WHIP Nodes: Die intelligentesten Knoten im Smart Home

Was wäre, wenn Ihr Smart Home auch ohne Internet, ohne Cloud, ohne zentrale Steuerung funktionieren würde? Was wäre, wenn jeder einzelne Sensor und Aktor nicht nur Befehle ausführt, sondern selbst denken kann?

Das Versprechen

Die meisten Smart-Home-Systeme folgen einem bekannten Muster: Sensoren sammeln Daten, senden sie an eine Zentrale (Hub, Server, Cloud), und diese Zentrale entscheidet, was passieren soll. Fällt die Zentrale aus – sei es durch Softwarefehler, Stromausfall oder Internetstörung – steht das gesamte System still.

WHIP geht einen anderen Weg. Im WHIP-Ökosystem ist jeder Knoten (Node) ein eigenständiges, intelligentes System. Ein WHIP Node kann:

• Autonom Entscheidungen treffen
• Mit anderen Nodes kommunizieren, ohne dass ein Hub vermittelt
• Bei Ausfall übergeordneter Systeme weiterarbeiten
• Sich gegen unbefugte Zugriffe verteidigen

Das klingt nach Marketing-Versprechen? Lassen Sie uns Ihnen zeigen, was in einem WHIP Node tatsächlich steckt.

Die Hardware-Basis: Viel Leistung für wenig Geld

Ein WHIP Node basiert auf STM32-Mikrocontrollern – industrieerprobte ARM Cortex-M Chips, die in Millionen von Geräten weltweit ihren Dienst verrichten. Die Einstiegsvariante, der STM32F103 ("Blue Pill"), kostet etwa 2 Euro. Für anspruchsvollere Aufgaben steht der STM32F303 bereit.

Technische Eckdaten:

Die Kommunikation zwischen Nodes erfolgt über CAN-Bus – denselben Feldbus, der auch in Ihrem Auto die Steuergeräte vernetzt. CAN bietet:

• 1 Mbit/s Übertragungsrate – mehr als ausreichend für Hausautomation (KNX hat 9600 bit/s - weniger als 1/100stel)
• Deterministische Übertragung – garantierte Latenzzeiten
• Hardware-Arbitrierung – keine Software-Kollisionen
• Robustheit – entwickelt für die raue Automobil-Umgebung

Und dann läuft auf jedem Node FreeRTOS – ein echtzeitfähiges Betriebssystem mit präemptivem Multitasking. Das bedeutet: Jeder Node kann dutzende Aufgaben parallel ausführen, mit garantierten Reaktionszeiten.

Das ist die Basis. Jetzt wird es interessant.

Die Module: 2¹²³+ Konfigurationsmöglichkeiten

WHIP Nodes sind modular aufgebaut. Mit einer Unterstützung für bis zu 255 Module, die beliebig kombiniert werden können. Jede Kombination erzeugt eine maßgeschneiderte Firmware – ohne unnötigen Code, ohne Speicherverschwendung.

Theoretisch ergeben sich daraus über 2¹²³+ mögliche Konfigurationen (das ist so eine Zahl: 10633823966279326983230456482242756608). Praktisch sind nicht alle Kombinationen sinnvoll (Speichergrenzen, Hardware-Konflikte), aber die tatsächliche Zahl übersteigt bei weitem alles, was andere Systeme bieten.

Das ist kein Marketing-Gag. Jeder Code-Commit durchläuft über 500 Firmware-Kompilierungen, die zufällige Modul-Kombinationen auf verschiedenen Architekturen testen. Diese kombinatorische Testabdeckung stellt sicher, dass die Modularität nicht nur theoretisch, sondern praktisch funktioniert.

Aber Zahlen allein beeindrucken nicht. Lassen Sie uns Ihnen zeigen, was einzelne Module tatsächlich können.

Herzschlag: Mehr als nur Blinken

Jedes eingebettete System hat eine "Heartbeat-LED" – ein kleines Lämpchen, das blinkt, um anzuzeigen: "Ich lebe noch." Bei den meisten Systemen blinkt diese LED monoton vor sich hin.

Nicht bei WHIP.

Ein WHIP Node morst. Ja, richtig gelesen: Morsecode via LED.

Im Normalbetrieb morst die LED "OK" – das internationale Signal für "alles in Ordnung". Tritt ein Fehler auf, ändert sich die Nachricht: "E1" für Fehlertyp 1, "SOS" bei kritischen Problemen. Und das Beste: Der Morsecode lässt sich zur Laufzeit via CAN-Bus ändern, ohne die Firmware neu zu flashen.

Wcancmd heartbeat setString string=HELP

Fertig. Die LED morst jetzt "HELP" (.... . .-.. .--.).

Aber das ist erst der Anfang. Der Herzschlag hat drei Kanäle:

1. Visuell (LED) – Morsecode oder einfaches Blinken
2. Audio (Piezo-Buzzer) – akustisches Signal
3. CAN-Bus – digitaler Herzschlag für Netzwerküberwachung

Alle drei Kanäle sind unabhängig konfigurierbar. Ein Node kann gleichzeitig visuell morsen, akustisch piepen und seinen Herzschlag über CAN broadcasten.

"Das ist doch Overengineering!" – werden Sie vielleicht denken.

Ist es. Absichtlich. Und es wird noch besser.

Buzzer: Das Orchester im Mikrocontroller

Die meisten eingebetteten Systeme haben einen Piezo-Buzzer für Warntöne. Piep. Piep-piep. Bestenfalls unterschiedliche Frequenzen.

Ein WHIP Node spielt Melodien.

Nicht irgendwelche Melodien – vollständige musikalische Kompositionen mit korrekter Notenlänge, Tempo und Transposition. Eingebaut sind unter anderem:

• "In the Hall of the Mountain King" (Grieg)
• "Happy Birthday"
• "Star Wars Imperial March"
• "Close Encounters of the Third Kind" (das 5-Ton-Alien-Motiv)
• "Westminster Chimes" (Big Ben)

Technische Details:

Alles steuerbar via CAN:

# Imperial March abspielen
Wcancmd buzzer set melody=3 repeat=1

# Eine Oktave höher transponieren
Wcancmd buzzer set transpose=12

# Halbe Geschwindigkeit
Wcancmd buzzer set speedup=4

Wozu braucht man das?

Stellen Sie sich vor: Verschiedene Melodien für verschiedene Ereignisse. Die Waschmaschine ist fertig? Westminster Chimes. Jemand klingelt an der Haustür? Close Encounters. Einbruchsalarm? Imperial March in Endlosschleife.

Akustische Signaturen statt anonymer Pieptöne.

Lichtshow: 25+ Effekte, von Weihnachten bis Polizei

WHIP Nodes können WS2812B und ähnliche adressierbare LED-Streifen ansteuern. "Können ansteuern" ist dabei eine massive Untertreibung.

Das Lightshow-Modul ist eine vollständige prozedurale Effekt-Engine, die mit 30 Hz rendert. Keine vordefinierten Muster, die einfach abgespielt werden – jeder Effekt wird in Echtzeit berechnet und angepasst.

Effekt-Kategorien:

Der Police-Effekt verdient besondere Erwähnung: Konfigurierbare Blinkfrequenz, einstellbare Segment-Paare (Hälften, Viertel, Sechstel, Achtel), volle Helligkeitskontrolle. Ein LED-Streifen wird zur Alarm-Signalanlage.

Der Candle-Effekt simuliert flackernde Kerzen – warm, organisch, mit konfigurierbarer Flacker-Geschwindigkeit und Mindesthelligkeit.

Alle Effekte sind längennormalisiert: Ein 10-LED-Streifen und ein 100-LED-Streifen durchlaufen den gleichen Effektzyklus in derselben Zeit. Die Engine passt sich automatisch an.

# Weihnachtliches Funkeln
Wcancmd lightshow setEffect effect=16 p0=255 p1=200 p2=100

# Polizei-Alarm
Wcancmd lightshow setEffect effect=20 p0=4 p1=2

# Nur die ersten 50% des Streifens beleuchten (z.B. für Türbereich)
Wcancmd lightshow setEffect effect=3 p0=0 p1=127 p2=255 p3=255 p4=255

Das praktische Szenario:

Rund ums Haus verläuft ein LED-Streifen. Im Alltag: dezente Ambiente-Beleuchtung. Zu Weihnachten: Twinkle-Effekt (keine separaten Lichterketten nötig). Bei Alarm: Police-Effekt. Alles per CAN-Befehl umschaltbar – oder automatisch via GANGLION-Regeln.

RFID/NFC: Zutrittskontrolle für 5 Euro

Das MFRC522-Modul verwandelt jeden Node in ein vollwertiges Zutrittskontrollsystem.

Unterstützte Kartentypen:

• MIFARE Classic (1K/4K)
• MIFARE Ultralight
• MIFARE DESFire
• NTAG-Familie
• Alle ISO/IEC 14443A-kompatiblen Karten

Features:

• Automatisches Scannen mit 4 Hz (alle 250 ms)
• 4-, 7- oder 10-Byte UIDs
• Hardware-Selbsttest-Diagnose
• SPI-Mutex für Bus-Sharing mit anderen Modulen

# Kartenleser-Status abfragen
Wcancmd mfrc522 query

# UID der präsentierten Karte lesen
Wcancmd mfrc522 getUID

Das Setup:

• Blue Pill STM32: ~2 €
• MFRC522-Modul: ~3 €
• Gesamt: ~5 €

Für 5 Euro haben Sie ein NFC-Zugangssystem, das sich nahtlos in das WHIP-Netzwerk integriert. Türschloss-Relais steuern, Ereignisse loggen, Zutrittsberechtigungen prüfen – alles über GANGLION-Regeln konfigurierbar.

Infrarot: Alle Fernbedienungen, ein Empfänger

Das IR-Remote-Modul dekodiert Infrarot-Signale von handelsüblichen Fernbedienungen.

Unterstützte Protokolle:

Hardware-Kosten: Ein VS1838B IR-Empfänger kostet unter 50 Cent.

# Empfangenen Code abfragen
Wcancmd ir-remote query

# Protokoll auf RC5 umschalten
Wcancmd ir-remote setProtocol protocol=2

Das Szenario:

Eine alte Fernbedienung, die in der Schublade liegt? Jetzt steuert sie Ihr Smart Home. Taste 1 schaltet die Wohnzimmerbeleuchtung, Taste 2 dimmt, Taste 3 aktiviert den Kino-Modus. Die Zuordnung erfolgt via GANGLION – komplett ohne Programmierung am PC.

Gateway: Protokoll-Brücke zu anderen Welten

Nicht alles in einem Smart Home spricht CAN. Das Gateway-Modul übersetzt zwischen Welten.

Unterstützte Protokolle:

VE.Direct ist besonders interessant: Victron Energy ist ein führender Hersteller von Solar-Wechselrichtern und Batteriemanagement-Systemen. Mit dem Gateway-Modul kann ein WHIP Node:

• Batteriezustand (SoC, Spannung, Strom) auslesen
• Solarertrag überwachen
• Ladezustand visualisieren
• Alarme bei kritischen Werten auslösen

Die Architektur:

Victron MPPT ──VE.Direct──► WHIP Node ──CAN──► Rest des Systems
                              │
                              └── GANGLION-Regeln

Der WHIP Node wird zur Brücke. Er "assimiliert" das Victron-Gerät nicht, er integriert es elegant ins Gesamtsystem.

Sicherheit: Hardware-verwurzelt, nicht nachträglich

Die meisten Smart-Home-Systeme behandeln Sicherheit als Nachgedanken. Bei WHIP ist Sicherheit im Silizium verankert.

Das Problem mit CAN-Bussen:

CAN-Bus hat ein inhärentes Sicherheitsproblem: Jeder Teilnehmer kann Nachrichten senden, und andere Teilnehmer akzeptieren diese, solange das Protokoll stimmt. In Autos führt das regelmäßig zu Diebstählen – Angreifer verbinden sich mit dem CAN-Bus und senden "Tür öffnen" und "Motor starten".

Die WHIP-Lösung:

1. Installations-spezifisches Geheimnis (96 Bit): Wird bei der Firmware-Erstellung eincompiliert. Nur Nodes mit diesem Geheimnis gehören zur Installation.
2. Hardware-UID (96 Bit): Jeder STM32-Chip hat eine weltweit einzigartige, unveränderbare ID im Silizium. Diese ID kann nicht gefälscht werden.
3. Challenge-Response-Authentifizierung: Jeder Node kann jeden anderen Node herausfordern, zu beweisen, dass er das Installations-Geheimnis kennt. Die mathematische Beziehung zwischen UID und Geheimnis macht Fälschung unmöglich.
4. Informationstheoretische Sicherheit: Bei jedem Challenge-Response werden weniger Bits übertragen als das Geheimnis enthält. Selbst bei vollständiger Beobachtung aller Kommunikation kann ein Angreifer das Geheimnis nicht rekonstruieren.
5. Mitglieder-Überwachung: Neue Nodes müssen vom Hub registriert und allen anderen Nodes angekündigt werden. "Ad-hoc"-Nodes werden nicht akzeptiert.
6. Heartbeat-Überwachung: Fällt ein Node aus (kein Herzschlag mehr), wird dies erkannt und gemeldet.

Was passiert bei einem Angriff:

Ein Angreifer, der physischen Zugang zum CAN-Bus erlangt, kann:

• Legitim aussehende Nachrichten nicht fälschen (kein Geheimnis)
• Challenge-Responses nicht beantworten (keine UID-Beziehung)
• Durch fehlgeschlagene Challenges selbst als Eindringling erkannt werden

Das WHIP-Netzwerk verteidigt sich aktiv gegen Eindringlinge – eine Fähigkeit, die selbst in der Automobilindustrie fehlt.

GANGLION: Das dezentrale Nervensystem

Jetzt wird es philosophisch. Oder biologisch. Oder beides.

Was ist GANGLION?

GANGLION steht für "GANG of Lightweight Input/Output Nodes" und beschreibt die Fähigkeit von WHIP Nodes, autonom Entscheidungen zu treffen – ohne Hub, ohne Server, ohne Cloud.

Der Name kommt aus der Biologie: Insekten haben kein zentrales Gehirn, sondern verteilte Ganglien (Nervenknoten). Trotz minimaler neuronaler Komplexität sind Insekten hochfunktional.

Das GANGLION-Prinzip:

IF Schlafzimmer_Node:Temperatur > 22
   AND Uhrzeit > 22:00
   AND Uhrzeit < 06:00
THEN
   Klimaanlage_Node:Lüfter = AN

Diese Regel muss nicht auf einem Hub laufen. Sie kann auf dem Temperatur-Node laufen, auf dem Klimaanlagen-Node, oder auf einem dritten Node, der einfach zuhört und vermittelt.

Warum ist das revolutionär?

Stellen Sie sich vor: Der Hub fällt aus. Bei den meisten Smart-Home-Systemen funktioniert jetzt nichts mehr. Bei WHIP passiert folgendes:

• Die GANGLION-Regeln laufen weiter
• Nodes kommunizieren direkt miteinander
• Kritische Automatisierungen bleiben aktiv
• Nur die "höhere" Logik (Apps, Dashboards) ist betroffen

GANGLION macht WHIP resilient. Nicht als Notfall-Fallback, sondern als fundamentales Architekturprinzip.

Die Synthese: Kaffee auf der Terrasse

Genug Theorie. Lassen Sie uns Ihnen zeigen, wie all diese Komponenten zusammenspielen.

Das Szenario:

Sie sitzen auf der Terrasse, trinken Ihren Morgenkaffee. Entlang der Terrassenbrüstung verläuft ein LED-Streifen – einer dieser WS2812B-Streifen, die Sie bei jedem Elektronik-Händler bekommen.

Sie blicken auf den Streifen. Er leuchtet in einem sanften Grün-Gradient, etwa 78% seiner Länge.

Was Sie gerade gesehen haben: Den Ladezustand Ihrer Hausbatterie.

Was im Hintergrund passiert:

┌─────────────────────────┐
│ Keller-Node             │
│ STM32 + INA226          │
│ (Stromsensor am BMS)    │
│                         │
│ Misst: SoC = 78%        │
└───────────┬─────────────┘
            │ CAN-Bus
            │ GANGLION-Broadcast
            │
┌───────────▼─────────────┐
│ Terrassen-Node          │
│ STM32 + WS2812B         │
│                         │
│ GANGLION-Regel:         │
│ IF Battery:SoC changed  │
│ THEN Lightshow:ZONE     │
│      start=0            │
│      end=SoC*2.55       │
│      color=gradient     │
│      (green→yellow→red) │
└─────────────────────────┘
            │
            ▼
    ████████████████░░░░░░  78%
    grün────────────gelb───rot

Kein Hub beteiligt. Kein Server. Keine Cloud. Keine App.

Der Keller-Node misst den Batterie-Strom, berechnet den SoC, und broadcastet den Wert über CAN. Der Terrassen-Node hört zu und aktualisiert die LED-Anzeige. Die GANGLION-Regel sorgt dafür, dass die Anzeige auch funktioniert, wenn der Hub gerade rebooted oder das WLAN ausgefallen ist.

Und wenn der SoC unter 20% fällt?

Die GANGLION-Regel wechselt den Effekt: Der LED-Streifen beginnt rot zu atmen (BREATHE-Effekt). Sie bemerken es aus dem Augenwinkel. Keine Push-Notification, kein Alarm – nur ein sanftes Pulsieren in Ihrer peripheren Wahrnehmung.

Das ist ambientes Bewusstsein. Sie sehen den Zustand Ihres Hauses, ohne hinzuschauen.

Weitere Szenarien

Das Terrassenlicht bei Anbruch der Dämmerung:

• BH1750-Lichtsensor misst Umgebungshelligkeit
• GANGLION-Regel: IF Helligkeit < 50 Lux AND Zeit > 18:00 THEN LED-Strip = GRADIENT (warmweiß)
• Kein Timer, keine Cloud-Wetterabfrage – der Sensor vor Ort entscheidet

Zutrittskontrolle mit RFID:

• MFRC522 am Eingang scannt Karte
• GANGLION-Regel: IF UID = bekannte_UIDs THEN Türöffner = ON für 5s AND Buzzer = Westminster
• Unbekannte UID? Buzzer = Imperial March, LED-Strip = POLICE
• Node entscheidet autonom, Hub loggt nur mit

Wärmepumpen-Steuerung nach Solarertrag:

• Gateway-Modul liest Victron-MPPT via VE.Direct
• GANGLION-Regel: IF Solar_Power > 2000W AND Warmwasser_Temp < 50°C THEN Wärmepumpe = ON
• Eigenverbrauchsoptimierung ohne Cloud-Anbindung

Frostschutz für Wasserleitungen:

• DS18B20-Temperatursensor im Keller
• GANGLION-Regel: IF Temp < 3°C THEN Heizband = ON AND Heartbeat:setString = FROST
• Node handelt autonom, selbst bei Netzwerkausfall
• LED morst "FROST" als visuelle Warnung

Was WHIP von anderen unterscheidet

Vergleich mit KNX:

KNX ist der etablierte Standard für Gebäudeautomation. Professionell, zuverlässig, teuer. Ein KNX-Binäreingang kostet 100+ Euro, ein WHIP Node in dieser Kategorie bietet dutzende Digital und Analogeingänge, Relaissteuerung, eigenen Speicher und noch viel mehr - alles konfigurierbar. KNX-Geräte sind fixe Funktionseinheiten; WHIP Nodes sind maßgeschneiderte Konfigurationen.

Vergleich mit Zigbee/Z-Wave:

Zigbee und Z-Wave sind Consumer-orientiert: einfach, aber limitiert. Die Geräte haben fest einprogrammierte Funktionen. Ein Zigbee-Temperatursensor ist ein Temperatursensor – er wird nie etwas anderes sein. Ein WHIP Node kann heute Temperatursensor sein und morgen (nach Firmware-Update) zusätzlich Luftfeuchtigkeit, CO2 und Luftdruck messen.

Vergleich mit Arduino/ESP-DIY:

Mit Arduino oder ESP32 können Sie theoretisch alles bauen. Praktisch fehlt ein Framework: Jedes Projekt erfindet CAN-Kommunikation, Sensorabfrage und Konfiguration neu. WHIP bietet ein standardisiertes, getestetes Framework mit 150+ fertigen Modulen.

Die Unique Selling Points:

1. Modularität: unzählige Konfigurationen, kombinatorisch getestet
2. Autonomie: GANGLION-Regeln laufen ohne Hub
3. Sicherheit: Hardware-UID, Challenge-Response, Intrusion Detection
4. Resilienz: Nodes arbeiten weiter, auch wenn die Infrastruktur ausfällt
5. Kosten: $2-$20 pro Node, nicht $100-$500

Die Philosophie dahinter

WHIP entstand aus einer einfachen Frustration: Warum braucht ein modernes Smart Home eine Internetverbindung, um das Licht einzuschalten?

Die Antwort der meisten Hersteller lautet: "Weil wir Ihre Daten wollen" oder "Weil wir unsere Server-Infrastruktur monetarisieren wollen" oder schlicht "Weil es einfacher zu entwickeln war."

WHIP stellt die Frage anders: Was wäre das robusteste, sicherste, unabhängigste Smart Home, das technisch möglich ist?

Die Antwort: Ein dezentrales System, bei dem jeder Knoten intelligent ist. Ein System, das seine eigene Sicherheit durchsetzt. Ein System, das ohne externe Abhängigkeiten funktioniert.

WHIP ist Overengineering – und das ist Absicht.

Der Heartbeat morst nicht, weil jemand dachte: "Das wäre cool." Er morst, weil es die robusteste Form der visuellen Statusanzeige ist, die mit einer einzigen LED möglich ist. Der Buzzer spielt nicht Imperial March, weil Entwickler Star-Wars-Fans sind (obwohl sie es sind). Er spielt Melodien, weil akustische Signaturen informativer sind als anonyme Pieptöne.

Jedes Feature wurde bis zu seinem logischen Extrem durchdacht. Das kostet Entwicklungszeit, aber es erzeugt ein System, das seinesgleichen sucht.

Fazit: Für wen ist WHIP?

WHIP ist nicht für jeden. Es ist nicht für den, der ein Smart Home in einem Nachmittag zusammenstecken will. Es ist nicht für den, der fertige Lösungen von der Stange bevorzugt.

WHIP ist für den, der:

• Ein Haus baut oder grundlegend renoviert
• Verkabelung der Funklösung vorzieht
• Langfristig denkt (Jahrzehnte, nicht Jahre)
• Technisch interessiert ist (aber nicht notwendigerweise Entwickler)
• Unabhängigkeit von Herstellern und Cloud-Diensten schätzt
• Robustheit über Bequemlichkeit stellt

Was Sie bekommen:

• Ein Smart Home, das auch ohne Internet funktioniert
• Knoten, die selbst denken und handeln können
• Sicherheit, die im Silizium verwurzelt ist
• Flexible Konfiguration aus 100-200 Modulen
• Kosteneffizienz ($2-$20 pro Node)
• Ein System, das Sie verstehen und kontrollieren können

Was Sie investieren müssen:

• Zeit für Planung und Konfiguration
• Bereitschaft, sich mit der Technik auseinanderzusetzen
• Geduld während der Realisierungsphase

Am Ende steht ein Smart Home, das nicht für seine eigene Existenz da ist, sondern für Sie arbeitet. Still, zuverlässig, autonom.

Und manchmal, während Sie auf der Terrasse Ihren Kaffee trinken, zeigt es Ihnen mit einem sanften grünen Leuchten, dass alles in Ordnung ist.

WHIP wird entwickelt von PetaJoule, s.r.o. – einem tschechischen Unternehmen, das sich auf autarke Energielösungen spezialisiert hat. Dieser Artikel beschreibt den Stand der WHIP-Node-Entwicklung ohne Angabe spezifischer Versionsnummern, da das Projekt sich in aktiver Entwicklung befindet und Features kontinuierlich erweitert werden.