Homematic: Die Stromsparmethoden

Das Homematic-System besteht zu wesentlichen Teilen aus Komponenten, die aus Batterien versorgt werden; teilweise sind das sogar nur Knopfzellen. Trotzdem haben die Batterien der meisten Homematic-Komponenten eine Betriebsdauer von über einem Jahr. Wie ist das möglich? Und wie wirkt sich das auf das Verhalten des Homematic-Systems aus? Die folgende Beschreibung beruht auf dem zwischen den Zeilen Lesen in der verfügbaren Dokumentation und umfangreichen Beobachtungen und Experimenten. In Wahrheit kann das auch ganz anders sein, denn über das Innenleben der Homematic-Komponenten erfährt man denkbar wenig. Am meisten erkennt man aus der Analyse irgendwelcher Ausfälle. Da wird wohl herzlich wenig per Software abgefangen.

Stromsparmaßnahmen bei reinen Homematic-Gebern (Sendern)

Ganz offensichtlich wachen diese Komponenten nur auf, wenn sie etwas zu melden haben. Das betrifft beispielsweise den Homematic-Funk-Tür-/Fensterkontakt HM-Sec-SC oder den Funk-Drehgriff-Kontakt HM-Sec-RHS. Im Normalfall ist die Komponente also im Tiefschlaf, d.h. der Mikrocontroller überwacht ein paar Schalter darauf, ob sie öffnen oder schließen. Dabei ist egal, ob es um die eigentliche Nutzfunktion geht oder um den Anlerntaster. Diese Überwachung erfordert nur minimalen Stromverbrauch. Sobald das Funkmodul eingeschaltet wird, braucht das etwa 15 mA – also um 3-4 Größenordnungen mehr als der Rest der Elektronik im Ruhezustand.

Während dieser Ruhezeiten sind diese Homematic-Komponenten auch nicht ansprechbar. Irgendwelche übergeordneten Komponenten müssen dafür jederzeit empfangsbereit sein, um ggf. die Informationen übernehmen zu können.

Stromsparmaßnahmen bei reinen Homematic-Aktoren (Empfängern)

Manche Homematic-Aktoren verbringen ebenfalls den größten Zeil der Zeit im Tiefschlaf. Hier läuft die meiste Zeit nur ein Zeitgeber, der den Mikrocontroller in definierten Zeitabständen aufweckt. Die übergeordnete Einheit muss sich mit den Homematic-Aktoren synchronisieren, d.h. diese in genau definierten Zeitabständen ansprechen. Dabei wird wohl ein kurzes Telegramm ausgetauscht, damit sich der Aktor wieder schlafen legen kann. Dieses Verhalten ist beispielsweise für die Heizungs-Stellantriebe HM-CC-VD dokumentiert.

Nach meinen Beobachtungen fehlt beispielsweise dem Wandthermostaten HM-CC-TC die nötige Software, um Fehlfunktionen in diesem Ablauf abzufangen. Ein Wandthermostat hat eine Zeit lang jeden Monat einen Batteriesatz leergenuckelt. Nach Zurücksetzen aller beteiligten Komponenten und Neukonfiguration klappte es dann (für begrenzte Zeit) wieder.

Der Fehler wurde wohl durch das undokumentierte Verhalten des Homematic-Wandthermostaten ausgelöst, als ich aus der Inselinstallation des Raums einen Teil der Homematic-Gesamtinstallation machte:

1. Nach Verbinden des Homematic-Wandthermostaten mit der Zentrale CCU-1 überträgt der Wandthermostat seine Konfigurationsdaten an die Zentrale, um sie dann dort verwalten zu lassen.
2. Zu diesen Konfigurationsdaten gehören auch die Verbindungen der Homematic-Komponenten, die bis dahin mit dem Wandthermostaten verbunden wurden.
3. Wenn die Homematic-Zentrale diese Komponenten aus funktechnischen Gründen nicht erreichen kann, kracht's:
   • Der Thermostat arbeitet in der Zentralen-Betriebsart, die Perepherie dazu hat das aber nicht mitbekommen.
   • Die Perepherie reagiert nur auf Telegramme in der alten Insel-Betriebsart – also überhaupt nicht mehr.
   • Die Synchronisation zwischen Thermostat und Perepherie geht verloren
4. Der Thermostat versucht jetzt ohne Ende, seine Perepherie wieder zu finden und zieht dabei viel zu viel Strom aus der Batterie.

Dieser Stromsparmechanismus erklärt auch das arg träge Verhalten der Heizungs-Stellantriebe HM-CC-VD. Das stelle ich mir etwa so vor:

1. Der Wandthermostat wartet, wacht pünktlich auf und spricht den Stellantrieb mit der gewünschten Ventilstellung (Sollwert) an.
2. Der Stellantrieb antwortet mit einem Telegramm, das die aktuelle Ventilstellung enthält.
3. Anschließend prüft der Stellantrieb, ob Soll- und Iststellung übereinstimmen. Wenn nein, setzt sich der Stellantrieb in Bewegung.
4. Erst ein paar Minuten später, beim nächsten Dialog mit dem Thermostaten, wird die neue Ventilstellung veröffentlicht.
5. Die Homematic-Zentrale CCU 1 hört mit und übernimmt die neue Ventilstellung in ihren Datenbestand.

Stromsparmaßnahmen bei Homematic-Komponenten mit gemischten Funktionen

Komponenten wie der Homematic-Wandthermostat HM-CC-TC müssen im Prinzip ständig empfangsbereit sein, denn Komponenten wie der Homematic-Funk-Tür-/Fensterkontakt HM-Sec-SC senden nur bei Bedarf und das zu beliebigen Zeitpunkten. Trotzdem können diese Einheiten den größten Teil der Zeit in einem Dämmerzustand verbringen – etwa 0,1 s Empfang und 0,4 s Ruhezustand. Der Sender schickt sicher erst mal eine Präambel los – also eine festgelegte Bitfolge, mit deren Hilfe die Empfänger synchronisiert werden, also den Anfangszeitpunkt jedes Bits erkennen. Wenn die Präambel wenigstens 0,5 s lang ist, ist der zugehörige Empfänger derweil aufgewacht.

Natürlich kostet das Senden der langen Präambel Strom, das sollte aber nicht groß stören: Wenn ein Fenster zweimal am Tag geöffnet und geschlossen wird, bedeutet das 2 s Sendebetrieb am Tag für die Präambel. Dafür braucht der Empfänger nur 5 h statt 24 h zu laufen.