. WinCC für ein einfaches Haus ist wie mit Kanonen auf Spatzen zu schießen. Und für Siemens ist Modbus TCP wohl ein rotes Tuch – jedenfalls fand ich keine hilfreiche Dokumentation.
Also muss man wohl wieder mal selbst Hand anlegen. Nach intensiver Lektüre der Modbus-Spezifikation konnte ich endlich mit WinCC Flexible 2007 auf die entsprechenden Merkerbereiche des Wago-Controllers zugreifen. Das nachfolgende Video zeigt die Kommunikation zwischen dem Wago Controller (CoDeSys Entwicklungsumgebung) und der Flexible-Visualisierung.

Delphi Applikation mit Flash Buttons

Eine ansprechende Visualisierung ist für die Akzeptanz einer Haussteuerung sehr wichtig. Die Visu darf nicht zu überladen sein und sollte sich vom Look&Feel an die weiteren SmartHome-Anwendungen anlehnen. Als Referenz für das “Look & Feel” habe ich ich das Vista Mediacenter gewählt.

Diese Woche hab ich Versuche unternommen, um das Mediacenter “Look & Feel” in eine Delphi Anwendung zu integrieren.

Button in Adobe Flash

Dazu verwende ich in Adobe Flash erstellte Buttons und bette diese mit einer TShockwave Komponente in die Delphi Applikation.
Adobe Flash ermöglicht mir animierte Funktionen, die ich mit Delphi sehr schwer umsetzen könnte.

Die Flash-Buttons können über die Anwendung beliebig beschriftet werden und geben im gedrückten Zustand “true” und im losgelassenem Zustand “false” an die Anwendung zurück.

Die im Video dargestellten Buttons sind jeweils Einzelinstanzen einer “button.swf” Flash-Datei. Das Spinbutton-Element ist auch komplett in Flash programmiert und liefert nur die Werte an die Delphi Applikation. Zudem ist der gesamte Hintergrund eine Flash-Komponente um z.B. den “Vista Energy Effekt” zu erreichen. Das Demo-Projekt enthält also 8 eingebettete Flash-Instanzen.

Fazit:
Für diese erste Machbarkeits-Studie bin ich soweit zufrieden und das ganze Projekt wird dann bei Gelegenheit mit einem Kommunikationsmodul (OPC oder Modbus) versehen und komplett an die Haussteuerung angepasst.

IT-Structure

Die Visualisierung der gesamten Hausautomatisierung soll mit einem zentralen Server realisiert werden.
Problematisch an der Zentralisierung sind die bis zu 20m entfernten Touchdisplays. 20m VGA-Kabel sind problemlos einsetzbar, aber bei USB-Verbindungen wird es schon schwieriger. Die USB-Spezifikation sieht eine Kabellänge von maximal 5m vor.

• 30-60m über Cat-Kabel Extender
  –> ungetestet, da kein USB2.0 unterstützt wird.
• 10m über zwei 5m USB-Verlängerungen
  - 8GB USB-Stick –> funktioniert
  - Touch-Controller –> funktioniert
  - USB-Hub –> wurde nicht richtig erkannt.
  Bei dieser Lösung kann eine einwandfreie Funktion nicht garantiert werden.
• 20m über drei 5m USB-Extender und einer 5m Standard-Verlängerung
  - 8GB USB-Stick –> funktioniert
  - Touch-Controller –> funktioniert
  - USB-Hub –> funktioniert

USB-Extender

Aufgrund dieser Ergebnisse setzen wir die dritte Variante ein. Damit funktioniert USB2.0 bis zu 20m Leitungslänge problemlos.
Leider steckt die drahtlose USB-Schnittstelle noch in den Kinderschuhen. Bis dahin müssen wir noch mit solchen Bastellösungen leben…

iRobot-Roomba

Zu einem intelligentem Heim gehören auch Roboter, die einem das Leben erleichtern sollen.
Die Firma iRobot hat einen Saugroboter (33cm breit/10cm hoch) im Programm, der zu einer einstellbaren Zeiten einen definierten Bereich reinigt.

Der Roboter ist lernfähig und zieht aus diversen Kollisionen seine Lehren. Demzufolge steigt die Effizienz der Raumreinigung, je länger der Staubsauger in Betrieb ist. Zusätzlich unterstützt wird dieser noch von zwei so genannten Light Houses, die eine unsichtbare Infrarotbarriere aussenden, sodass der Roboter bestimmte Bereiche nicht befährt.

iRobot-Roomba

Der Roomba erreicht selbst schwer zugängliche Stellen wie Ecken, reinigt auch unter Möbelstücken, weicht Treppen bzw. anderen unterschiedlichen Ebenen aus und passt sich beim Übergang zwischen Teppichböden und Hartböden/Parkett automatisch der Oberfläche an. Ein Virtual Wall® Lighthouse™ (2 Stück enthalten) beschränkt den Roomba so lange auf einen Raum, bis der gesamte Boden gereinigt ist. Erst danach fährt der Roomba in den nächsten Raum. Wenn der Akku aufgeladen werden muss oder der Reinigungszyklus abgeschlossen ist, kehrt der Roomba automatisch zu seiner selbstständig aufladenden Home Base™ zurück, dockt daran an und wird wiederaufgeladen.

Shop und weitere Infos: amazon.de

HP hat die für mich perfekte Bedienstation im Angebot.
Es ist ein 22″ Touchscreen mit Core2Duo-PC und Windows Vista Ultimate.

HP Touchsmart

Hier die Daten :

• 22″ Touchscreen
• 2.16 GHz Intel Core 2 Duo T5850 processor
• 500 GB Festplatte
• 4 GB RAM (max)
• Dual-layer DVD-R  Laufwerk
• NTSC/ATSC TV tuners
• Nvidia GeForce 9300M GS HD Grafikkarte
• Tri-mode Wi-Fi (802.11b/g/n), Bluetooth, Gigabit Ethernet
• 5 USB, 1 FireWire, 1 ExpressCard
• 5-in-1 memory card reader
• Windows Vista Home Premium (64-bit version)
• inklusive wireless Keyboard + optische Maus

HP Touchsmart

Leider ist das Gerät bisher nur in den USA zu einem Preis von 1399$ verfügbar.
In Deutschland soll im Oktober eine “Light”-Variante mit 320GB Festplatte, Intel Graphics Media Accelerator X3100 und 2.0 GHz Intel Core 2 Duo T5750 Prozessor zu einem Preis von voraussichtlich 1300-1400€ erscheinen. Light-Variante und deutlich höherer Preis in Deutschland – ein Schelm der Böses dabei denkt…

Weitere Infos:
HP Produkt-Tour Einfach sehenswert!
HP Produkt-Daten
Amazon.com

Bildquellen: Amazon.com

Die Auswahl der Steuerung wurde von den folgenden Vorgaben abhängig gemacht:

• Flexibilität und Modularität
• Schnittstellenoffen (Profibus / M-Bus / Ethernet)
• Netzwerkfähigkeit
• Web-Zugriff (Weltweit über Browser)
• Zugriff über eigene Applikationen (z.B. Delphi)
• Einsatz von Standard-Fernbedienungen (z.B. Logitech)
• Zukunftssicher (keine Bastellösung)
• preisgünstig
• guter Support

Aufgrund dieser Vorgaben entschieden wir uns für das Wago I/O-System 750 mit dem Controller 841.
Das Wago-System benötigt zwar mehr Verdrahtungsaufwand als entsprechende Bus- und Funksysteme, jedoch wird man durch gewonnene Flexibilität und dem günstigen Preis mehr als entschädigt.

Feldbusknoten Wago-System I/O 750