Pflanzenbewässerung

Kräutergarten für die Küche

Es gibt sie mittlerweile zuhauf: Lösungen, um mit einem Arduino, Raspi und Co., das Blumengießen zu automatisieren, so dass diese auch ohne Probleme mal eine längere Abwesenheit überstehen. Hier möchte ich meine eigene Kronstruktion einer automatisierten Kräuteraufzucht vorstellen, die ich für unsere Fensterbank in der Küche gebaut habe.

Das fertige System im Betrieb

Überblick über die Funktionen:

  • Ein/e Feuchtigkeitssensor/Pumpe je Pflanze
  • Waage zeigt Inhalt des Wassertanks
  • Kamera für Langzeitbeobachtung
  • RGB-LED Beleuchtung (nur als optische Spielerei)
  • Status über Website einsehbar

Aufbau

Blumentöpfe und Wassertank für das Bewässerungssystem

Zunächst baue ich die Bodenplatte, auf der später die Töpfe stehen werden:

Bodenfläche für die Topfpflanzen
Standfüße anleimen

Bogen

In dem Bogen über den Pflanzen stecken das Kameramodul, sowie zwei 3W RGB-LEDs. Da ich die zugehörigen Anschlusskabel verstecken möchte, baue ich zunächst einen Kabelkanal aus Multiplex.

Kabelkanal aus Multiplex zusammen leimen

Aus einzelnen Teilstücken setze ich dann den Bogen zusammen:

Nun werden Kameramodul und LEDs eingebaut. Ich nutze hier eine standard Raspberry Pi Kamera. (Allerdings ohne IR-Filter, was das rötliche Bild der Aufnamen erklärt.)

Rechts und links je eine RGB-LED, in der Mitte die Kamera.

Um die Kabel zu verlegen, kann man den Kabelkanal komplett aufschrauben.

Nun werden Bogen und Bodenplatte miteinander verbunden. Schon fast fertig:

Zu guter Letzt fehlt noch das Brett, dass die einzelnen Töpfe an ihrer Position hält.

Durch die 2 kleinen Löcher in der Mitte werden später Schläuche und Kabel zu den einzelnen Töpfen geführt
Standprobe

Waage

Natürlich soll auch der Wasserstand im Vorratsbehälter gemessen werden. Hierzu habe ich mir eine Wägezelle inklusive günstigem HX711 AD-Wandler besorgt. Eine genaue Messung ist damit nicht möglich, aber für eine grobe Pegelanzeige genügt es.

Elektronik

Die PCB habe ich nach meinen CAD-Daten fertigen lassen und anschließend selbst bestückt
Trägerboard für den Raspberry Pi.
Montierter Raspi

Das fertige Board habe ich einfach unter die Bodenplatte geschraubt.

Schaltung

Die Steuerung des Systems erfolgt ausschließlich über das Raspberry Pi. Die einzelnen Pumpen werden von Mosfets geschaltet, die von einem PCF8574 Portexpander gesteuert werden. Dieser ist, wie auch die RTC, am I2C-Bus des Raspi angeschlossen. Die Feuchtigkeits- und Gewichtssensoren sind direkt (bei den Feuchtigkeitssensoren sind noch Spannungsteiler notwendig) an die GPIOs des Raspberry angeschlossen.
Auch die PWM für die RGB-Leds übernehmen GPIOs des Raspi. Den Strom für die LEDs liefern Meanwell LED-Treiber (LDD-350).
Stromversorgung:
Die Stromversorgung erfolgt über ein 12V Steckernetzteil. Für das Raspberry und die Pumpen wird diese Spannung jeweils über einen Step-Down-Regler auf 5V reduziert.
Eine Besonderheit bei der Stromversorgung ist noch der verbaute Power Controller LTC2956. Der Controller schaltet erst nach einem einstellbaren Zeitintervall die Versorgungsspannung ein. Das Raspberry bootet und kann seine Aufgaben erledigen. Anschließend setzt dieses das Sleep-Signal am LTC2956 und der Controller schaltet die Spannung wieder ab. Das Zeitintervall ist über die Dipschalter (schaltbare Widerstände) am LTC konfigurierbar. In meinem Fall lasse ich das Raspberry ca. alle 4 Stunden booten.
Über den Taster SW2 ist natürlich jederzeit auch eine manuelle Bedienung möglich.
Der Standby-Verbrauch der Bewässerungsanlage reduziert sich damit auf den Standby-Verbrauch des verwendeten Netzteils.
Hinweis: Durch das harte Abschalten kann das Raspberry nicht mehr ordnungsgemäß herunterfahren. Daher sollte man darauf achten, dass zu diesem Zeitpunkt keine Daten mehr auf die SD-Karte geschrieben werden (ggf. Read-Only Dateisystem verwenden).

Feuchtigkeitssensoren

Ich nutze eine kapazitive Messung der Feuchtigkeit. Hierbei wird die Kapazität zweier großer paralleler Kupferflächen auf der Platine gemessen. Diese hängt ab von dem umgebenden Dielektrikum, das sich mit der Feuchte der Erde ändert. Um die kleinen Kapazitätswerte zu messen, nutze ich einen TLC555 Timerbaustein. Auf diese Weise muss ich mit dem verbauten Attiny45 lediglich noch die Frequenz, des vom TLC555 erzeugten Rechteck-Signals messen, und kann direkt auf die Feuchtigkeit der Erde schließen.

Feuchtigkeitssensor

Abschlussarbeiten

Die Schläuche führe ich seitlich durch den Bogen ein (die Kabel von Kamera und LEDs verlaufen durch die gegenüberliegende Seite). Von dort führe ich sie dann zwischen den beiden Bodenplatten hindurch in die Mitte und verteile sie auf die einzelnen Pflanzen.
Außerdem schließe ich jetzt auch noch die Pumpen und die Feuchtigkeitssensoren an die Steuerung an.

Fertig

Immer wenn das Raspi bootet (vom Power-Controller eingeschaltet wird) werden die Feuchtigkeitswerte der einzelnen Pflanzen gemessen, ggf. gegossen und ein Foto über die RasPi-Cam gemacht. Anschließend werden alle Daten auf diesen Webserver hochgeladen und das Raspberry schaltet sich wieder ab.

Die aktuellen Messwerte und die Zeitrafferaufnahme der Pflanzen findet ihr HIER.

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