1. Ausgangslage
Meine Freundin mag den Gemüseanbau im Garten der jetzigen Mietswohnung. Da wir ebenfalls das Reisen lieben und daher viel unterwegs sind, sowie auch einen Wohnsitzwechsel geplant haben, soll eine intelligente Alternative zum Garten der jetzigen Mietswohnung geschaffen werden.
Eine Marktanalyse hat gezeigt, dass aktuell keine passenden Lösungen für smarte Hochbeete angeboten werden. Aus diesem Grund hat man sich dafür entschieden, selbst eine Alternative nach den eigenen Ansprüchen zu schaffen.
2. Vorgehen
Nach dem Abschluss der Projektinitalisierung und -planung wurde mit dessen Realisierung begonnen. Recherchen zum Gemüseanbau, Gewächshausbau und der zu verbauenden Elektronik schufen das nötige Wissen um die elektronischen Komponenten zu evaluieren. Anschliessend konnte die technische Planung für den Bau des Mini-Gewächshauses und die elektronische Schaltung erstellt werden. Mit Hilfe eines kleinen, inoffiziellen Projektteams, bestehend aus Vater und Bruder, wurde die Hardware gebaut. Als nächster Schritt wurde die jeweilige Programmierung von Arduino Mega 2560, Raspberry Pi 4 und MYSQL Datenbank vorgenommen. Die Website zur Wiedergabe der gemessenen Sensorwerte wurde durch Lars Haller übernommen. Abschliessend wurde die Steuerung auf ihre Funktionalität überprüft.
3. Ergebnis
3.1 Mini-Gewächshaus
Das Endergebnis der Diplomarbeit ist ein funktionstüchtiges, smartes Hochbeet mit Gewächshausaufbau mit den Massen 148 x 170 x 93.4cm (B x H x T). Es wurde eine über 1m² grosse Gemüseanbaufläche geschaffen, welche 40cm tief mit Erde gefüllt werden kann. Die Pflanzen können bis zu 70cm hoch wachsen. Die Verkleidung des Gewächshauses wurde mit Plexiglas-Stegplatten aus dem industriellen Gewächshausbau realisiert und hat eine hohe Lichtdurchlässigkeit, Stabilität und Wärmedämmung.
3.2 Steuerung
Die intelligente Steuerung wird aus einem Arduino Mega 2560 und einem Raspberry Pi 4 gebildet. Der Arduino liest die verbauten Sensoren aus und übermittelt die Messwerte an den Raspberry Pi. Dieser steuert je nach gemessenem Wert die Aktoren über Relais und / oder Installationsschütze. Schwellwerte können hinterlegt und laufend angepasst werden, welche definieren, wann die Aktoren ein- und ausschalten sollen. Nebst dem automatischen Betrieb können alle Aktoren über verbaute Drucktaster manuell gesteuert werden.
3.3 Anzeige
Die aktuellen Sensormesswerte und Status der Aktoren werden periodisch in eine MYSQL Datenbank hochgeladen, welche anschliessend auf der Website christophhaller.ch eingesehen werden können. Ebenfalls ist die Einsicht der Werte über ein verbautes 10.1″ Touchscreen Display möglich. Der Füllstand des Wassertanks kann durch Betätigung eines Drucktasters separat über eine RGB-LED wiedergegeben werden.
3.4 Klima
Mehrere Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensoren überwachen das Klima im Innen- und Aussenbereich des Gewächshauses. Reguliert wird das innere Klima durch eine von zwei Linearmotoren angetriebene Lüftungsklappe, einem Lüfter und zwei Heizmatten. Falls die Lichtstärke über den Tag zu gering sein sollte, unterstützt eine 110W Pflanzenlampe das Wachstum.
3.5 Bewässerung
Das gewählte Bewässerungssystem "Micro-Drip-System" des Herstellers Gardena kann individuell auf den aktuellen Gemüseanbau angepasst werden, denn deren Position, sowie die Wassermenge der gewählten Sprüher, kann problemlos verändert werden. Ein Bodenfeuchtesensor steuert den automatischen Bewässerungsprozess. Mit Hilfe einer 12V Druckwasserpumpe und einem 125 Liter Wassertank ist es möglich das Beet über 5 Wochen hinweg ohne zusätzliche Tankfüllung zu bewässern.
4. Ausblick
Durch smart BalGar werden zukünftig Gemüse und Kräuter auf einer Terrasse angebaut und zusätzlich vor Kälte und möglichem Unwetter geschützt sein. Ein schnelleres Pflanzenwachstum wird durch die verbaute intelligente Steuerung gezielt unterstützt. Der grösste Vorteil wird die neu hinzugewonnene Flexibilität im Alltag sein.
Es ist beabsichtigt, zusätzlich eine Webcam zu verbauen, wodurch auch bei einer Ortsabwesenheit der Zustand der Pflanzen optisch überwacht werden kann. Ebenfalls sollen Fehlermeldungen wie z.B. "Füllstand zu gering" oder "Temperaturen über-/unterschritten" zukünftig per Smartphone erhalten werden.
