Installieren und Konfigurieren von Smarten Steckdosen

Neues aus meiner Smarthome Bastelecke. In diesem Artikel geht es um kleine smarte Steckdosen und auch um fest zu installierende Schalter hinter den Steckdosen. Mit diesen will ich meine Elektrogeräte aus der Ferne oder auch automatisiert durch meinen Home Assistant steuern.

Konkret hab ich das Bedürfnis einen Ventilator einzuschalten, wenn sich die Außentemperatur über einen Schwellwert bewegt. Der Ventilator lässt sich vorab auf die richtige Stufe einstellen und dann mit der Stromzufuhr steuern. Zudem will ich die Steckdosenleiste, an der mein Fernseher und Multimedia hängt, je nach Anwesenheit aktivieren.

Natürlich gibt es dafür bekannte Produkte von verschiedenen Herstellern welche diesen Zweck erfüllen. Allerdings nutzen diese eine Cloudverbindung zu ihren eigenen Servern. Ich verfolge für meine Geräte eher den Privacy-First Ansatz. Das heißt, es darf keine Kommunikation nach außerhalb des eigenen Netzes passieren. Optimalerweise sollten die Geräte zusätzlich über einen gemeinsamen Standard angesprochen werden können.

In den nächsten Absätzen teile ich meine Erfahrungen mit verschiedenen Ansätzen mit euch. Ich hoffe euch damit vielleicht vor dem ein oder anderen unnötigen Kauf zu bewahren.

Variante 1 – Die Steckdosen aus China (Alfawise 1000PE)

Nach einigen Recherchen bin ich auf eine große Community im Internet gestoßen, welche alle von Tasmota sprechen. Tasmota ist eine alternative Firmware für ESP8266 basierten Chipsätze, welche in den meisten Steckdosen verbaut ist. Diese gibt es bereits fix und fertig zum Herunterladen und muss nach dem ersten Start konfiguriert werden. Der einzige Wermutstropfen ist die Installation der Firmware auf den Platinen. Denn kaum ein Hersteller sieht ein nachträgliches Überschreiben der ausgelieferten Firmware vor. Auf den Platinen gibt es allerdings die Kontakte für die serielle Verbindung noch. Auf diese müssen eigene Drähte (sogenannte Jumper-Wires) gelötet werden, um den Chip mit dem Rechner zu verbinden.

Erster Versuch mit Tasmota

Alles in allem klang es gut machbar und so sind nach einigen Wochen 5 Steckdosen von Alfawise bei mir angekommen. Nachdem die Gehäuse vorsichtig geöffnet waren, kann man die verschiedenen Lötpunkte mit ihrer Aufschrift sehen. Diese verlötete ich mit Drähten, welche später an einen [UART zu USB Converter](https://www.amazon. de/AZDelivery-CP2102-Konverter-HW-598-Arduino/dp/B07N2YLH26/ref=sr_1_3?__ mk_de_DE=%C3%85M%C3%85%C5%BD%C3%95%C3%91&keywords=UART&qid=1575574299&s=computers&sr=1-3) angeschlossen werden.

Nach der Verbindung wird der Chip per USB mit Spannung versorgt. Wird während des Startens der GPIO Pin 0 mit Ground verbunden, versetzt sich der ESP8266 in den Flash-Modus. Mittels der NodeFlasher Software überträgt man die heruntergeladene Firmware tasmota.bin dann auf den Chip. So der Plan und die Theorie.

Chip flashen

In der Realität lässt sich der Chip nicht in den benötigten Flash-Modus versetzen. Ist der vermeintliche Pin doch gefunden, klappt es dann doch. Allerdings findet keine Datenübertragung statt. Nach einigen Nachforschungen mit den verschiedenen Chip-Bezeichnungen stellt sich heraus, dass der für uns interessante Chip allerdings ein anderer ist.

Also werden die Kontakte umgelötet, leider liegen diese fast unzugänglich auf der Innenseite der Platine. Mit etwas Geschick bekomme ich an 2 von 5 Steckdosen die Drähte umgelötet und auch geflasht. Bei einer Steckdose habe ich (so vermute ich) durch mein Rumprobieren den Chip gegrillt. Und die Software der letzten zwei Steckern lässt sich auch mit den neuen Lötstellen nicht überschreiben. Auch nach weiteren Versuchen verweigern sie sich immer noch und somit landen leider 3/5 Steckdosen im Elektroschrott. Die funktionierenden Dosen werden wieder mit den Gehäusen versehen und verklebt.

Erstkonfiguration

Nach dem Einstecken wird über ein eigenes WLAN Netzwerk die Erstkonfigutation durchgeführt. Die Zugangsdaten für das eigentliche Netzwerk werden eingetragen und anschließend die Steckdose neugestartet. Die Weboberfläche erlaubt das Konfigurieren der Ein- und Ausgänge des verwendeten Chipsatzes. Der Einfachheit halber gibt es für die vorliegende Steckdose bereits ein vorbereitetes Profil welches ich verwende. Danach ist die Steckdose über das Netzwerk erreichbar und lässt sich entweder direkt oder mittels des MQTT Protokolls steuern.

Somit wären beide meiner Voraussetzungen erfüllt und das „Lehrgeld“ ist noch relativ niedrig. Nur die Konfiguration der Steckdosen fand ich etwas umständlich, da bei mehreren Dosen jede individuell konfiguriert werden muss.

Zweiter Versuch mit ESPHome

Kurz danach habe ich auch noch ESPHome ausprobiert, welches für jedes Gerät eine maßgeschneiderte Firmware erzeugt. Dabei werden nur die benutzten Pins und ihre Funktion in einer YAML Datei definiert und gespeichert. Mit nur einem weiteren Klick auf der Webseite lässt sich die fertige Firmware aus der Konfiguration erzeugen. Je nach Belieben kann diese über das Netzwerk direkt auf das Gerät übertragen oder für den ersten Flash-Vorgang heruntergeladen werden.

Somit ist es mit ESPHome möglich nicht benötigte Komponenten wegzulassen, wie zum Beispiel die Weboberfläche. Die Verbindung zur Steckdose lässt sich wie bei Tasmota über MQTT herstellen oder direkt über die Home Assistant Schnittstelle. Für jedes Gerät existiert somit eine genau für den Einsatzzweck zugeschnittene Firmware. Auch können gleiche Einstellungen wie beispielsweise die WLAN Zugangsdaten referenziert werden, anstatt sie bei jedem Gerät erneut anzugeben.

Mein Fazit nach dem ersten Teil über die Steckdosen aus China lautet: Das Geld was man spart, zahlt man an Zeit zurück. Ich für meinen Teil habe mich dafür entschieden, lieber etwas mehr Geld auszugeben und weniger selbst löten und modifizieren zu müssen. Was mich zu den Geräten von Shelly brachte.

Variante 2 – Shelly

Shelly bietet einige Smarte Geräte an, welche von sich aus auf Privacy ausgelegt sind. Bei jedem der Produkte ist eine Cloudanbindung optional. Alternativ kann das Gerät auch mittels MQTT oder das eigene Webinterface benutzt werden.

Ich bin vor allem wegen dem einbaubaren Shelly 1 auf die Produkte aufmerksam geworden. Dieser lässt sich in tiefen Einbaudosen gut verstecken. Durch einen Schalteingang ermöglicht er auch weiterhin den regulären Schaltbetrieb, falls gewünscht. Außerdem bietet Shelly auf fast all ihren Einbaugeräten eine voll angelötete Flash Schnittstelle an. Diese ist lediglich durch eine Gummiabdeckung verdeckt.

Um nun meine Multimediageräte zu schalten wollte ich die in der Wand montierte Steckdose mit einem Shelly 1 versehen. Also wurde die Steckdose stromlos ausgebaut und die Platzverhältnisse in der Dose geprüft. Leider sind keine tiefen Dosen verbaut und meine Wände bestehen aus hartem Beton, was ein nachträgliches Vertiefen sehr erschwert. Also Steckdose zu und jetzt wurde eben die Steckdosenleiste direkt etwas smarter gemacht.

An dieser Stelle will ich einmal darauf hinweisen das bei Betrieb gefährliche Netzspannung von 230V anliegt. Und Änderungen vom Fachmann durchgeführt und abgenommen werden müssen.

In der Steckdosenleiste haben bereits 2 Steckdosen Dauerstrom und alle anderen sind über einen Fußschalter schaltbar. Um den Shelly einzubauen opferte ich einen Steckplatz an der Steckerleiste. Der existierende Schalter schloss ich an den Schalteingang an und funktioniert somit weiter.

Auch wenn es nicht nötig war habe ich zum Testen eine ESPHome Firmware installiert. Zwar überflüssig, allerdings nicht für meinen innerern Bastler.

Zuletzt wurde alles wieder verschlossen und die Aussparung mit dem Shelly wird (demnächst) mit einem Stopfen aus dem 3D Drucker geschlossen. Nach dem anschließen des Fernsehers und der anderen Geräte können diese nun über die Weboberfläche oder meinen Home Assistant geschalten werden.

Shelly Plug

Nach den Erfahrungen mit dem Shelly hab ich mir auch zwei Shelly Plug bestellt. Bei diesen handelt es sich wieder um Zwischenstecker mit sehr schlanken, kleinen Gehäuse. Zusätzlich zum Schalten kann die Steckdose auch die Leistung der angeschlossenen Geräte messen.

Die Inbetriebnahme ist klassisch mit einem WLAN-Accesspoint zur Konfiguration des eigentlichen Netzwerks. Was mir sehr gut gefällt, ist das Opt-In der Schnittstellen. Außer der Webseite sind alle Zugriffsmöglichkeiten deaktiviert. Möchte man das MQTT Protokoll oder die Shellycloud benutzen, muss man diese erst aktivieren.

Nachdem die MQTT Broker Einstellungen eingetragen werden funktioniert der Stecker genauso wie die selbstgeflashten Steckdosen.

Fazit

Wie vielleicht schon zu vermuten, bin ich sehr von den Shelly’s überzeugt. Das ist natürlich meine eigene Meinung, aber ich finde sie nicht so überteuert wie ähnliche Produkte von anderen Herstellern. Auch die „Privacy First“ Einstellung des Unternehmens überschneidet sich sehr mit meinem Interesse beim Thema IoT. Zwar lassen sich die billigeren China-Klone auch umbauen, allerdings ist mir dafür die Zeit einfach zu Schade. Viel Spaß beim Ausprobieren!