Regelerstellung für die Hausautomatisierungwiki_sn/images/c/c9/...2.4 Lösungsansätze...

Regelerstellung für die Hausautomatisierung

Forschungsseminar

Sommersemester 2014

23. Juni 2014

Studenten: Betreuer:

Toni KantherFelix Pistorius

Prof. J. Vogt

Inhalt

1. Einleitung

2. Benutzeroberfläche zur Regelerstellung Toni Kanther

3. Back-End für die Regelverwaltung Felix Pistorius

4. Zusammenfassung

Weblinks

23.06.2014 Regelverarbeitung - T. Kanther & F. Pistorius 2

1. Einleitung

1. Motivation

2. Bestehende Lösungen

3. Zielsetzung


Einleitung – Regelerstellung – Regelverwaltung - Zusammenfassung

1.1 Motivation

• Hausautomatisierung soll:• Komfort erhöhen

• Anforderungen des Benutzers erfüllen

• Herausforderung für die Regelverarbeitung:• Benutzer sind sehr unterschiedlich

Regeln können sehr unterschiedlich und komplex sein

• Allgemeine Regeln sind nicht ausreichend

Regeln zur Automatisierung müssen individuell anpassbar sein



1.2 Bestehende Lösungen

• Regeln werden meist programmiert

• Einfache Regeln können grafisch erstellt werden• Tlw. Zeitunabhängig

• Eingeschränkte Verknüpfungen


OpenHAB - Rules(Quelle: openhab.org/features-rules.html)

Ergebnis Regelverarbeitung FS2013(Quelle: Abschlusspräsentation SS 2013, Seite 86)


1.3 Zielsetzung

• Untersuchung der Möglichkeiten zur grafischen Regelerstellung für die Hausautomatisierung.

• Regelerstellung:• Erstellung von komplexen Regeln

• Benutzerfreundlichkeit durch Programmiersprachenunabhängigkeit

• Verwendung des Hausautomatisierungsservers FHEM

• Komponenten:


Graf. OberflächeRegelerstellung

Back-EndRegelverwaltung

FHEM ServerRegelausführung, Geräteverwaltung

Regeldefinition

Liste von Aktorenund Sensoren

FHEMRegel

(Toni Kanther) (Felix Pistorius) (GPL lizensierter Server)


2. Erstellung von Konzepten zum Aufbau und zur Integration eines universell einsetzbaren Web-basierten UI zur Regelgenerierung

1. Präzisierte Aufgabenstellung

2. Zum Einstieg: „Das Sommerszenario“

3. Anbindungs- / Kommunikationsschema

4. Lösungsansätze1. Nice-To-Know

2. Import der Geräteinformationen

3. Abbildung der Regel-Daten

4. Export der Regeldaten

5. Visualisierung (API‘s), Design-Entwurf

5. Weiter Vorgehensweise

23.06.2014 Regelverarbeitung - T. Kanther 7


2.1 Präzisierte Aufgabenstellung

• Erstellung eines Web-basierten Regeleditors,unter Nutzung von Basistechnologien gem. HTML5-Standard

• Verfolgung eines grafisch/ Wizard-basierten Ansatz

• Schaffung eines einfachen Austauschformates auf JSON-/XML-Basis

• Keine Programmierkenntnisse für Regelerstellung erforderlich



2.2 Zum Einstieg: „Das Sommerszenario“

• Betrachte man exemplarisch:

Bei einer Außentemperatur (S1) größer 30 °C und/oder einer äußeren Luftfeuchtigkeit (S2) > 70°C sollen alle Fenster (A1, A2) geschlossen werden/ bleiben. Klimaanlage (A3) an auf 21,5 °C.

Zudem sind alle Räume im Hochsommer (Juli/August) täglich im Zeitraum (Timer - T3) von 05 - 06 Uhr zu lüften (A1, A2 -> auf).



2.3 Anbindungs-/ Kommunikationsschema



2.4 Lösungsansätze – Nice-To-Know

• Eine Vielzahl von Sensoren liefern eine Vielzahl unterschiedlicher physikalischer Parameter, deren Werte in wiederum einer Vielzahl unterschiedlicher Maßeinheiten angegeben sein können.

• Unzählige spezifische Besonderheiten erzwingen spezifische Reaktionen, welche in die Regelanwendung sukzessive integriert werden müssen.

• Modellierung sehr komplex Verallgemeinerung• Bezug auf Schwerpunkte Raumklimatisierung / Lichtsteuerung

• Definition von Datentypen

• Operationen in Abhängigkeit von Datentypen



2.4 Lösungsansätze – Import der Geräteinformationen (JSON)


{

"Dev1":{ ## Idealerweise = Eindeutige Kennung

"_UNIQUE_ID":"Dev1", ## Eindeutige Kennung

"name":"Klimaanlage",

"properties":{

"_humidty":{

"type":{

"readable":true, ## Sensor (Hygrosensor)

"writeable":false

},

"value-type":"int", ## Information, über Datencharakteristik,

"unit":"percent" ## hier: Ganzzahl, Maßeinheit

},

…




…

"properties":{

"_humidty":{

"type":{


"writeable":false

},…

"_temperature":{

"type":{

"readable":true, ## Sensor (Messung der Temperatur)

"writeable":true ## Aktor (Hier: Setzen der Zieltemperatur)

},… },

"_switch":{

"type":{

"readable":false,

"writeable":true ## Aktor (Hier: Kühlfunktionalität)

},…

…


2.4 Lösungsansätze – Abbildung der Regel-Daten

• Realisierung durchk-Bäume

• Sensoren stetslinksseitig

• Aktoren stetsrechtsseitig

• Zusatzelementebeiderseits möglich(virtuelle Devices z.B. Timer - reine Schaltuhr, zur Schaltverzögerung)



2.4 Lösungsansätze – Export der Regeldaten


{

"RULES": {

"RULE1": {

"_UNIQUE_ID": "RULE1",

"rulename" : "Kühlungsprozess Raum XY",

"ruleDescr" : ""

}

"RULE2": {


"rulename" : "Lüftungsprozess Raum XY",

"ruleDescr" : ""

}

},

…




…

"RULE1": {

"COND": {

"OR": { "S1": { "_temperature": { "op": ">", "value": "30" } },

"S2": { "_humidty": { "op": ">", "value": "70" } }

}

},

"EXEC": { "A1": { "state": "close" },

"A2": { "state": "close" },

"A3": { "state": "on" }

}

},

…


2.4 Lösungsansätze – Visualisierung (API‘s)

• Wesentlichste Anforderungen:

• Nutzung von JavaScript

• Drag-&-Drop oder zumindest Maus-Event um dieses zu simulieren

• Interaktion mittels Formular-Elemente

• 1. Variante, rein HTML-basiert (ohne HTML-Canvas)

• jQuery UI, benötigt jQuery

• 2. Variante, grafisch unter Nutzung von HTML5-Canvas

• Verschiedene API‘s: wie EasyLJS, KineticJs …

• Graphik-API‘s haben keine Formular-Elemente!

• Lösung 1: durch Emulation HTML5-Form-Elemente auf Canvas-Graphik

Zuordnungsproblem – Wie saubere Bildschirmdarstellung erzwingen?

• Lösung 2: über Zusatz-API „CanvasInput“ [1]

[1] https://github.com/claydotio/Canvas-Input



2.4 Lösungsansätze – Design-Entwurf



2.5 Weitere Vorgehensweise

• Fertigstellung eines Prototypen, auf reine HTML5-Basis ohne Canvas• Konzentration auf Funktionen rein funktionaler Art

• Keine visueller Schnick-Schnack!

• Validierung der bisherigen Konzepte

• Implementierung des Regeleditors• Idealerweise: durch Erweiterung/ Anpassung des Prototypen

• Nice-To-Have: verbesserte Grafische Visualisierung



3. Back-End für die Regelverwaltung

1. Präzisierte Aufgabenstellung

2. Vorgehensweise

3. Ergebnis der Analyse

4. Lösungsansatz

5. Weitere Vorgehensweise

23.06.2014 Regelverarbeitung - F. Pistorius 20


Graf. OberflächeRegelerstellung

Back-EndRegelverwaltung

FHEM ServerRegelausführung, Geräteverwaltung

Regeldefinition

Liste von Aktorenund Sensoren

FHEMRegel

(Toni Kanther) (Felix Pistorius) (GPL lizensierter Server)

3.1 Präzisierte Aufgabenstellung

• Regeln werden bereits in FHEM verwaltet.Warum nun eine zusätzliche Regelverwaltung?

Verwaltung von FHEM Regeln in Perl-Skripten und Konfigurationsdateien

Umfangreicher Syntax

• Regelverwaltung in einem geeigneten Format• Speichern

• Laden

• Manipulieren

• FHEM Regeln erstellen

• Geräteinformationen von FHEM an UI weiterleiten



3.2 Vorgehensweise

Analyse FHEM

•Definition und Verwaltung von Regeln

•Möglichkeiten zur Anbindung

•Verwaltung von Geräten

Format der Regeln

•Anforderungen definieren

•Mögliche Formate und bestehende Lösungen ermitteln

•Bewertung der Formate

Übersetzung der Regeln

•Zielformat

•Validierung von Regeln

Umsetzung & Fazit

•Prototypische Umsetzung

•Kritische Reflektion



3.3 Ergebnis der Analyse

• FHEM – Freundliche Hausautomatisierung und Energie-Messung

• In Perl geschriebener Server

• Modular aufgebaut

• Verwaltung der Module in Hauptmodul fhem.pl• define

• reload

• delete

• Verwaltung von Aktoren und Sensoren in Perl Hashes



(Quelle: fhem.de)

3.3 Ergebnis der Analyse

• FHEM Regelverwaltung• Kurze Regeln: Konfigurationsdatei

• Komplexe Regeln: Perl-Hilfsmodul

• Anbindung an FHEM• Integriert: Perl Modul

• Extern: Weblink, Telnet

• FHEM Module• Webserver

• FHEMWEB zur Integration von eigenen Seiten



define LampeAnUm1700 at 17:00:00 set lamp on

(Quelle: Dokumentation „Hausautomatisierung mit fhem“, Seite 26)

(Quelle: fhem.de)

3.4 Lösungsansatz - Komponenten

• Umsetzung als FHEM-Modul

• UI I/O: CGI als Schnittstelle zum UI

• Rule Repository: Verwaltung von Regeln in geeignetem Format

• Compiler: Übersetzen von Regeln

• Neue Konfigurationsdatei und Perl-Modul in FHEM für Regeln



3.4 Lösungsansatz - Anforderungen

• Abbildung von Regeln, ohne Beschränkungen

• Leicht interpretierbares Format für Rule Repository (Laden, Speichern, Manipulieren)

• Identifikation von gleichen Regeln in FHEM und Rule Repository

• Ändern und löschen von FHEM Regeln



3.5 Weitere Vorgehensweise

• Bewertungskriterien für Rule Repository

• Bewertung der Möglichkeiten• DBMS

• XML

• Eigenes Format

• Prototypische Umsetzung

• Kritische Reflektion



4. Zusammenfassung

• Regelerstellung ist zurzeit mit hohem Programmieraufwand verbunden

• Ziel: Vereinfachung der Regelerstellung

• Aktueller Stand:• Grobentwurf

• Tlw. prototypische Umsetzung begonnen

• Nächste Schritte • Feinentwurf

• Umsetzung

• Bewertung der Ergebnisse




Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit.

Fragen?

Weblinks

• HTW Dresden: www.htw-dresden.de

• FHEM Hausautomatisierungsserver: fhem.de

• OpenHAB: www.openhab.org

• iP-Symcon: www.ip-symcon.de

• openRemote: www.openremote.org

• Forschungsseminar Sommersemester 2014 – Regelverarbeitung: HTW Dresden - Wiki Sensornetze / Regelverarbeitung

• JS-Libraries: http://medleyweb.com/web-dev/top-7-javascript-canvas-libraries-and-tutorials

• JQuery UI: http://jqueryui.com

• JQuery: http://api.jquery.com

• EasyLJS: http://www.createjs.com/#!/EaselJS

• KineticJS: http://kineticjs.com


http://www.htw-dresden.de/

http://fhem.de/

http://www.openhab.org/

http://www.ip-symcon.de/

http://www.openremote.org/

http://www2.htw-dresden.de/~wiki_sn/index.php5?title=Regelverarbeitung&oldid=1088

http://medleyweb.com/web-dev/top-7-javascript-canvas-libraries-and-tutorials

http://jqueryui.com/

http://api.jquery.com/

http://www.createjs.com/#!/EaselJS

http://kineticjs.com/

Backup Folien


Übersicht über die bisher geprüften JavaScript-API‘s


Framework Preis Wesentliche Funktionen

kost

en

los

Erw

eit

erte

Sele

kto

ren

Dra

g-&

-Dro

p

Mau

s-In

tera

ktio

nen

Form

ula

r-el

emen

te

HTM

L5-C

anva

s-A

PI

HTM

L5-G

rap

h-A

PI Nur HTML5-Canvas

Ob

jekt

-

Ver

sch

ach

telu

ng

Laye

r

Ob

jekt

-Gru

pp

en

Vo

rdef

inie

rte

An

imat

ion

en

Variante 1 (auch im Prototyp):

JQuery UI

http://jqueryui.com

Benötigt JQuery

http://api.jquery.com

X (X) X X X - - - - - -

Variante 2 (grafisch):

EasyLJS

http://www.createjs.com/#!/EaselJSX - X X - X - X - - -

KineticJS

http://kineticjs.comX - - X - X - X X X X

Raphaël

http://raphaeljs.comX - - X - X - - - - X

OCanvas

http://ocanvas.orgX - - X - X - X (X) - X

ProcressingJS

http://processingjs.orgX - (-) X - X - X (3D) - X

GoJS (reine Graph-API)

http://www.gojs.net(1.350,- $) - X X - - X - - - -

http://jqueryui.com/

http://api.jquery.com/

http://www.createjs.com/#!/EaselJS

http://kineticjs.com/

http://raphaeljs.com/

http://ocanvas.org/

http://processingjs.org/

http://www.gojs.net/

2.3 Anbindungs-/ Kommunikationsschema





{

"Dev1":{ ## Idealerweise = Eindeutige Kennung

"_UNIQUE_ID":"Dev1", ## Eindeutige Kennung

"name":"Klimaanlage",

"properties":{

"_humidty":{

"type":{


"writeable":false

},

"value-type":"int", ## Information, über Datencharakteristik,

"unit":"percent" ## hier: Ganzzahl, Maßeinheit

},

…




…

"properties":{

"_humidty":{

"type":{


"writeable":false

},…

"_temperature":{

"type":{

"readable":true, ## Sensor (Messung der Temperatur)

"writeable":true ## Aktor (Hier: Setzen der Zieltemperatur)

},… },

"_switch":{

"type":{

"readable":false,

"writeable":true ## Aktor (Hier: Kühlfunktionalität)

},…

…




{

"RULES": {

"RULE1": {


"rulename" : "Kühlungsprozess Raum XY",

"ruleDescr" : ""

}

"RULE2": {


"rulename" : "Lüftungsprozess Raum XY",

"ruleDescr" : ""

}

},

…




…

"RULE1": {

"COND": {

"OR": { "S1": { "_temperature": { "op": ">", "value": "30" } },

"S2": { "_humidty": { "op": ">", "value": "70" } }

}

},

"EXEC": { "A1": { "state": "close" },

"A2": { "state": "close" },

"A3": { "state": "on" }

}

},

…




…

"RULE2": {

"COND": {

"TIMER": {

"first_date": "XXXX-07-01",

"finish_date": "XXXX-08-31",

"space": "0500|0600|PM"

}

},

"EXEC": { "A1": { "state": "open" },

"A2": { "state": "open" },

"A3": { "state": "off" }

}

}

}


Regelerstellung für die Hausautomatisierungwiki_sn/images/c/c9/...2.4 Lösungsansätze...

Documents

Transcript of Regelerstellung für die Hausautomatisierungwiki_sn/images/c/c9/...2.4 Lösungsansätze...