Entwurf und Implementierung einer IoT Plattform für ein Energiemanagementsystem zur Hausautomatisierung


Ziel dieser Arbeit ist die Weiterentwicklung des Projektes Smart Leiste, welches von M. Diekhof im Jahr 2013 mit der Arbeit "Entwicklung und Aufbau eines vernetzten, selbstorganisierenden und modularen Master/Slave ARM-Mikrocontroller Systems für regelungstechnische Aufgaben" begonnen wurde. Dabei handelt es sich um eine Mikrocontrollergesteuerte Steckdosenleiste, mit einer Ethernet-Schnittstelle und Anschlussmöglichkeitenfür diverse Sensortypen. Das Projekt wurde seit 2013 durch Studien- und Abschlussarbeiten von Studenten der Hochschule Emden/Leer ständig weiterentwickeltund verbessert, zuletzt im Jahr 2018 von P. Heeren in seiner Arbeit "Entwicklung einer Android-App zur Steuerung und Konfiguration von intelligenten Steckdosenleisten zur Hausautomation".

In der neusten Iteration wurde das Projekt nun in die bestehende Open Source IoT Plattform ioBroker integriert, um eine standardisierte Schnittstelle für die Außenwelt bereitzustellen und von anderen Projekten und Systemen profitieren zu können. Die übergreifende Zielsetzung dieses Projektes ist es, den Energieverbrauch eines Haushaltes effizienter zu gestalten. Dazu sollen der Energieverbrauch des Hauses, sowie der Energiegewinn durch eine Photovoltaik Anlage erfasst und ausgewertet werden, um die verfügbare Energie zu jedem Zeitpunkt größtmöglich ausnutzen zu können.

Als Letztes wurde eine Anwendung erstellt, welche die Energiedaten des Hauses und die Energieprognosedaten der Photovoltaikanlage verwendet, um einen optimalen Schaltzeitplan für ausgewählte Verbraucher zu erstellen.



Das neue Gesamtsystem, welches in dieser Arbeit implementiert wurde, ist in der obigen Abbildung zu sehen. Die bereits bestehenden Systemkomponenten sind oben rechts mit grauer Kontur dargestellt. Die Smart Leisten werdenüber einen Adapter, welcher in dieser Arbeit entwickelt wurde, in ioBroker eingebunden. Die Energiedaten des Hauses und der Photovoltaikanlage werden über Leseköpfe des Volkszähler-Projektes aus digitalen Stromzählern ausgelesen. Hinzu kommen weitere Adapter, die in dieser Arbeit entstanden sind (Volkszähler, Energie Optimierung und Wetterdaten), um die Energienutzung des Hauses auszuwerten und effizienter zu gestalten. Der History Adapter ist bereits gegeben und zeichnet gewünschte Daten von ioBroker in einer Datenbank (hier InfluxDB) auf. Die Datenbank besteht aus zwei verschiedenen Datenbanksystemen (MySQL und InfluxDB).

Abschließend wurde eine Bewertung und ein Ausblick über die Zukunft des Smart Leisten Projektes im Vergleich mit konkurrierenden Produkten und Lösungen aus dem Bereich Smart Home und dem Hardwareentwurf im Bezug auf den aktuellen Stand der Technik gegeben.