Sensoren

Im Rahmen dieser dezentralen Heimautomatisierung sind Sensoren "intelligente Geräte". Sie unterscheiden sich daher deutlich von einem klassischen Sensor, der lediglich ein physikalische Größe in ein elektrisches Signal umformt. Ein Sensor der dezentralen Heimautomatisierung enthält meist einen klassischen Sensor, den wir in Anlehnung an die Messtechnik (DIN 1319) hier als Aufnehmer bezeichnen. Wenn erforderlich, verwenden wir zur Unterscheidung vom klassischen Sensor für das "intelligente Gerät" den Begriff DHA-Sensor.

Autarkes Gerät

Sensoren der DHA sind grundsätzlich autark. Das bedeutet, sie führen vernünftige (ggf. vordefinierte) Messaufgaben aus, auch wenn keine ihrer Schnittstellen bedient wird. Bei der Konzeption einer dezentralen Heimautomatisierung geht man zunächst von den Punkten aus, die man direkt messen möchte (z.B. Raumtemperatur) und entwickelt (kauft) ein (einzelnes) Gerät, das diese Messung vornimmt. Angenommen, dies sei (vorerst) das einzige Gerät, so muss es doch die Wünsche des Heimbewohners erfüllen können, also eine Funktionalität aufweisen, die zum Einsatz anregt. Zum Beispiel soll der Heimbewohner über die Wartungsschnittstelle einstellen können, dass bei bestimmten Temperaturen ein Alarm ausgelöst oder eine andere Messwertauflösung benutzt wird. Angenommen, mehrere Hersteller bieten Sensoren für die Messung der Raumtemperatur an, so soll bereits ein Wettbewerb über deren Fähigkeiten (und Preise) stattfinden, ohne dass ein anderes Gerät dazu gekauft wird. Aus dieser Sicht hätte z.B. ein Sensor mit Anzeige einen vergleichsweise hohen Stellenwert (siehe aber folgenden Abschnitt).

Messwertanzeige

Bei der Betrachtung eines Sensors als autarkes Gerät liegt der Begriff Messgerät nahe und wir erwarten als Nutzer eines solchen Gerätes eine Anzeige des Messwertes. Allerdings gehen wir hier schließlich von vernetzten Geräten aus und da bietet es sich an, zur Anzeige ein weiteres Gerät, z.B. ein Smartphone, zu verwenden. Das kann in der Kombination preiswerter sein, als ein Sensor mit Anzeige, zumal das Smartphone für alle installierten Sensoren eingesetzt werden kann. Geeignete Smartphones gibt es bereits für ca. 50.-€ (Neupreis). Im Rahmen des DHA-Projektes wird auch Software (APPs für Android, auch mit Quellcode) zur Verfügung gestellt, mit der das gesamte System (Werte und Zustände) auf dem Smartphone betrachtet werden kann.

Auch Sensoren, deren physikalische Schnittstelle nicht WLAN oder Ethernet ist (siehe unten, Energieversorgung), werden über eine sog. Bridge und den obligatorischen Router (siehe Netzwerk) auf dem Smartphone sichtbar.

Komponenten (Module)

Komponenten eines Sensors

Ein Sensor enthält mehrere Komponenten bzw. Module, die seine grundsätzlichen Eigenschaften ermöglichen. Bei der Entwicklung eines Sensors sollte man sich an dieser Struktur orientieren. Die verfügbare Software (Open Source) für die Dezentrale Heimautomatisierung ist auch entsprechend dieser Struktur geordnet.

Energieversorgung

Die erforderliche Leistung für die Energieversorgung wird durch den Energiebedarf der Elektronik bestimmt. Zur Elektronik gehören hier auch die Schnittstellen. Auf sie entfällt oft ein großer Anteil der benötigten Leistung, insbesondere WLAN hat einen großen Energiebedarf. Es liegt deshalb nahe, für Sensoren eine weniger energiehungrige Schnittstelle als WLAN zu verwenden. Hier werden u.a. ZigBee, ZWave oder Bluetooth 5.0 angeboten. Für die Umsetzung beliebiger Schnittstellen auf WLAN und Ethernet werden bei der DHA Koppelstationen eingesetzt.

Aufnehmer

Der Aufnehmer erfasst die gewünschte physikalische Größe, also die Temperatur, den Druck, die Lichtintensität, etc. Aber auch Eingaben durch den Heimbewohner. Ein Schalter, Taster oder eine Tastatur sind Aufnehmer und gehören zum Sensor. Auch definierte Informationen aus dem Internet (z.B. das aktuelle Wetter oder die Wettervorhersage) sind Sensordaten, die von einer speziellen Koppelstation zyklisch aus dem Internet geholt und per Rundruf in der DHA publiziert werden.

Wartungsschnittstelle

Über diese Schnittstelle kann der Kunde "seinen" Sensor nach seinen Wünschen parametrieren und programmieren. Da hier auch der größte Einfluss bei einem Missbrauch der Heimautomatisierung möglich ist, kommen besondere Sicherheitskonzepte für die Nutzung zum Tragen. Soll z.B. ein Firmware-Update durch den Hersteller möglich sein, so ist dafür ein spezieller, vom Heimbewohner ausgelöster Kommunikationsvorgang erforderlich.

Bei einfachen Sensoren wird die Wartungsschnittstelle nur wenige Funktionen haben und nicht programmierbar sein. Aber wenn es z.B. darum geht, bestimmte Informationen aus dem Internet zu holen oder die Funktion von Eingaben (Schalter, etc.) zu erweitern (z.B. zeitabhängige Bedeutungen festzulegen), dann wird die Programmierschnittstelle wichtig.

Betriebsschnittstelle

Über die Betriebsschnittstelle wird der Verbund aller Geräte zur Dezentralen Heimautomatisierung hergestellt. Es wird grundsätzlich über Rundruf (Broadcast) kommuniziert, so dass jedes Gerät wissen kann, was irgendein anderes Gerät gerade tut.

Beim Sensor wird der Messwert (z.B. auch Schalterzustand) zyklisch per Rundruf übertragen und steht damit jedem Gerät der Heimautomatisierung zur Verfügung (s.o. Messwertanzeige).

Speicher

Sensoren sollen auch lernfähig sein. Entweder sie werden über die Wartungsschnittstelle "geschult" oder sie haben lernfähige Algorithmen bzw. erzeugen eigene Parameter für bestimmte Abläufe. Dafür ist ein nichtflüchtiger Speicher erforderlich, der die erlernten Informationen (Parameter) enthält. Die Lernfähigkeit ist bei Sensoren nicht so relevant, wie bei Aktoren. Aber die Parameter der enthaltenen Messkette müssen änderbar sein und gespeichert werden können.

Zustandsmaschine

Die Zustandsmaschine ist das eigentliche "Gehirn" des Sensors. Darin drücken sich seine Möglichkeiten aus. Man könnte auch sagen, je mehr Zustände ein Sensor hat, desto intelligenter ist er.