Home-Automation
HOME-AUTOMATION

MIT DEM RASPBERRY PI
ODER IN DER CLOUD

Home-Automation-Zentrale

Steuern und überwachen Sie Ihr Haus
mit einer eigenen
HOME-AUTOMATION-ZENTRALE

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Home-Automation

Unter dem Begriff „Home-Automation“ versteht man die Steuerung von Smart-Home-Geräten. Diese auch als IoT (Internet of Things) bezeichneten Geräte können unterschiedliche Sensoren (beispielsweise für Temperatur, Luftdruck, Helligkeit etc.) haben und sie lassen sich über das Heimnetzwerk oder das Internet steuern und überwachen. Beispiele sind Beleuchtungssysteme wie Lampen mit WLAN, Garagentore oder Rollläden. Vielfach können auch normale elektrische Geräte durch Zusatzgeräte wie schaltbare Steckdosen oder Smart-Module (z.B. „Shelly“) in Smart-Home-Geräte verwandelt werden.

Am 30. Oktober 2024 findet um 19 Uhr in der Feldschule in Verl ein kostenfreier Infoabend zu den Home-Automation Kursen statt:

Immer beliebter wird es, die Solar-/Photovoltaik-Anlage in die Home-Automation zu integrieren. Liefert beispielsweise der Wechselrichter des Balkonkraftwerks Statusinformationen an die „Home-Automation-Zentrale“, so kann diese die Informationen verarbeiten und auf Basis von hinterlegten Prozessen weitere Geräte steuern. Produziert die Anlage einen Stromüberschuss, kann die Waschmaschine eingeschaltet oder das Elektro-Auto geladen werden. Auch Zählerstände können online überwacht und damit die Energiekosten im Blick behalten werden.

In den folgenden Kursen wird das grundlegende Wissen für die Umsetzung einer eigenen „Home-Automation-Zentrale“ vermittelt. Diese Schaltzentrale besteht im Kern aus drei Elementen:

Low-Code-Programmierung mit Node-RED

Low-Code-Programmierung ist ein Ansatz zur Softwareentwicklung, der visuelle Entwicklungsumgebungen und Drag-and-Drop-Tools verwendet, um Anwendungen schnell und mit minimalem Bedarf an handgeschriebenem Code zu erstellen. Dieser Ansatz ermöglicht es, Anwendungen ohne tiefgreifende Programmierkenntnisse zu erstellen und anzupassen.

Node-RED hat sich als eine führende Plattform für die visuelle Programmierung und Automatisierung in der IoT- und Heimautomatisierung etabliert. Es wurde von IBM entwickelt, ist heute open source und wird in vielen Cloud-Plattformen und IoT-Diensten integriert, darunter IBM Cloud, AWS, Microsoft Azure und Google Cloud. Dies ermöglicht es, Node-RED nahtlos in viele bestehende, individuelle Infrastrukturen zu integrieren.

Zentraler Datenaustausch der Sensoren, Aktoren und IoT-Geräte

Der Datenaustausch zwischen den unterschiedlichen Geräten und der Home-Automation-Zentrale kann über das offene Nachrichtenprotokoll „MQTT“ erfolgen. Dazu ist ein zentraler „Broker“ (z.B. „Mosquitto“) notwendig, der die Nachrichten entgegennimmt und an die entsprechenden Empfänger weiterleitet.

Speicherung der Daten

In den Kursen wird ebenso vermittelt, wie Daten erzeugt, verarbeitet, gespeichert und ausgewertet werden können. Zum Einsatz kommt dabei eine SQL-Datenbank (wie beispielsweise MySQL oder MariaDB). Selbstverständlich werden dabei die wichtigsten Aspekte Datensicherheit und Datenschutz beachtet und thematisiert.

Die zentrale Steuerung aller angeschlossenen Geräte kann über einen eigenen kleinen Rechner wie dem Raspberry Pi im heimischen Netzwerk erfolgen, oder über eine Cloud-Lösung auf einem Server, der für wenig Geld bei einem Hoster gemietet werden kann:

Der Raspberry Pi: Die Home-Automation-Zentrale für zu Hause (Präsenzkurse)

Der Einplatinencomputer „Raspberry Pi“ ist ideal für den Aufbau und Betrieb einer Home-Automation-Zentrale und wird in den Präsenz Kursen die Basis-Plattform sein. Der Raspberry Pi eignet sich hervorragend als Entwicklungsplattform oder für den Betrieb einer eigenen, sicheren „Home-Automation-Zentrale“.
In diesen Präsenz Kursen wird jeder Teilnehmer auf seinem Raspberry Pi (Pi4, Pi5) mit den drei wesentlichen Softwarekomponenten eine exemplarische „Home-Automations-Zentrale“ erstellen. Die Steuerung von Smart-Home-Geräten kann dann bequem über eine Webseite oder ein Mobiltelefon/Tablet erfolgen.

Präsenz-Kurse zum Raspberry

Die Präsenz Kurse richten sich an Teilnehmer, welche es vorziehen in einer Gruppe vor Ort das Wissen zu erlangen, für remote Kurse nicht die notwendige Ausstattung haben oder unerfahren sind mit remote Trainings über Webkonferenzen und traditionelle Lernmethode bevorzugen.

In diesen Kursen benötigt jeder Teilnehmer seine eigene Kurs-Umgebung bestehend aus Raspberry Pi, Tastatur, Maus, Monitor (bedingt können Monitor, Tastatur, Maus durch die vhs gestellt werden). Der Raspberry muss selbst beschafft werden. Erweiterungsboards mit Relais- und Sensoren können in begrenztem Umfang gestellt werden. Die nachgebildete Umgebung für WLAN, wie sie in den meisten Heimnetzwerken auf Basis von AVM Fritz Box existiert ist für den Kurs vorhanden. Idealerweise hat jeder Teilnehmer ein Notebook zur Installation von Werkzeugen, um Zugriff auf seinen Raspberry Pi und der darauf installierten Dienste zu erhalten.

Grundkurs „Aufbau und Inbetriebnahme einer Home-Automation-Zentrale“ (9. & 16. November 2024)

In diesem Kurs lernen Sie die grundlegenden Schritte und Technologien kennen, um eine leistungsfähige Home-Automation-Zentrale aufzubauen. Vom Einrichten der Hardware bis zur Programmierung einfacher Automatisierungsszenarien. Jeder Teilnehmer installiert auf seinem Raspberry Pi das Betriebssystem und die für die Home-Automation-Zentrale wichtigen 3 Komponenten.

  1. Low-Code-Programmierung Plattform basierend auf Node-RED
  2. zentraler Broker zum Datenaustausch der Sensoren, Aktoren und IoT-Geräte
  3. Datenbank zur Speicherung- und Auswertung von Informationen

Jeder Teilnehmer muss dazu einen eigenen Raspberry Pi zu dem Kurs mitbringen. Dieser wird dann in eine auf diesen Kurs abgestimmte WLAN-Umgebung eingebunden.

Neben der Installation sprechen wir u.a. über Netzwerkgrundlagen, das LINUX-Betriebssystem und grundlegende Befehle zur Konfiguration und Administration. Es werden Werkzeuge installiert, um den MQTT-Broker und die Datenbank zu administrieren und Fehler zu analysieren.

Die Low-Code-Programmierung-Plattform „Node-RED“ wird in Betrieb genommen, die Oberfläche wird erörtert und die Bedienung wird geübt. Neue Funktionen werden hinzugefügt und installiert. Einfache Flows (Programme) werden erstellt und dabei werden Knoten-Elemente und Ihre Eigenschaften erklärt. Es werden Dashboards (grafische Bedienungsoberflächen) erstellt zum Schalten von Geräten. Die Geräte können auf dem PC im Browser oder auf dem Mobiltelefon/ Tabelet bedient werden.

Kursinhalte:

1.  Einführung in die Netzwerkumgebung

  • Grundlagen der Netzwerktechnik und Konfiguration
  • Einrichtung eines lokalen Netzwerks für Home-Automation

2.  Vorbereitung der SD-Karte

  • Auswahl und Vorbereitung der SD-Karte für die Installation
  • Tools und Techniken zum Schreiben von Images auf die SD-Karte

3.  Installation und Konfiguration des Betriebssystems

  • Auswahl eines geeigneten Betriebssystems (z.B. Raspbian für Raspberry Pi)
  • Schritt-für-Schritt-Anleitung zur Installation
  • Grundlegende Konfiguration des Betriebssystems für den Einsatz in der Home-Automation

4.  Einrichtung der Programmierumgebung mit Node-RED

  • Installation und erste Konfiguration von Node-RED
  • Einführung in die Benutzeroberfläche und grundlegende Konzepte
  • Erstellung und Ausführung erster einfacher Programme in Node-RED

5.  Erweiterung mit Node-RED-Paletten und Dashboards

  • Installation und Nutzung von Node-RED-Paletten zur Erweiterung der Funktionalität
  • Gestaltung benutzerfreundlicher Dashboards zur Visualisierung und Steuerung

6.  Grundlagen der Bussysteme I2C und SPI

  • Einführung in die Bussysteme I2C und SPI
  • Anbindung und Steuerung von Sensoren und Aktoren über diese Bussysteme

7.  Einrichtung und Nutzung von Netzwerkdiensten

  • MQTT: Einrichtung eines MQTT-Brokers, Grundlagen der Kommunikation und erste Anwendungen
  • MySQL: Installation und Konfiguration einer MySQL-Datenbank zur Speicherung und Verwaltung von Sensordaten

Kursziele:

  • Verständnis der grundlegenden Konzepte: Erlernen Sie die Basiswissen, das zum Aufbau einer Home-Automation-Zentrale notwendig ist.
  • Praktische Fähigkeiten: Entwickeln Sie die Fähigkeiten, um Node-RED zu installieren, zu konfigurieren und einfache Automatisierungsprogramme zu erstellen.
  • Integration und Nutzung von Netzwerkdiensten: Erfahren Sie, wie Sie MQTT und MySQL zur Kommunikation und Datenspeicherung in Ihrer Home-Automation-Lösung nutzen können.
  • Grundlagen der Bussysteme: Verstehen Sie, wie Sie verschiedene Sensoren und Aktoren über I2C und SPI in Ihr System integrieren.

Zielgruppe:

Dieser Kurs richtet sich an Technikbegeisterte, Einsteiger in die Heimautomatisierung, Entwickler und alle, die ein grundlegendes Verständnis für den Aufbau einer Home-Automation-Zentrale entwickeln möchten. Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.

Termin:

Der Grundkurs findet am 9. und 16. November (samstags) zwischen 9 und 16 Uhr in der Feldschule in Verl statt.

Aufbaukurs „Fortgeschrittener Aufbau einer Home-Automation-Zentrale mit Node-RED, MQTT und MySQL“

In dem Aufbaukurs liegt der Fokus auf dem Zusammenspiel der drei Komponenten Node-RED, MQTT-Server und mySQL-Server. Innerhalb Node-RED werden weitere Funktionen hinzugefügt und komplexere Flows (Programme) erstellt mit dem Ziel Ihre Home-Automation-Zentrale leistungsfähiger und vielseitiger zu gestalten.

Wir werden die Werkzeuge zur Fehlersuche (debugging) einsetzen und die Bedienung trainieren. Die Weboberfläche (Node-RED-Dashboards) werden auf komplexere Flows angepasst. Spezielle Knoten-Elemente, wie der function-node, werden detailierter behandelt. Mehere Smart-Home-Geräte werden über MQTT-Servcie integriert und es werden Daten in die Datenbank geschrieben.

Auswertungen aus der Datenbank werden erstellt und diese beispielsweise in EXCEL weiterbearbeitet. Möglichkeiten des Zugriffs auf die Home-Automation-Zentrale aus dem Internet werden behandelt.

Kursinhalte:

1.  Zusammenspiel von Node-RED, MQTT-Server und MySQL-Server

  • Integration und Kommunikation zwischen den Komponenten
  • Einrichtung und Konfiguration für optimale Performance

2.  Erweiterte Funktionen in Node-RED

  • Hinzufügen und Nutzung spezieller Knoten-Elemente, wie dem Function-Node
  • Erstellung und Verwaltung komplexerer Flows (Programme)
  • Anpassung der Node-RED-Dashboards für fortgeschrittene Anwendungsfälle

3.  Fehlersuche und Debugging

  • Einsatz von Werkzeugen zur Fehlersuche in Node-RED
  • Methoden und Best Practices für effektives Debugging
  • Training der Bedienung und Fehlersuche in realen Szenarien

4.  Integration von Smart-Home-Geräten über MQTT

  • Anbindung und Steuerung verschiedener Smart-Home-Geräte
  • Verwaltung und Monitoring von MQTT-Nachrichten
  • Implementierung von Sicherheitsmechanismen für MQTT-Kommunikation

5.  Datenmanagement mit MySQL

  • Schreiben und Abrufen von Sensordaten in/von der MySQL-Datenbank
  • Erstellung von Datenbankabfragen und Berichten
  • Export und Weiterbearbeitung von Daten in EXCEL

6.  Erweiterte Visualisierung und Analyse

  • Erstellung komplexer Dashboards zur Visualisierung von Sensordaten
  • Nutzung von Node-RED für fortgeschrittene Datenanalysen
  • Darstellung und Auswertung von Daten in Echtzeit

7.  Zugriff auf die Home-Automation-Zentrale aus dem Internet

  • Möglichkeiten und Methoden des sicheren Fernzugriffs
  • Einrichtung von VPNs oder anderen Zugriffsmethoden
  • Absicherung der Home-Automation-Zentrale gegen externe Bedrohungen

Kursziele:

  • Vertiefung des Fachwissens: Erweitern Sie Ihre Kenntnisse und Fähigkeiten in Node-RED, MQTT und MySQL für eine fortgeschrittene Home-Automation.
  • Komplexe Integration und Steuerung: Lernen Sie, wie Sie mehrere Smart-Home-Geräte integrieren und komplexe Automatisierungsflüsse erstellen.
  • Effektive Fehlersuche: Entwickeln Sie Techniken zur effizienten Fehlersuche und -behebung in Ihrer Home-Automation-Umgebung.
  • Fortgeschrittenes Datenmanagement und -analyse: Erfahren Sie, wie Sie Sensordaten verwalten, analysieren und visualisieren können.
  • Sicherer Fernzugriff: Erlernen Sie sichere Methoden, um aus der Ferne auf Ihre Home-Automation-Zentrale zuzugreifen und sie zu steuern.

Zielgruppe:

Dieser Kurs richtet sich an fortgeschrittene Nutzer, die bereits grundlegende Erfahrungen mit Node-RED, MQTT und MySQL haben und ihre Fähigkeiten auf das nächste Level heben möchten. Er ist ideal für Entwickler, IT-Profis und Heimautomatisierungs-Enthusiasten, die ihre Home-Automation-Projekte weiter ausbauen und optimieren wollen.

Termin:

Der Aufbaukurs findet am 23. und 30. November (samstags) zwischen 9 und 16 Uhr in der Feldschule in Verl statt.

Die Home-Automation-Zentrale in der Cloud (Remote-Kurse)

Alternativ zum Raspberry PI kann die Home-Automation-Zentrale auch über eine Cloud-Lösung auf einem Server gestaltet werden, der für wenig Geld bei einem Hoster gemietet werden kann. Die Kurse zu dieser Lösung finden online via Webex statt.

Elementare Container Grundlagen („Docker“)

(Docker-)Container sind eine Technologie, die es ermöglicht, Anwendungen und ihre Abhängigkeiten in isolierten, leichtgewichtigen Umgebungen auszuführen. Sie bieten eine konsistente Laufzeitumgebung, unabhängig davon, wo sie betrieben werden – sei es auf einem Entwicklerrechner, in einem Testsystem oder in der Produktion. Container spielen eine bedeutende Rolle in der Home-Automation, da sie mehrere Vorteile bieten, die die Entwicklung, Bereitstellung und Verwaltung von Smart-Home-Lösungen vereinfachen und optimieren.

Dieser Kurs ist perfekt für Einsteiger, die die Basis von Docker verstehen und praktische Fähigkeiten im Umgang mit Containern erwerben möchten.

Kursinhalte:

  • Einführung in Docker: Was sind Container und warum sind sie so revolutionär? Wir erklären die grundlegenden Konzepte und Vorteile der Containerisierung.
  • Installation und Einrichtung: Schritt-für-Schritt-Anleitungen zur Installation von Docker auf verschiedenen Plattformen (Windows, macOS, Linux).
  • Grundlegende Docker-Kommandos: Lernen Sie, wie Sie Container erstellen, verwalten und löschen. Wir behandeln die wichtigsten Docker-Befehle und ihre Anwendung.
  • Arbeiten mit Docker Images: Erfahren Sie, wie Docker Images funktionieren, wie man sie erstellt, speichert und aus öffentlichen Repositories bezieht.
  • Dockerfile und Image-Erstellung: Einführung in das Schreiben von Dockerfiles zur Automatisierung der Image-Erstellung.
  • Docker Compose: Übersicht und praktische Übungen zur Nutzung von Docker Compose für die Orchestrierung mehrerer Container.
  • Netzwerke und Volumes: Grundlegendes Verständnis der Netzwerk- und Speicherverwaltung in Docker.
  • Best Practices und Sicherheitsaspekte: Tipps und Empfehlungen für den effektiven und sicheren Einsatz von Docker in verschiedenen Umgebungen.

Kursziele:

  • Verständnis der Container-Technologie: Erfahren Sie, wie Docker Container die Entwicklung und Bereitstellung von Anwendungen revolutionieren.
  • Praktische Fähigkeiten: Bauen Sie Ihre ersten Docker Container und lernen Sie, wie Sie sie effizient verwalten.
  • Automatisierung: Erstellen und konfigurieren Sie Docker Images und Container mit Dockerfiles und Docker Compose.
  • Anwendung in der Praxis: Erhalten Sie Einblicke in die Anwendung von Docker in realen Projekten und Umgebungen.

Zielgruppe:

Dieser Kurs richtet sich an IT-Interessierte, Softwareentwickler, Systemadministratoren und alle, die ein grundlegendes Verständnis von Docker und Containerisierung erlangen möchten. Vorkenntnisse sind nicht erforderlich.

Termin:

Der Container-Grundlagen-Kurs findet am 4. Dezember zwischen 18 und 21 Uhr online statt.

Grundkurs „Aufbau und Inbetriebnahme einer Cloud basierten Home-Automation-Zentrale“

Smarte Heimautomatisierung wird immer populärer. Lernen Sie, wie Sie eine cloud-basierte Home-Automation-Zentrale aufbauen!

In diesem Grundkurs erfahren Sie, wie Sie mit Node-RED, MQTT und MySQL eine leistungsfähige und flexible Lösung entwickeln, um Ihr Zuhause intelligent zu steuern und zu überwachen.

Kursinhalte:

1.  Einführung in Home-Automation und Cloud-Technologien

  • Grundlagen der Heimautomatisierung
  • Vorteile und Einsatzmöglichkeiten von Cloud-Technologien

2.  Einrichtung der Entwicklungsumgebung

  • Installation und Konfiguration von Node-RED
  • Einführung in MQTT und Einrichtung eines MQTT-Brokers (Mosquitto)
  • Setup einer MySQL-Datenbank zur Speicherung von Sensordaten

3.  Grundlagen von Node-RED

  • Benutzeroberfläche und grundlegende Konzepte
  • Erstellung von Flows zur Steuerung und Überwachung von Geräten
  • Integration von MQTT für die Kommunikation zwischen Geräten

4.  Verbindung und Steuerung von Smart-Home-Geräten

  • Anbindung von Sensoren und Aktoren
  • Nutzung von MQTT zur Datenübertragung und Steuerung
  • Speicherung und Abruf von Daten in MySQL

5.  Datenvisualisierung und Dashboard-Erstellung

  • Erstellung von Dashboards in Node-RED zur Visualisierung von Sensordaten
  • Echtzeitüberwachung und -steuerung über das Webinterface

6.  Best Practices und Sicherheitsaspekte

  • Absicherung der Kommunikation und Datenübertragung
  • Backup und Wiederherstellung von Konfigurationen und Daten
  • Optimierung der Systemleistung

Kursziele:

  • Verständnis für cloud-basierte Home-Automation: Lernen Sie die Grundlagen und Vorteile einer cloud-basierten Zentrale für Ihr Smart Home.
  • Praktische Fähigkeiten in Node-RED, MQTT und MySQL: Erwerben Sie Kenntnisse in der Konfiguration und Nutzung dieser Schlüsseltechnologien zur Umsetzung Ihrer Home-Automation-Projekte.
  • Integration und Automatisierung: Verstehen Sie, wie Sie verschiedene Smart-Home-Geräte miteinander vernetzen und automatisierte Abläufe erstellen können.
  • Sicherheitsbewusstsein: Erhalten Sie Einblicke in die Absicherung Ihrer Home-Automation-Lösung gegen unbefugten Zugriff und Datenverlust.

Zielgruppe:

Dieser Kurs richtet sich an Technikbegeisterte, Heimautomatisierungs-Fans, Entwickler und alle, die ihr Zuhause smarter machen möchten. Grundlegende IT-Kenntnisse sind von Vorteil, aber nicht zwingend erforderlich.

Termin:

Der Grundkurs findet ab dem 22. Januar 2025 (mittwochs) an vier Terminen zwischen 18 und 22 Uhr online statt.

Aufbaukurs „Erweiterung und Optimierung der Cloud basierten Home-Automation-Zentrale“

Mit diesem Kurs vertiefen Sie Ihr Wissen und erweitern Sie Ihre Fähigkeiten im Bereich der Heimautomatisierung! In diesem Aufbaukurs lernen Sie fortgeschrittene Techniken und Best Practices, um Ihre cloud-basierte Home-Automation-Zentrale mit Node-RED, MQTT und MySQL noch leistungsfähiger und vielseitiger zu gestalten.

Kursinhalte:

1.  Fortgeschrittene Node-RED-Techniken

  • Erstellung komplexer Flows und Subflows
  • Nutzung von Node-RED-Contribs zur Erweiterung der Funktionalität
  • Fehlerbehandlung und Debugging von Flows

2.  Erweiterte MQTT-Nutzung

  • Qualität der Dienststufen (QoS) und ihre Anwendung

3.  Erweiterte MySQL-Datenbankintegration

  • Optimierung der Datenbankstruktur und Abfragen
  • Verwendung von Stored Procedures

4.  Integration weiterer Smart-Home-Technologien

  • Anbindung und Steuerung von Geräten über andere Protokolle

5.  Datenanalyse und Visualisierung

  • Fortgeschrittene Techniken zur Datenvisualisierung in Node-RED

6.  Sicherheit und Datenschutz

  • Implementierung von Nutzerauthentifizierung und -autorisierung in Node-RED
  • Best Practices zur Sicherung der gesamten Home-Automation-Infrastruktur

Kursziele:

  • Vertiefung des Fachwissens: Erweitern Sie Ihre Kenntnisse und Fähigkeiten in Node-RED, MQTT und MySQL.
  • Fortgeschrittene Integration: Lernen Sie, wie Sie weitere Technologien und Protokolle in Ihre Home-Automation-Zentrale einbinden.
  • Optimierung und Skalierung: Erfahren Sie, wie Sie Ihre Systeme für höhere Leistung, Skalierbarkeit und Sicherheit optimieren.

Zielgruppe:

Dieser Kurs richtet sich an fortgeschrittene Nutzer, die bereits grundlegende Erfahrungen mit Node-RED, MQTT und MySQL haben und ihre Fähigkeiten auf das nächste Level heben möchten. Er ist ideal für Entwickler, IT-Profis und Heimautomatisierungs-Enthusiasten, die ihre Home-Automation-Projekte weiter ausbauen und optimieren wollen.

Termin:

Der Aufbaukurs findet ab dem 5. März 2025 (mittwochs) an vier Terminen (samstags) zwischen 18 und 22 Uhr online statt.

Technische Trainings

Die technischen Trainings bauen auf den Kursen zu Home-Automation auf und ergänzen diese in Hinblick auf den Betrieb einer eigenen „Home-Automation-Zentrale“ Lösung.

Die Trainings gehen auf spezielle Facetten gezielt und intensiver ein. Die Durchführung erfolgt als Remote Webkonferenz über Webex. Auf diese Art und Weise können die Teilnehmer in Ihrer eigenen Umgebung eine Umsetzung direkt verproben oder es kann bei Problemen gemeinsam an einer Lösung gearbeitet werden.

  • VPN
  • ESP/ Tasmota
  • Docker
  • Grafana