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Growduino Prototyp – Die intelligente Pflanzenaufzucht

Da es mittlerweile bereits wieder Anfang Februar ist, wird es nun allerhöchste Zeit mit der Aussaat meiner Chili-Pflanzen für die Chili Gartensaison 2015 zu beginnen. Um in diesem Jahr nicht wieder so viele Fehlschläge wie im Jahr 2014 zu erleben, will ich dieses Jahr nichts dem Zufall überlassen und die Aufzucht der Chili und Gemüsepflanzen einem Arduino Microcontroller überlassen. Daher der Arbeitstitel Growduino! Natürlich gibt es hier bereits fertige Lösungen im Handel zu kaufen doch das hier wäre kein Heimwerkerblog wenn ich das nicht selber bauen würde!

Der Growduino Prototyp

Der hier abgebildete Prototyp erledigt alle unten aufgeführten Aufgaben recht zuverlässig und versorgt meine Chili-Aussaat bislang zuverlässig mit allen gewünschten Parametern. Im nächsten Schritt heisst es das Kabelwirrwarr zu beseitigen und die komplette Schaltung auf eine Lochrasterplatine zu löten. Die Platine wird so gestaltet das diese als Arduino Shield auf jeden handelsüblichen Arduino gesteckt werden kann.

growduino prototyp

Der Growduino Prototyp auf dem Steckbrett

 

Was soll der Arduino können?

Der erste relativ einfach zu realisierende Aufgabenbereich des Arduinos in der Growbox ist die Steuerung der Beleuchtung. Zu definierten Zeiten sol vom Tag in den Nachtmodus geschaltet werden. Sprich das Licht an und aus geschaltet werden. Da der Arduino von Haus aus nicht über eine Real Time Clock verfügt, muss hier auf ein Real time Clock Modul zurückgegriffen werden.

Um hier allerdings sichergehen zu können das das Licht wirklich an ist und die Leuchtstoffröhre nicht defekt ist, soll die Beleuchtung über eine Fotodiode überwacht werden und im Fehlerfall eine Push  Notification auf mein Handy schicken!

Der Growduino soll die Temperatur in der Grow Box überwachen und aktiv versuchen diese in einem zuvor definierten Bereich zu halten. Je nach aktivem Modus (Tag oder Nacht), können diese Temperaturen unterschiedlich konfiguriert werden. Wird es im Aufzuchtgewächshaus zu warm, soll aktiv mit kälterer Raumluft da gegenangesteuert werden. Hier sollen sich in diesem Fall mittels Servo angesteuerte Lüftungsklappen öffnen und im Extremfall ein Lüfter für einen Luftwechsel sorgen. Wird es im Gegensatz zu kalt, sollen Zwei klassische Glühbirnen geschaltet werden um mit der Abwärme den Innenraum auf eine definierte Temperatur zu bringen. Die Messung der Temperatur erfolgt über einen DHT11 oder DHT22 Sensor.

Da die DHT Sensoren in der Lage sind neben der Temperatur auch die Luftfeuchtigkeit zu ermitteln, sollen anhand der Luftfeuchtigkeit ebenfalls Klappen, Lüfter und die Heizbirnen angesteuert werden um die Luftfeuchtigkeit in einem Bereich zu halten in welchem Schimmel und Fäulnis keine Chance haben, die Pflanzen aber trotzdem wunderbar gedeihen können.

Der Growduino soll darüber hinaus ein Auge auf die Bodenfeuchtigkeit werden und bei zu geringer Bodenfeuchtigkeit über eine Pumpe die Pflanzen mit Wasser versorgen. Hier soll es zwei Bewässerungswege geben, einmal die Bewässerung von oben und einmal die Bewässerung von unten. Hauptbewässerungsart soll die von unten werden.

Benötigte Teile für den Growduino

Die für das Vorhaben benötigten Teile kosten nicht sonderlich viel Geld,  sind in Summe aber schon ein ordentlicher Haufen Elektronik. Mein Ziel ist es bei dem Growduino so viel Daten für so wenig Geld wie möglich zu kommen.

Arduino UNO

arduino uno r3Der Arduino UNO in der dritten Revision wird das Herzstück des Growduinos und kümmert sich um die Auswertung der einzelnen Sensoren und leitet entsprechende Maßnahmen ein um den Pflanzen die bestmögliche Umgebung zu bereiten.

Während der Entwicklung greife ich auf einen originalen Arduino zu und im fertigen Produkt findet ein Nachbau aus China seinen Platz in der Growbox. Da die Hardware des Arduinos Open Source ist, gibt es in China etliche so genannte „Arduino compatibles“ welche für unter 10 Euro zu haben sind. Glücklicherweise habe ich hier bereits einige herumliegen.

Real Time Clock (RTC Modul)

Arduino Realtime Click ModulEin Real Time Clock Modul sorgt dafür, das der Arduino auch nach einem Stromverlust auf die aktuelle Uhrzeit und alles was dazu gehört zugreifen kann. Ein RTC Modul ist in der Regel mit einer Knopfbatterie ausgerüstet welche dafür sorgt das die Spannung nicht abfällt und die Uhrzeit weiterhin konstant ausgelesen werden kann.

Ein RTC Modul kann direkt über die mitgelieferte API des Arduino SDK angesprochen und ausgewertet werden. Die Kosten für ein Real Time Clock Modul für den Arduino liegen bei etwa 2 Euro wenn man auf Chinaware zurückgreift.

DHT11 oder DHT22 Temperatursensor

DHT11-Temperatur-SensorMit den DHT Temperatursensoren können sowohl die Temperatur wie auch die Luftfeuchtigkeit gemessen werden. Da der DHT11 Sensor manchmal keine korrekten Messergebisse liefert und bei einzelnen Temperaturmessungen um 2-3°C nach oben oder unter ausbricht, führe ich hier fünf Temperaturmessungen im Abstand von 2 Sekunden durch und ermittle aus den Messergebnissen einen Mittelwert welcher im Grund recht genau ist.

Vergleiche mit anderen Thermometern ergaben bei der Mittelwertmessung keine Abweichungen.

Bodenfeuchte Sensor

arduino bodenfeuchte sensorDer Bodenfeuchte Sensor wird in die Pflanzerde gesteckt und ermittelt über den elektrischen Widerstand zwischen seinen Polen die Leitfähigkeit und somit die Bodenfeuchtigkeit. Hier greife ich auf eine fertige Komponente aus China zurück. Mit einem Preis von rund einem Euro sind die Mehrkosten hier durchaus überschaubar.

Der Sensor kann sowohl digital als auch analog angesprochen werden. Um den Sensor analog anzusprechen, muss an einem Potentiometer ein Schwellenwert eingestellt werden, hier liefert der Sensor dann 0 oder 1 zurück. Ich werde den Sensor analog ansprechen um den genauen Wert ermitteln zu können.

Ein Sensor für die Bodenfeuchtigkeit lässt sich zwar aus ein paar Widerständen, Kabeln und zwei Eisennägeln einfach selber bauen, doch optisch gefällt mir die fertige Variante weitaus besser.

Relais

2-kanal-relais-arduinoUm die Beleuchtung, die Bewässerung, die Notfall-Heizung und andere externe Komponenten steuern zu können, werden einige Relais benötigt. Mit einem Relais kann der Arduino beispielsweise das Licht welches mit 230V läuft oder die Wasserpumpe mit 12 V aktiveren und deaktivieren.

Am Anfang setze ich hier auf zwei Karten mit jeweils zwei Relais welche ich noch vorrätig habe.

Für die Zukunft habe ich eine Relaiskarte bestellt welche 8 Relais beherbergt. Hierdurch spare ich mir in Zukunft bei der doppelten Anzahl an Relais die Hälfte der Kabel.

Zahnrad-Wasserpumpe

zahnrad-wasserpumpeUm die Pflanzen mit einer ausreichenden Menge Wasser zu versorgen ist eine Pumpe welche das Gießwasser aus dem Reservoir pumpt und über ein Schlauchsystem aus dünnen Aquariumschläuchen an den Pflanzen verteilt notwendig.

Hier kommt in meinem Fall eine kleine Modellbaupumpe mit einem Spannungsbereich zwischen 3 & 12V zum Einsatz. Diese hat bei einer Spannung von 12V eine Fördermenge von 1,2 Litern Wasser pro Minute. Wenn mein konfigurierter Wert für die Bodenfeuchtigkeit innerhalb von 30 Minuten jedes mal unterschritten wird, bekommt die Pumpe einen Impuls um 10 Sekunden Wasser zu den Pflanzen zu pumpen. Dies entspricht einer Menge von 200ml. Die 30 Minuten dienen dazu um bei einer Fehlmessung nicht direkt für eine Überschwemmung zu sorgen. Zusätzlich liegt der Abstand zwischen zwei Gießimpulsen bei mindestens 60 Minuten.

Beleuchtung

Die Hauptbeleuchtung erfolgt über eine Philips 865 Leuchtstoffröhre in kaltem weiss, da diese über die für das Pflanzenwachstum wichtigen Licht-Parameter verfügt. Zusätzlich erfolgt eine High Noon Simulation über rund 200 weisse LEDs welche für einige Stunden in der Mittagszeit hinzugeschaltet werden.

Heizung

Den Löwenanteil der Temperaturregulierung in der Growbox übernimmt  die Leuchtstoffröhre, auch wenn diese nur wenig Abwärme produziert reicht diese aus um den Innenraum der Styropor-Box auf Temperatur zu halten. Sollte es im Tagesmodus wieder erwarten trotzdem einen Sturz unter die konfigurierte Minimaltemperatur geben, sei es durch einen Ausfall der Leuchtstoffröhre oder kosmische Strahlung, schaltet sich automatisch ein 25 Watt Heizkabel hinzu und bleibt solange aktiv bis die Maximaltemperatur im Tagesmodus erreicht wurde. Im Nachtmodus läuft das Heizkabel durchgehend.

Sturmsimulation

Da die Chilis ab Ende Mai draussen stehen werden und somit Wind und Wetter ausgesetzt sind, erfolgt im vom Programmcode zufällig generierten Abständen eine Sturmsimulation. Hierfür wird für eine Zufällige Dauer zwischen einer Minute und 2 Stunden ein Netzteil-Lüfter eines Servers für ordentlichen Wind sorgen. Hiervon verspreche ich mir das die Pflanzen ein wenig dicker und kompakter wachsen.

WLAN-Modul ESP8266

ESP8266 wifi modulDamit die Chilis im Heizungskeller kein einsames dasein fristen, bekommt die komplette Steuerung für die Kommunikation nach draussen noch ein ESP8266 WLAN-Modul spendiert. DasESP8266 Wifi Modul ist die aktuell wohl kostengünstigste Möglichkeit einen Arduino mit dem Internet zu verbinden. Das Wifi Modul ist bereits für unter 5 Euro erhältlich.

Über dieses Modul können in Zukunft sämtliche Parameter der Growduino Growbox online in Echtzeit abgefragt werden! Sowohl hier im Blog wie auf dem Smartphone!

Hierfür werde ich wohl eine separate Übersichtsseite im Blog erstellen auf welcher sich jeder Besucher einen genauen Status verschaffen kann.

 

 

15 Kommentare
  1. Hi,

    ein tolles Projekt und vorab viel Erfolg bei der Aufzucht. Weitere Arduino Projekte und ggf. Unterstützung kannst Du auf http://www.deskfactory.de finden. Vielleicht können wir auch darüber berichten?

    Herzliche Grüße,
    Robert

  2. Hallo
    Ich bin auch am planen für eine Bewässerungs- Temp. und Lichtsteuerung für mein kl. Treibhaus.
    Funktioniert deine Steuerung ?
    Veröffentlichst Du deinen Code ? wäre für mich sehr hilfreich, da ich noch sehr wenig Erfahrung mit Arduino`s habe
    Besten Dank für deine Antwort

    MABA

    • Hallo, das ist ein richtig cooles Projekt! Ich hätte auch Interesse an Schaltplänen und Code. Es war toll wenn Du die Zeiten würdest. Gruß, Mirco.

  3. Servus Hauke!

    Sag, wird es mal ein Update zu dem Projekt geben?

    Grüße

    Alex

    • Hey Alex,
      ich denke in nächster Zeit nicht, eigentlich hatte ich die Version 2.0 bereits geplant, aber irgendwie ist schon wieder Dezember und die Pflanzen stehen schon wieder im Keller 🙂 Sollte ich in den kommenden Wochen spontan Lust darauf haben die 2.0 zu bauen sag ich dir bescheid 🙂

  4. (Sorry for writing in English, but my written German is so bad . . .)
    Impressive. Do you know the accuracy your Bodenfeuchte Sensor? I have tried to use similar sensors, but found them too inaccurate for use with plants that require little soil moisture, like most Cacti or Succulents (which I find interesting). Any comment?

  5. Hallo,
    erstmal muss ich sagen ich finde das Projekt eine sehr coole Idee, an der ich auch schon längere Zeit tüftle. Besonders cool find ich die Sturmsimulation. Das versuche ich grade über ein Motorshield mit angeschlossenen PC-Lüftern zu installieren, habe aber einige Probleme beim Skript. daher wollte ich fragen ob du deine Skripte irgendwo veröffentlichst oder, falls nicht mir diesen teil schicken würdest??
    Danke schonmal im Vorraus.

    MfG

    Freeed

  6. Hallo ich suche die passende Bewässerung, es sollen auf Mallorca 2 Kübelpflanzen, Zitrusbaum und Orangenbaum während meiner Abwesenheit sicher bewässert werden, aber auch nciht abgesoffen werden, suche daher eine Möglichkeit einer automatischen Bewässerung die auch die Feuchte der Kübel mißt, somit bei nciht bedarf nicht einfach weiter bewässert. Hat jemand eine gute idee, Schaltung oder empfehlung zu bereits im Handel erhältliche Geräte?

  7. Hallo, ich arbeite aktuell an einem ähnlichen Projekt und orientiere mich stark an deinem (Respekt für die Arbeit!).

    Da ich das ganze im Wohnzimmer betreiben werde, ist eine Heizmatte wahrscheinlich nicht erforderlich.
    Meine Frage: Welchen Schwellwert nutzt du beim Bodenfeuchte-Sensor um zu bewässern? Also auf welchem Wert sollte die Bodenfeuchte gehalten werden?

  8. Hey Hauke,

    cooles Projekt welches mich jetzt auch beschäftigt.

    Ist es möglich dass du den Code für das Projekt veröffentlichst ?
    Bin eine echte Niete im Programmieren.

    BITTE BITTE !

    Danke vorab.

    P.S.: Hast du Facebook oder so für Kontakt ?

  9. Wiklich cooles projekt!
    Und wie schon viele hier geschrieben haben, bitte veröffentliche das Programm um dieses projekt Nachzubauen!!!

  10. Hallo, ich lese gerade diesen Blog und finde das ein sehr schönes und vor allem hilfreiches Projekt.
    Sollte der code inziwschen irgendwo verlinkt sein, wäre ich dankbar, wie wahrscheinlich alle anderen auch, diesen herunterladen zu können.

    Muß an meine Gurken denken, damit die nicht im Urlaub vertrocknen :-.)
    Gruß, Claus

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