Blog Post

KNX-Testaufbau (Mini-Testboard) mit Raspberry Pi und knxd

Wie ihr vielleicht in einem früheren Beitrag schon gelesen habt, haben wir uns für KNX als Automatisierungs-Basis unseres Heims entschieden. Vor einigen Tagen haben wir uns hierzu eine Test-Schaltung zusammengebaut, mit der man prima im Vorfeld üben kann.

Es gibt einige Stimmen, die sagen dass ein physisch aufgesetztes Testbrett gar nicht notwendig ist: Schließlich kann man auch alles über die Software simulieren. Ein reales Testbrett mit allen notwendigen Hardware-Komponenten verbessert aus unserer Sicht allerdings das Gesamtverständnis des Systems ungemein:

  • Wie lassen sich konkret die Leitungen bearbeiten (zuschneiden, abmanteln, abisolieren)?
  • Sind Schraub- oder Steck-Klemmen besser?
  • Welche Ader wird wo angeschlossen?
  • Wie funktionieren Reihen- und Durchgangsklemmen?
  • Wie funktioniert die tatsächliche Parametrierung der Geräte (Applikation, Partielle Programmierung, etc)?
  • Wie ist das Dimmverhalten (bei LED- und Dimm-Aktoren)?
  • Funktioniert meine Do-It-Yourself-KNX-IP-Schnittstelle (TUL + knxd)?
  • …und noch mehr…


WARNUNG!

Alle Angaben sind ohne Gewähr – wir sind keine Profis, keine Elektro-Fachkräfte. Unsere Anleitung beschreibt wie man es machen kann, NICHT wie es ggf. richtig wäre.

Arbeiten an spannungsführenden Teilen kann lebensgefährlich sein! Bitte zieht hiebei immer einen Elektriker eures Vertrauens hinzu.

Prämissen

Unser Testbrett soll mit wenig Geld nach Möglichkeit kostensparend aufgesetzt werden. Die verwendeten Geräte werden so ausgewählt, dass sie später auch in unserem Neubau tatsächlich Anwendung finden können. Um die Kosten zu senken, werden wir nur einen einzigen Schaltaktor (3 Kanäle) und ein Sensor-Gerät (2 Kanäle Tasterinterface) verwenden. Dazu kommt eine selbst zusammengebaute IP-Schnittstelle/Router-Komponente, die uns über das Heimnetzwerk (LAN) mit dem KNX-Bus verbindet. Dazu später mehr.


Geräteauswahl

Die Hardware-Liste sieht aus wie folgt:

Die Gesamtkosten liegen bei ca. 670 EUR. Die relativ hohen Kosten lassen sich primär durch die Auswahl eher höherwertigen Geräte – die später in unserem Neubau Verwendet werden können – erkären. Die Spannungsversorgung ist mit 640 mA recht üppig gewählt – für ein Testboard unserer Ausmaße würde auch ein kleineres (160 mA) ausreichen. Zudem ist der Schaltaktor mit einem teueren Wirkleistungsmessinstrument ausgestattet. Dieser erlaubt eine Messung aller relevanter Stromdaten (Leistung, Spannung, Verbrauch, etc.) und erlaubt somit eine Reihe interessanter Szenarien (Abschaltung bei Last-Überschreitung, Nachricht bei Last-Unterschreitung, Gesamtkosten-Aufzeichnung, usw.).

Wir packen alle Geräte (bis auf den Sensor) in einen übersichtlichen Kleinverteiler auf Hutschienen. Der Kleinverteiler selbst wird auf einer einfachen MDF-Holzplatte aufgeschraubt. Aus dem Kleinverteiler werden die Busleitung (grün, KNX) sowie die Anschlussleitung (weiss, 230V) herausgeführt.

Das Spannungsversorgungs-Modul ist unverzichtbar und versorgt die KNX-Komponenten mit der notwendigen Spannung – dadurch wird die Kommunikation auf dem Bus erst ermöglicht. Der Schaltaktor schaltet über zwei separate Kanäle einfache Steckdosen, an die beliebige Verbraucher (Lampen, Staubsauger, …) angeschlossen werden können.

Am Tasterinterface können Taster oder Schalter angeschlossen werden. Wir üben hier zusätzlich mit einem sog. „Reed-Kontakt“: Dieser enthält im Inneren einen Schließkontakt, der in der Nähe eines Magnetfeld den Stromkreis schließt. Üblicherweise werden solche Kontakte in Fenstern und Türen eingesetzt, um festzustellen ob diese verriegelt, geöffnet oder gekippt sind. Ein solcher Reedkontakt lässt sich ohne Weiteres an einem Tasterinterface anschließen. Alternativ kann man auch einen sog. „Binäreingang“ (potentialfrei) verwenden.

Der Kontakt zum KNX-Bus wird über einen speziellen USB-Adapter-Stick (Busware TUL) hergestellt. Dieser wird an einem Raspberry Pi betrieben. Der Hersteller des Sticks beschreibt auf seinen Produktseiten wie man die passende Firmware aufspielen kann. Eine Software namens „knxd“ (ein Dienst auf dem Raspberry Pi) nutzt den TUL und regelt wie ein herkömmlicher LAN-Router die Kommunikation mit der Außenwelt. Alternativ sind natürlich andere KNX-Schnittstellen möglich: KNX-USB-Interface, KNX-RS232-Interface (veraltet), KNX-IP-Schnittstelle, KNX-IP-Router.

Die Selbstbau-Lösung basierend auf dem Triumvirat knxd & TUL & Raspberry Pi kostet mit rund 100 EUR etwa nur ein Drittel im Vergleich zu einem dediziertem, nativien KNX-IP-Router-Gerät. Diese sind schon ab ca. 280 EUR zu haben, besitzen aber in der Regel auch nicht mehr Features als unsere bescheidene „Bastellösung“.

Hinweis!

Wir achten zusätzlich beim Zusammenbau auf:

  • Korrekte Polung der Anschlüsse
    (euer Gerät ist u. U. nicht verpolungssicher – Spannungsprüfer nutzen!)
  • Zugentlastung der Anschluss-Leitung (230V)
  • Sicherung gegen versehentliches Abziehen
  • Berührungssichere Abdeckung der spannungsführenden Teile
  • Übersichtliche Verlegung der Leiter (über Sammelschienen & Co.)
  • Hauptabschalter, um die gesamte Anlage spannungslos zu schalten

Software

Softwareseitig läuft auf unserem Raspberry Pi ein Debian Linux (hier Wheezy; auf Jessie hat die knxd-Installation seltsamerweise gestreikt…). Die knxd-Installation ist denkbar einfach und ist auf der Projekt-Seite beschrieben. Der Busware TUL-Stick wird mit wenigen Kommandozeilen-Anweisungen mit einer Firmware bestückt. Die Codezeile:

DAEMON_ARGS="-u /tmp/eib -u /var/run/knx -i -D -T -R -S -b tpuarts:/dev/ttyACM0"

innerhalb der /etc/default/knxd sorgt dafür, dass der knxd nach dem Neustart sofort über den TUL als vollwertiger KNX-Router auf dem Bus einsatzbereit ist.

Zusätzlich benötigt man zwingender-weise ein Windows-System (oder innerhalb einer Virtual Machine) für die ETS-Software. Einzig und allein mit dieser Software lassen sich alle KNX-zertifizierten Geräte parametrieren und überhaupt grundsätzlich in Betrieb nehmen. Für unsere Testaufbau-Zwecke reicht momentan auch die kostenlose ETS5 Demo-Version vollkommen aus, die bis zu 5 verschiedene KNX-Geräte innerhalb eines Projekts unterstützt (ein Gerät = eine physikalische Adresse). Innerhalb der ETS (Bus -> Verbindungen -> Schnittstelle) kann das TUL-Interface einfach über die IP-Adresse des Raspberry Pi (Port 3671) eingebunden werden:


Eine gut dokumentierte Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Thema KNX-Schnittstellen findet man auf dem empfehlenswerten MeinTechBlog.de. Hier wird zwar noch von eibd (Vorgänger von knxd, der aktuell nicht mehr aktiv weiterentwickelt wird) gesprochen, sonst sind die Hinweise aber zweifellos hilfreich.

Optional, aber auch ganz nützlich ist die Einbindung von KNX auf unserem Test-Automatisierungs-Server FHEM (läuft auf dem selben Raspberry Pi wie der knxd) – hier reicht bereits ein Einzeiler:

define tul TUL eibd:localhost 0.0.1

damit FHEM die KNX-Kommunikation mithört und für alle Gruppenadressen automatisch die (häufig) passenden Geräte anlegt:

Hilfreiches Werkzeug

„Right tool for the right job!“ – Um unser Testboard aufzusetzen haben wir wirklich nützliche Werkzeuge genutzt, die wir euch uneingeschränkt weiterempfehlen möchten:

Einige der von uns genutzten Werkzeuge sind auch den Bildern unten zu erkennen.

Das war’s! Nun da ihr wisst wie es geht: Macht es bitte nicht Zuhause nach! Es ist zwar nicht verboten eine „elektrische Anlage“ wie hier gezeigt aufzusetzen, allerdings es kann bei Fehlern lebensgefährlich sein – fragt bitte euren Elektriker. 🙂

Comments (10)

  1. Produktgarantie von MDT | smarthomebau.de Mittwoch, 30UTCWed, 30 Dec 2015 18:44:19 +0000 30. Dezember 2015 at 18:44 Antworten

    […] habt ihr in unserem letzten Beitrag über unser KNX-Testboard gelesen. Unter anderen haben wir dort den Schaltaktor AZI-0316.01 von MDT – einem […]

  2. Berührungslos Schalten – Kapazitive Sensoren | smarthomebau.de Freitag, 12UTCFri, 12 Feb 2016 17:23:12 +0000 12. Februar 2016 at 17:23 Antworten

    […] werden sich noch an unser KNX-Testaufbau-Board erinnern. Wir werden dieses bekannte Setup nutzen, um einen „magischen“ Sensor […]

  3. Markus Montag, 08UTCMon, 08 Aug 2016 20:48:58 +0000 8. August 2016 at 20:48 Antworten

    „Es ist zwar nicht verboten eine „elektrische Anlage“ wie hier gezeigt aufzusetzen“….leider doch!

    Schade, auf den ersten Blick ordentlicher Aufbau und sauber gearbeitet. Mit Fachkenntnis und ohne Mehraufwand wäre der Verteiler sogar sicher:
    z.B. der Schutleiter darf nicht abschaltbar sein und MUSS überall in grün-gelb bis an die Steckdosen geführt sein,
    der Neutralleiter MUSS in blau geführt sein!
    Jetzt noch die Anschlussleitung zugentlasten und die Kiste ist einigermaßen in Ordnung.

    Es geht hier zwar um die Funktion, jedoch hat auch der Schutz zu unserer Sicherheit einen gewissen Stellenwert, damit wir alle weiterhin gesund bleiben und weiterhin „basteln“ können.

    Daher mein Hinweis, als Hilfestellung für die Zukunft gemeint.

    1. smarthomebau.de Donnerstag, 11UTCThu, 11 Aug 2016 07:04:23 +0000 11. August 2016 at 07:04 Antworten

      Moin Moin, Markus!

      Herzlichen Dank für deinen Beitrag! Ich habe bisher verzweifelt auf eine Rückmeldung eines Fachkundigen gewartet. Weder in mir bekannten Büchern, noch aus anderen Quellen ist mir eine Beschreibung bekannt, die einen mustergültigen Aufbau nach allen Regeln der Kunst darstellt! Deshalb muss man sich als interessierter Laie langsam herantasten.

      Die Sicherheit steht natürlich an erster Stelle – deshalb werde ich den Artikel demnächst entsprechend deinen Vorschlägen aktualisieren. Dann ist das für die kommenden Generationen von „Elektrik-Hobbyisten“ festgehalten. 😉

      Was mit allerdings noch unklar ist: Warum soll es verboten sein eine Anlage als Laie aufzubauen? Welches Recht gilt hier genau? Vielen Dank!

      Viele Grüße nach Hamburg!

  4. Ramer Mittwoch, 31UTCWed, 31 Aug 2016 20:32:12 +0000 31. August 2016 at 20:32 Antworten

    Moin Moin

    Grundsätzlich spricht nichts dagegen das ein Laie ein solches Erzeugnis herstellt solange es den gängigen Normen und Vorschriften entspricht, was hier leider nicht der Fall ist, Die Schaltgerätekombination muss gem EN61439-1 & EN61439-3 erstellt werden und einer enstprechenden Überprüfung unterzogen werden. Alleine diese Überprüfung ist für einen Laie bereits nicht mehr machbar da dies spezielle Messgeräte sowie Fachkentnisse erfordert.

    Die Idee hinter dem Tut finde ich sehr gut. Leider ist sobald es in den Bereich der Niederspannung gelangt ein bisschen schwierig….

    Gruss Ramer

    1. smarthomebau.de Mittwoch, 31UTCWed, 31 Aug 2016 20:51:21 +0000 31. August 2016 at 20:51 Antworten

      Danke Ramer!

      Was mir immer noch unklar ist: Was ist der schlimmste Fall, der mir als Unkundigen droht, ein solches „Erzeugnis“ herzustellen? Gibt es evtl. rechtliche/juristische Konsequenzen? Wie weit darf man eigentlich als Laie überhaupt gehen?

  5. Niko Freitag, 02UTCFri, 02 Sep 2016 15:37:38 +0000 2. September 2016 at 15:37 Antworten

    Hi Markus

    bzgl der „preiswerten KNX Schnittstelle“, wenn ich ich es richtig verstehe, kann ich mit dieser Komposition (RPI, Busware TUL USB-Stick) einen vollwertigen KNX IP Router bauen ?! Ich spiele aktuell mit dem Gira HS und der soll nur über Routing mit dem Bus können. Leider hab ich einen Weinzierl 730 im Einsatz und komme da nicht weiter. Da bereits ein RPI mit eibd und CV (CometVisu) vorliegt, könnte ich mit dieser Erweiterung preiswert den KNX IP Router bauen. Richtig?

    Gruß Niko

    1. smarthomebau.de Freitag, 02UTCFri, 02 Sep 2016 16:57:05 +0000 2. September 2016 at 16:57 Antworten

      Richtig! 🙂

  6. 42 Donnerstag, 20UTCThu, 20 Jul 2017 21:00:05 +0000 20. Juli 2017 at 21:00 Antworten

    Hi, bin absoluter Neuling in Sachen SmartHome 😉
    Habe vor eine neue Wohnung mit Smarten Rollläden auszustatten zu lassen.
    Dafür will ich mithilfe von KNX eine Schnittstelle zwischen den Aktoren und OpenHab2 (KNX-Binding http://docs.openhab.org/addons/bindings/knx1/readme.html) erstellen.
    Ich habe OpenHab2 auf einem PI unter Linux installiert.
    Wissen Sie ob es möglich ist das zu verbinden? oder benötige ich dafür weitere Hardware?
    Meine Kenntnisse sind jetzt
    Elektriker macht alles bis zum Bus-System und dann kann ich mit dem PI mich drauf schalten.
    Ist das So Korrekt?

    1. smarthomebau.de Freitag, 21UTCFri, 21 Jul 2017 09:42:48 +0000 21. Juli 2017 at 09:42 Antworten

      Servus 42!

      Mindestanforderung für KNX:

      -Spannungsversorgung KNX
      -Schnittstelle (USB/IP)
      -ETS5 oder ETS Inside zum (initialen) Parametrieren
      -Für Rolladen: Zusätzlich Rollladen/Jalouie-Aktor

      OpenHAB2 hat natürlich ein KNX-Binding. Raspberry PI + knxd kann sich über eine Schnittstelle mit dem KNX-Bus verbinden. Somit könnte man über OpenHAB2 die Rollläden sowie alles Andere steuern.

      Einen erfahrenen KNX-Elektriker hinzuzuziehen ist zu empfehlen! 🙂

      Viel Erfolg!

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

Verwandte Themen

Taster ohne Abdeckung
Taster-Konzept: Praktischer Versuchsaufbau (Hands-On)

So, Freunde der Sonne: Wir haben ja bereits vor langer Zeit versprochen das Taster-Konzept…

Intelligenter Briefkasten: Version 2.0 – „Arduino-Edition“

Wer unseren bescheidenen Blog verfolgt, kennt unser Lieblings-Projekt: Den „Intelligenten Briefkasten“. Wir haben schon…

Berührungslos Schalten – Kapazitive Sensoren

Liebe Freunde der beeindruckenden Features, heute haben etwas Bemerkenswertes für euch, das nicht jeder…

Raspberry Pi: Internet-Geschwindigkeit-Tests automatisieren (kurz & gut)

Der kostengünstige Einplatinen-Rechner Raspberry Pi lässt sich für viele Dinge (miss-)brauchen. Mitunter messen wir…

Smarter Briefkasten
Intelligenter Briefkasten: Version 1.5 – „RED-Edition“

Liebe Freunde und verehrte Briefträger, gebt es zu: Gibt es etwas schöneres als eine…

Smart E-Mailbox
Schatz, du hast Post! Intelligenter Briefkasten 1.0 [TEIL 2/2]

Bereits im ersten Teil des Posts haben wir den ersten Prototypen des Smarten Briefkastens…

Smart Mail Box
Schatz, du hast Post! Intelligenter Briefkasten 1.0 [TEIL 1/2]

Heute gibt es eine Weltpremiere! Wir stellen heute einen vernetzten Briefkasten vor, der selbständig…