Smart Home Dashboard mit Home Assistant, MQTT, Certbot und Nginx Proxy

Heimautomation, Überwachung und Steuerung erfordert eine Benutzeroberfläche, die einfach zu nutzen ist. Es gibt hierfür zahlreiche kommerzielle Lösungen.

Mein Smart Home Dashboard

Hat man jedoch hohe Anforderungen an Datensicherheit und Privatsphäre, so ist eine Smart Home Lösung in Eigenbetrieb das Mittel der Wahl. Ich habe ein paar Open-Source Lösungen ausprobiert und war am Ende mit „Home Assistant“ sehr zufrieden. In diesem Beitrag möchte ich erläutern, wie man eine minimale Instanz von Home Assistant mit MQTT, Certbot und Nginx Proxy mit Docker-Compose in Betrieb nehmen kann.

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Balkonkraftwerk in Schwetzingen

Bis vor ein paar Monaten war ich zufrieden mit meinem bisherigen Stromanbieter. Wenige Zeit danach kam jedoch die böse Überraschung. Mein monatlicher Abschlag ist von 42€ auf 66€ gestiegen. Damit war für mich der bisherige Vertrag nicht mehr attraktiv.

Mit der Kraft der Sonne will ich künftig meine Energie gewinnen

Für mich war schon länger das Interesse an eigenen Solarzellen auf dem Balkon vorhanden. Ich habe so viel ungenutzte Fläche. Aufgrund der Energiekrise wurden bürokratische Hürden in Deutschland für Balkonkraftwerke beseitigt. Die Sterne lagen richtig und ich habe diese Gelegenheit genutzt, um ein klein wenig mehr zum Selbstversorger zu werden.

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Einführung LoRa, LoRaWAN, The Things Network and Helium Mining

https://www.youtube.com/watch?v=1mjG9LgGgJA

Das Internet der Dinge ist ein Ausdruck für Objekte, Sensoren, „Dinge“, die irgendwo rumstehen und Daten an ein Netzwerk senden, um mit diesen Daten Anwendungen oder Geschäftsmodelle zu bauen.

Architektur von LoRaWan, Bild: Elutz

Im Rahmen dieser Aktivitäten ist das LoRa Netwerk und LoRaWAN als Protokoll eine sehr spannende Technologie, die verspricht, Sensordaten über ein energieeffizientes Funknetzwerk zu versenden. Über „LoRa Gateways“ werden diese Signale empfangen. Das Gateway hat Zugang zum Internet und persistiert diese Daten in einem Application Server eines LoRaWan Netzwerks. „The Things Network“ (TTN) ist ein offenes LoRaWan Netzwerk, in dem jeder sein Gateway bereit stellen kann und in dem jeder seine Sensoren mit existierenden Gateways in aller Welt anschließen kann. Auch gibt es das „The People’s Network“ mit dem man sogar als Betreiber von Gateways ein passives Einkommen verdienen kann. Ich habe mir vor kurzem mehrere LoRa Module und ein Gateway angeschafft. Ich möchte in diesem Beitrag auf die verschiedenen Aspekte von LoRa eingehen und das Ganze im Kontext meiner batteriebetriebenen Interetgeräte evaluieren.

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Alternativen zu Raspberry Pi und Arduino

Für Entwickler und Tüftler, die mit Elektronik arbeiten ist es inzwischen ein Dauerzustand geworden, dass es keine Raspberry Pis oder Arduinos zu vertretbaren Preisen mehr auf Lager gibt. Bei Raspberry Pi gehen laut offizieller Darstellung die Teile so schnell weg, dass sie nur noch an B2B Kunden verkaufen.

https://www.youtube.com/watch?v=4GPEHHaFDg8

Es wird Zeit, permanent nach Alternativen ausschau zu halten. Ich bin bereits auf den Zug aufgestiegen und möchte hier ein paar gute Ersatzboards vorstellen, die es zum aktuellen Zeitpunkt auf Lager gibt, und die mindestens genauso gut (oder gar besser) sind als ihre Raspberry Pi oder Arduino Pendante.

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Batteriebetriebene Internetgeräte (BIG): SIM800L

Das Projekt „Batteriebetriebene Internetgeräte“ (BIG) hat schon mehrere Teilergebnisse hinter sich. In Teil 1 hatte ich das Projekt vorgestellt, in Teil 2 ging es in die erste Messung mit einem Arduino Micro. Ich bin danach ein wenig ausgeschwenkt zum Arduino Nano und habe in Arduino Nano Stromverbrauch Teil 1 und Teil 2 mich mit einer systematischen Vorgehensweise gefasst, wie ich realistische Batterielaufzeiten erhalte. Ich habe nun eine grobe Vorstellung, wie es mit batteriebetriebenen Geräten steht.

Das SIM800L Modul

Doch wie sieht es aus mit der Konnektivität? Wie kann ich Daten vom Gerät so übermitteln, sodass ich darauf zugreifen und weiter verarbeiten kann? Hier habe Forschungsbedarf und will erfahren, wie man mit sich dem Arduino kabellos vernetzen kann. Idealerweise soll mein batteriebetriebenes Internetgerät ohne menschliche Interaktion Monate laufen können und dabei über das Netzwerk kommunizieren können. Zu diesem Anlass habe ich mir ein elektronisches Modul angeschafft um genau das erzielen zu können.

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Arduino Nano Stromverbrauch Teil 2

Vor etwa einem Jahr hatte ich mir den Stromverbrauch von einem Arduino Nanano angeschaut. Es ist über ein Jahr vergangen und damals hatte ich nur mal ein paar Experimente gemacht.

Seit dem hat sich aber nichts mehr getan. Ich habe mal wieder Lust bekommen, an dem Thema weiter zu arbeiten. Das Ziel ist nach wie vor, Internetgeräte für ein paar Monate mit Batterie zu betreiben.

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Küchenelektronik

Wir haben bei uns letztes Jahr unsere neue Küche aufgebaut. Die Küche haben wir nicht in einem Baukasten zusammen geklickt, sondern tatsächlich alles selber abgemessen, Teile gekauft und das Ganze aufgebaut. Auch die Arbeitsplatte habe ich abgemessen und im Hornbach in den Maßen sägen lassen. Obwohl man da sehr vieles falsch machen kann und wir so etwas zum ersten Mal gemacht haben, ist es uns erstaunlich gut gelungen. Was aber seit dem gefehlt hat sind die Lichter und Elektronik.

Das ist der einzige Anschluss an der ganzen Wand. Die Kabelsituation ist nur rudimentär gelöst.

Die Situation mit den Kabeln war nur rudimentär gelöst. Es ist Zeit, die Elektronik und Lichter ordentlich anzubringen.

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Arduino Nano Stromverbrauch

Ich habe zum Experimentieren ein Arduino Nano kompatibles Board aus Amazon bestellt. Es handelt sich um das folgende AZDelivery Produkt:
https://www.amazon.de/AZDelivery-Atmega328-gratis-Arduino-kompatibel/dp/B078SBBST6

Pro Teil kostet das 3€ und damit deutlich günstiger als ein „echtes“ Arduino Nano. Mein heutiges Ziel ist das Messen der Stromstärke unter verschiedenen Bedingungen.

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BIG Teil 2: Erste Messung

Kommen wir zu Teil 2 des Projektes „Batteriebetriebene Internetgeräte“. Ich musste ganz von vorne beginnen. Ich habe vergessen, wie man die Stromstärke misst. Kann man sowas überhaupt vergessen? Das letzte Mal hatte ich mit 15 Jahren die Spannung und Stärke eines Stromkreises gemessen, und ich habs halt tatsächlich vergessen. Ich musste mich erst nochmal ein wenig einlesen. Die Stromspannung (V) misst man Parallel, und die Stromstärke (A) misst man in Reihe. Ich habe hier mal so eine Messung mit dem Arduino. Das war genau das, was zu erwarten war.

Messung der Stromstärke. Es läuft die Beispielanwendung „Blink“ von Arduino, bei dem die LED sekündlich an und aus geht.

Für den Anfang habe ich einfach mal ein 3,7V Lithium-Ionen Akku genutzt, bei dem ich wusste, dass es auf Anhieb funktioniert. Ich habe auch ein Batteriefach ausgedruckt. Die Batterie hat nur 1,5V und der Arduino geht bislang noch nicht an damit. Das nächste Ziel ist den Arduino auch mit der Batterie an zu bekommen.

Batteriebetriebene Internetgeräte (BIG) Teil 1

Ich möchte in kommender Zeit ein neues Projekt starten, bei dem es darum geht Geräte zu bauen, die so wenig Energie verbrauchen, dass sie über einen längeren Zeitraum (z.B. ein Jahr) mit einer einfachen AA Batterie betrieben werden können. Diese Geräte haben auch eine mobile Internetverbindung und können so auch Signale oder Informationen in bestimmten Zeitabständen an einen Server senden, in der die Daten gesammelt und aufbereitet werden. Das klingt im ersten Moment nach einem Unterfangen, was nicht möglich zu sein scheint. Ich denke aber, dass es funktionieren sollte, weil das Gerät nur in bestimmten Zeitabständen aktiv ist, und sonst kaum Energie verbraucht. Mögliche Anwendungsfälle, die ich damit umsetzen möchte sind beispielsweise eine Wetterstation und ein Aufnahmegerät für Zeitraffer-Bilder.

Ich habe mich dafür bereits ein wenig kundig gemacht. Unter bestimmten Umständen verbraucht ein Arduino so wenig Strom, dass sie mit einer Batterie für mehrere Jahre betrieben werden kann. Mein erstes Ziel ist, diese Umstände zu reproduzieren und das messbar zu machen. Dafür habe ich mir ein Multimeter angelegt, um den genauen Energieverbrauch meines Arduino zu messen und Abschätzungen zu machen.