Raspberry Pi ZigBee Gateway: RaspBee Aufsteckmodul

Update: Der Raspbee und Conbee haben einen Nachfolger bekommen. Einen Überblick zu den Neuigkeiten und Unterschieden den RaspBee II und ConBee II erhaltet ihr in diesem Beitrag. „RaspBee II und ConBee II verwandeln Raspberry Pi und andere Rechner in einen cloudfreien ZigBee Gateway„

Wer bei seinem Smart Home in die ZigBee Welt einsteigen möchte oder bereits auf den beliebten Funkstandard setzt, der wird früher oder später auf die ein oder anderen Probleme stoßen, wenn man Geräte von mehreren Herstellern nutzen möchte. Bei mir hat das Ganze mit Philips Hue angefangen und schnell waren als Ergänzung noch smarte Steckdosen von Osram und diverse IKEA Tradfri Lampen im Einsatz. Mit dem Philips Hue Gateway kann man glücklicherweise auch ZigBee Geräte von ein paar anderen Herstellern hinzufügen und steuern – so war das mit Osram und IKEA bisher kein Problem bei mir. Es gibt aber auch noch eine Vielzahl an weiteren Herstellern, wo das leider nicht mehr klappt und man auf den Hersteller-eigenen Gateway angewiesen ist. Ein Beispiel ist hier Xiaomi! Xiaomi bietet mit seinem Mijia bzw. Aqara System ein großes Sortiment an Smart Home Geräten wie Schaltern und Sensoren an, die zwar auf ZigBee basieren aber nicht mit der Hue Bridge koppelbar sind. 

Noch ein weiterer Gateway? Jeder Hersteller bietet seinen eigenen Gateway für sein System an, die preislich bei je 20-60€ liegen. Mehrere Gateways zu nutzen kosten nicht nur mehr Geld und Strom, sondern ist auch etwas unpraktisch, weil die Geräte nicht mehr alle unter einer Haube sind und man wieder mehrere Apps zur Steuerung benötigt. Beim Xiaomi Gateway möchten zudem viele vielleicht auf die chinesische Cloud Anbindung verzichten, da der Gateway fleißig nach China funkt. 

Ein Gateway für alles!

Für Raspi Liebhaber gibt es jetzt eine günstige und praktische Rundum Lösung – Der RaspBee! Hierbei handelt es sich um ein kleines Aufsteckmodul für den Pi, der den Minicomputer in einen vollwertigen ZigBee Gateway verwandelt und eine große Anzahl an Herstellern unterstützt. Im folgenden Beitrag möchte ich den kleinen RaspBee mal vorstellen und zeigen, was so alles möglich ist und wie mein Eindruck ist. 

Was wird benötigt?

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(Anmerkung: Das Ganze klappt genauso mit dem ConBee USB-Stick. Falls ihr eure GPIO Ports für etwas anderes braucht oder einfach den Gateway per USB anschließen möchtet dann ist der ConBee anstatt dem RaspBee ideal. Als „Out of the Box“ Lösung gibt es auch einen vollständigen Gateway von Dresden Elektronik mit bereits installierter Software –  Phoscon Gateway)

RaspBee Daten und Fakten:

Der RaspBee ist ein kleines Modul, welches man auf die GPIO Pins des Raspberry Pi stecken kann und aufgrund der kompakten, flachen Bauform in jedes normale Gehäuse passt. Es basiert auf dem leistungsstarken ATmega256RFR2 Mikrocontroller, der eine hohe Sendeleistung und gute Empfangseigenschaften bei einem sehr niedrigen Stromverbrauch bietet. Nach eigenen Messungen bin ich auf durchschnittlich 0,1-0,2 Watt Verbrauch des RaspBee Moduls gekommen, was nahezu vernachlässigbar ist. Dazu kommt natürlich noch der Stromverbrauch des Raspberry Pi. Als Vergleich: Gateways von Philips und Co. verbrauchen im Durchschnitt 1-1,5 Watt! 

Mit einem zusätzlichen Leistungsverstärker sind so ganze 500m Reichweite möglich! Von Werk ist der RaspBee bereits vorkonfiguriert. Es ist ebenfalls möglich seine eigene Firmware aufzuspielen, was für wenige bestimmt interessant sein könnte.

Kurzer Überblick:

Als Steuerungssoftware kommt das Programm deCONZ hier in den Einsatz, welches sich auf fast allen gängigen Betriebssystemen problemlos installieren lässt. Die deCONZ REST-API ermöglicht Drittanwendungen eine einfache Überwachung und Steuerung eines ZigBee-Netzwerks von lokalen oder Remote-Betriebssystemen aus (mehr Informationen). Dresden Elektronik bietet auch ein vorkonfiguriertes SD- Karten Image, basierend auf Raspbian Stretch an (Download-Link) .

Eine Liste der unterstützen Geräte könnt ihr hier sehen: https://github.com/dresden-elektronik/deconz-rest-plugin/wiki/Supported-Devices

Wenn ihr deCONZ installiert habt, könnt ihr die Weboberfläche „Phoscon“ aufrufen über die ihr Lampen und Geräte suchen und mit dem Gateway koppeln könnt. Es bietet eine strukturierte Übersicht und alle wichtigen Funktionen. Die Gerätegruppen sind unterteilt in Lichter, Schalter und Sensoren. Selbstverständlich lassen sich dann hier alle Geräte miteinander verknüpfen und auch Automatisierungen konfigurieren wie Lichtschaltung nach der Zeit oder bei Aktivierung eines Bewegungsmelders. Dank der responsiven Weboberfläche könnt ihr problemlos, ohne große Installationen auf jedem Endgerät Phoscon aufrufen und habt Zugriff auf euer Smart Home. Die Touchbedienung auf Tablets und Handys klappt einwandfrei, wobei die Steuerung auf kleineren Handy Displays ein wenig unkomfortabel ist. Ich verwende aber zum Beispiel ein günstiges 10 Zoll Tablet, welches ich an der Wand hängen habe und mir dort alle aktuellen Sensordaten sowie Schalter anzeigen lasse. Die Steuerung ist hier mit Phoscon sehr bequem. 

Installation:

1. Methode Raspbian

Für die Nutzung müsst ihr auf eurem Raspberry Pi erst einmal deCONZ installieren. Unter Raspbian loggt ihr euch dafür über SSH auf dem PI ein und installiert es mit folgenden Befehlen (Das $ Zeichen nicht mitkopieren):

$ wget http://www.dresden-elektronik.de/rpi/deconz/deconzlatest.deb
$ sudo dpkg -i deconz-latest.deb
$ sudo apt update
$ sudo apt install –f

Als nächstes müsst ihr noch den Serial-Port aktivieren, der für die Kommunikation mit dem RaspBee benötigt wird:

$ sudo raspi-config

Unter Interfacing Options – Serial  wählt ihr folgende Optionen:

“Would you like a login shell to be accessible over serial?” → Nein
“Would you like the serial port hardware to be enabled?” → Ja

Nun könnt ihr die Desktop Umgebung starten und deCONZ im Programmmenü auswählen. 

$ startx

Mit folgenden Befehl könnt ihr deCONZ in den Autostart setzen und sofort beim Booten des PI mitstarten:

$ sudo systemctl enable deconz-gui

2. Methode: Installieren von deCONZ unter Hass.IO und Verknüpfung mit Home Assistant:

Für diejenigen unter euch, die als Smart Home System zu Hause Home Assistant nutzen ist es problemlos möglich auf dem gleichen PI euren RaspBee Gateway + deCONZ zu betreiben. 

Unter Hassbian verläuft die Installation entsprechend der vorherigen Anleitung unter Raspbian. Hass.IO ist ein eigenes Betriebssystem für Home Assistant und erlaubt gerade für Anfänger eine sehr einfache und Bedienerfreundliche Nutzung. Das Installieren von zusätzlicher Software verläuft hier komplett über Plugins, die dann in einer Docker Umgebung laufen. Auch für deCONZ gibt es hier ein Plugin, mit dem ihr die Steuersoftware installieren könnt und alle verbundenen ZigBee Geräte in Home Assistant hinzufügen könnt. 

Zuerst müsst ihr hier aber Änderungen in eurer config.txt auf der SD-Karte machen. Hierzu die SD Karte entfernen und auf dem Computer im root Verzeichnis in der config.txt folgende Zeilen hinzufügen. Wichtig: Fügt am Ende eine leere Zeile in der config hinzu, sonst werden die Befehle nicht erkannt. 

Raspberry Pi 3B und älter:

enable_uart=1
dtoverlay=pi3-disable-bt

Raspberry Pi 3B+

dtoverlay=pi3-miniuart-bt

Legt die SD-Karte wieder ein und bootet euren Raspberry. In dem Webinterface von Hassio geht ihr nun im Menü auf  „Hass.io – Addon Store“ und fügt ein neues Repository hinzu mit dieser URL:  https://github.com/marthoc/hassio-addons

Anschließend könnt ihr in der Addon Übersicht deCONZ installieren. In der configuration.yaml im HA- Config Ordner solltet ihr discovery:  aktiviert haben, sodass Hassio automatisch nach Geräten im Netzwerk sucht. Startet nun Hassio komplett neu. Hassio sollte euren neuen deCONZ Gateway nun automatisch finden. Falls nicht fügt noch folgende Zeilen in eure configuration.yaml hinzu. 

deconz:
  host: "IP eures Raspberry Pi auf dem der Raspbee und deCONZ installiert ist"
  port: 8080

Nun sollte spätestens euer Gateway entdeckt werden und ihr könnt unter Einstellungen – Integrationen euren deCONZ Gateway konfigurieren. Hierfür ist es noch nötig einen API-Key abzurufen. Dazu ruft ihr die Phoscon Oberfläche über die die Adresse  IP:8080/pwa  auf, sucht nach eurem Gateway, erstellt ein neues Passwort und loggt euch ein. Unter den Gateway Optionen in der Phoscon Oberfläche klickt ihr dann im Tab Erweitert auf „App verbinden“ und ruft  anschließend innerhalb von 30 Sekunden einen API-Key mit Home Assistant ab. Ist dies abgeschlossen werden alle verbundenen Geräte in Home Assistanten mit aufgeführt. 

Phoscon Weboberfläche:

Erfahrungen mit dem RaspBee im Einsatz:

Zugegeben der Anfang war ein bisschen holprig bei mir und der Betrieb des RaspBee auf meinem Raspberry Pi 3b+  war nicht reibungslos. Nach einem Firmware Update auf die aktuellste Version waren dann viele Probleme behoben. Zuerst hatte ich das ganze auf Raspbian getestet und den Gateway dann auf meinen Pi 3b+ mit Home Assistant umgezogen, sodass alles auf einem Gerät läuft. Und das klappt wirklich einwandfrei!

Philips Hue Lichter, das Vorschaltgerät von Dresden Elektronik sowie IKEA Lampen konnten sofort mit dem RaspBee verbunden werden. Bei den Lampen von Innr musste ich vorher erst nochmal jede Lampe resetten und die Suchzeit in Phoscon erhöhen. Probleme habe ich bisher noch mit den Smart Plugs von Osram und einigen Geräten von Xiaomi, die leider nicht gefunden werden oder gefunden werden aber nicht in der Übersicht angezeigt werden. 

Folgende Geräte wurden auf Anhieb gefunden und funktionieren:

• Xiaomi:
  • Tür/Fenstersensor, Xiaomi Aqara Magic Cube (jedoch Probleme bei der Steuerung), Wandschalter und Bewegungsmeldern
• Alle Lampen von Philips Hue, IKEA, Innr

Bei folgende Geräten gab es bei mir Probleme (nicht gefunden oder werden in der GUI nicht angezeigt):

• Xiaomi Mijia Funkschalter (rund) (wird nicht angezeigt)
• Aqara Temperatur/Luftfeuchtigkeitssensor (wird gefunden, Anzeige funktioniert momentan aber noch nicht perfekt. Öfter „nicht erreichbar“)
• Osram Smart Plug (wird nicht gefunden)
• Innr Steckdose (wird nicht gefunden)

Bei ein paar Sensoren – so z.B. bei den Xiaomi Tür/Fenster Sensoren – zeigt deCONZ nach kurzer Zeit die Geräte als offline an. Erst wenn man hier die Sensoren wieder aktiviert, wird der aktuelle Status übertragen. An der Reichweite liegt es aber nicht.  Außerdem scheint die Statusanzeige der Batterie nicht bei allen Geräten einwandfrei zu funktionieren. Entweder wird 100% angezeigt oder unbekannt, wobei die 100% nicht stimmen können. 

Wer sowieso einen Pi bei sich zu Hause rundum die Uhr am laufen hat, und Smart Home Produkte mehrerer Hersteller im Einsatz hat, der kann mit dem RaspBee kostengünstig und einfach den Pi zum Gateway für alles umrüsten. Man spart sich nicht nur die Anschaffungskosten für die ganzen Bridges sondern auch Strom und Platz. Bisher unterstützt deCONZ schon eine bereits große Anzahl an ZigBee Geräten und es kommen regelmäßig neue dazu. Zusätzlich zu der Philips Hue Bridge, die auch schon Geräte von IKEA, Osram oder Innr unterstützt kann man hier zudem Xiaomi , Jung und weitere Geräte anderer Hersteller koppeln. 

Bei mir waren bisher leider ein paar Geräte dabei, die ich bisher noch nicht geschafft habe mit deCONZ zu koppeln. Teilweise, obwohl sie unter der Liste von unterstützen Geräten mit dabei sind. Ich konnte daher noch nicht alles umziehen und die anderen Gateways in Rente schicken. Bin mir aber sicher, dass diese mit weiteren Updates sicherlich irgendwann unterstützt werden. Die GitHub Community scheint sehr aktiv zu sein und es kommen regelmäßig neue Firmware Updates heraus. 

deCONZ:

Vorteile:

• Unterstütz deutlich mehr Geräten von unterschiedlichen Herstellern als andere Gateways
• saubere Weboberfläche „Phoscon“ zur problemlosen Steuerung auf allen Endgeräten
• bis zu 200 gekoppelte Geräte steuerbar, andere Gateways unterstützen hier meistens nur maximal 50
• Einsparung von Bridges – Ein Gateway für alles.
• Geringer Stromverbrauch
• Firmware Updates von dresden Elektronik Geräten möglich
• hohe Reichweite – extra erweiterbar mit zusätzlicher Antenne
• Regelmäßige Weiterentwicklung auch durch GitHub Community

Nachteile:

• Keine Softwareupdates von Geräten anderer Hersteller möglich
• Hersteller Apps wie Philips Hue nur noch eingeschränkt nutzbar
• einige Geräte bekannter Hersteller werden noch nicht oder nicht problemlos unterstützt
• Kleine Bugs bzw. Optimierungsmöglichkeiten sind hier und da vorhanden. z.B.
  • Batteriestatus wird bei Xiaomi Geräten nicht angezeigt
  • Abfrageintervall von Sensoren ist relativ groß

Alle verlinkten Produkte und eine weitere große Auswahl an Elektronik und Smart Home Produkten gibt es auch direkt im Dresden Elektronik Onlineshop:

Links:

1. RaspBee Benutzerhandbuch
2. Phoscon Bedienungsanleitung
3. deCONZ 
4. deCONZ Benutzerhandbuch
5. deCONZ REST Plugin (GitHub)