Eine grafische Programmiersprache für das Quartier der Zukunft

Von Marcel Altendeitering

Die Stadtwerke Rüsselsheim forschen mit vier Partnern aus Wissenschaft und Technik an neuen digitalen Dienstleistungen im Wohnumfeld. Dazu wurde der Horlache Park in Haßloch-Nord als „Quartier der Zukunft“ ausgewählt. Ziel des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie unterstützten Vorhabens ist die Entwicklung eines Systems aus Sensoren und IT für den Alltag. Hierfür entwickelt das Fraunhofer ISST in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Rüsselsheim und weiteren Projektpartnern eine neue grafische Programmiersprache. Im nachstehenden Beitrag werden die Vorzüge dieser neuen Programmiersprache erläutert. Um die Hintergründe besser zu verstehen, gibt es zunächst eine allgemeine Einführung.

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Wann beginnt der Mehrwert?

Unterstützt durch stetig neue Innovationen und sinkende Produktpreise werden Smart Homes zunehmend attraktiv und bieten die Möglichkeit, das eigene Haus oder die eigene Wohnung bedarfsgerecht zu automatisieren. Die reine Digitalisierung von einzelnen Komponenten (zum Beispiel Steckdosen oder Rollläden) an sich birgt dabei noch keinen großen Mehrwert. Erst durch die Programmierung der smarten Gegenstände kann das eigene Heim persönlich gestaltet und individualisiert werden.

Wie sehen Beispiel aus?

Smarte Rollläden könnten darauf programmiert werden, jeden Morgen um 8 Uhr automatisch hochzufahren. Alternativ könnte eine smarte Heizungssteuerung darauf programmiert werden, dass die Temperatur um 2 Grad reduziert wird, sobald das Haus verlassen wird. Die Umsetzung solcher Szenarien ist bereits heute möglich und kann zum Beispiel als Homeegramm mit einfachen Wenn-Dann-Konstrukten realisiert werden. Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft die Programmierung zum automatischen Hochfahren der Rollläden, sobald die Sonne aufgeht.

Abbildung 1 – Hommegramm zur Steuerung der Rollläden

Was sind die Nachteile üblicher Programmiersprachen?

Visuelle Programmiersprachen, wie die Hommeegramme, „verstecken“ dabei die relevanten technischen Details und bieten eine einfache, nutzerfreundliche Art der Smart Home Programmierung. Allerdings sind diese Möglichkeiten häufig limitiert und bringen insbesondere drei Nachteile mit sich:

  • Die angebotenen Programmiersprachen sind oftmals proprietär (in Eigentum befindlich) und nur für ein bestimmtes Produkt geeignet.
  • Die Steuerungsmöglichkeiten sind auf das Smart Home begrenzt. Die Einbindung beliebiger anderer smarter Dienste aus der Umgebung (z.B. Smart Parking oder Smart Meter) ist nicht möglich oder mit viel Programmieraufwand verbunden.
  • Die grafische Darstellung ist häufig textuell. Eine visuelle, blockbasierte Programmiersprache würde die Nutzerfreundlichkeit zusätzlich steigern.

Was sind die Vorteile der neuen Programmiersprache?

Um diese Punkte zu adressieren entwickelt das Fraunhofer ISST in Zusammenarbeit mit den Stadtwerken Rüsselsheim und weiteren Projektpartnern eine neue grafische Programmiersprache. Diese wird in der Programmiersprache Javascript entwickelt und baut auf dem bestehenden Framework Node-RED auf. Die neue Programmiersprache wird speziell auf die Möglichkeiten und Bedürfnisse des Quartiers der Zukunft ausgerichtet und bietet den Bewohnern die einfache Möglichkeit, auf verschiedenste smarte Komponenten im eigenen Heim und im Quartier zuzugreifen. Auf diese Weise entsteht eine zentrale Programmierplattform, die die Kreation eigener Lösungen auf Basis verschiedener Smart Spaces ermöglicht. Neben der Möglichkeit, Lösungen für sich selbst zu schaffen, können die erstellten Programme dabei auch untereinander ausgetauscht werden, wodurch die Plattform kontinuierlich wachsen kann.

Was sind die zentralen Herausforderungen der Entwicklung?

Die größten Herausforderungen bei der Entwicklung stellt zunächst die Anbindung der Datenquellen (zum Beispiel der Smart Meter) dar. Hierfür müssen die Daten abgefragt, aufbereitet und weitergeleitet werden, so dass diese in der Programmiersprache genutzt werden können. Zum anderen, ist der Datenschutz und die Datensouveränität der Bewohner ein großes Thema. Hierbei ist insbesondere sicherzustellen, dass ein Bewohner ausschließlich auf seine eigenen Daten zugreifen kann und der Datenaustausch entsprechend abgesichert ist.

Welchen Ansatz verfolgt die neue grafische Programmiersprache?

Um eine möglichst hohe Nutzerfreundlichkeit und damit eine hohe Akzeptanz zu erzielen, ist die entwickelte Programmiersprache blockbasiert. Das bedeutet, dass die notwendigen Funktionalitäten (zum Beispiel zum Abrufen des Stromverbrauchs) in Programmblöcken gekapselt fertig zur Verfügung stehen. Die einzelnen Blöcke können dann per Drag-and-Drop auf einer grafischen Oberfläche abgelegt und mit Linien verbunden werden. Die Verbindungen zwischen den Blöcken visualisieren und ermöglichen den Datenfluss zwischen den einzelnen Komponenten. Die folgende Abbildung zeigt einen Ausschnitt des aktuell in der Entwicklung befindlichen Prototyps.

Abbildung 2 – Prototypische Programmiersprache für das Quartier der Zukunft

Was sind die nächsten Schritte?

In den nächsten Wochen und Monaten wird die prototypische grafische Programmiersprache kontinuierlich weiterentwickelt. Hierzu werden nach und nach zusätzliche Datenquellen angebunden, um den Funktionsumfang zu erweitern und neue Möglichkeiten zu bieten. Darüber hinaus ist eine größere Evaluation der entwickelten Programmiersprache mit Bewohnern des Quartiers und Projektexperten geplant. Hierbei können die Bewohner die neue Anwendung testen und ihre Erfahrungen einbringen. Aus den Ergebnissen wollen wir anschließend Potentiale zur weiteren Entwicklung ableiten und neue wissenschaftliche Erkenntnisse gewinnen.

Wie fällt das Fazit aus?

Dank des Forschungsprojektes Quartier der Zukunft ist es möglich, eine neue prototypische grafische Programmiersprache zu entwickeln, die zur Individualisierung des eigenen Wohnquartiers beiträgt und zuerst den Anwohner im Quartier der Zukunft zu Gute kommt. Die vereinfachte Entwicklung und der simple Betrieb von eigenen kleinen Programmen ermöglicht es, eigene Ideen auf einer breiten Datenbasis zu realisieren und der Kreativität freien Lauf zu lassen. Langfristig könnte die Lösung auf weitere Quartiere und Regionen ausgedehnt werden, um eine breite Nutzer- und Datenbasis zu gewinnen.

Bildquellen:

Fotos: Dennis Möbus
Abbildungen: 1 https://community.hom.ee/t/homeegramm-fuer-rolllaeden-sonnenaufgang/8151
Abbildung 2: Eigene Darstellung / eigene Entwicklung

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