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GrowingPi   -   automatisierte    Pflanzenanzucht-Box

Unter diesem Begriff versteht man eine nahezu voll automatisierte Pflanzenanzuchtbox zum Ziehen von Jungpflanzen. Die Idee für diese Box wurde im Frühjahr 2014 nach einem sehr wetterreichen Frühling geboren. Viele Jungpflanzen schafften die Aussaat in den Garten nicht, da Temperaturen nachts oft um den Nullpunkt waren. Diese hohen Temperaturunterschiede Tag/Nacht lösten teilweise Wachstumstörungen bei den Pflanzen aus. In weiterer Folge wurden die Pflanzen nach dem Setzen im Garten teilweise krank und die Ernte war sehr gering. Nach einigen Überlegungen stand fest, dass ich eine automatisierte Anzuchtbox bauen will, die völlig autark und automatisiert ein Klima erzeugt/erhält, welches optimal für die Anzucht von Jungpflanzen ist.

 

Ideen    und    Intensionen

Aus einigen Ideen wurden schnell Pläne und im August 2014 begann ich mit dem Bau der Box. Ziel war es, so kostengünstig und wiederverwertend wie möglich zu arbeiten. So hab ich z.B.: ein altes ausgebautes Fenster restauriert, welches als Front der Box dient. Der Aufbau des Grundgerüsts wurde mit Euro-Paletten gemacht, die Wände mit Glaswolle, die beim Dachbodenausbau übrig geblieben ist, gedämmt und mit Brettern die beim Carportbau zu viel waren verschlagen.

 

Automatisierte    Pflanzenzucht

Ein Wort das viele große und vor allem komplexe Themen mit sich brachte. Eine Box zu bauen ist mit ein bisschen handwerklichem Geschick nicht sehr schwer. Für diese Box aber eine Elektronik mit Software und Steuerung zu entwickeln und zu bauen, stellte mich vor große Herausforderungen. Die Box heizt und kühlt automatisch nach vorgegebenen Werten, wobei die Software zwischen Tag & Nacht unterscheiden kann und somit jeweils unterschiedliche Grenzwerte vorgeben werden. Das Alles ermöglichen verschiedene Sensoren (Bodenfeuchtigkeit, Temperatur (innen & außen), Luftfeuchtigkeit (innen & außen), die an eine zentrale Stelle angeschlossen und von dieser ausgelesen und verwaltet werden.


RaspberryPi

Diese Zentrale-Stelle ist ein Raspberry Pi, ein auf Linux basierender Mini-Computer welcher über GPIO Schnittstellen verfügt. Basierend auf Linux wurde in weitere folge eine Software geschrieben, die diese Werte auswertet und dementsprechende Aktionen auslöst. Parallel zu dieser Linuxsoftware wurde ein Entwickler-App für Smartphones adaptiert und ein App entwickelt mit Schnittstellen zur Software auf dem RaspberryPi. Mit diesem App ist es möglich Aktionen wie Heizen, Lüften, Restart, Webcam Ein/Aus, &&& anzustoßen bzw. diese zu steuern. Ein herzliches  Dankeschön möchte ich an dieser Stelle an Stefan Berger aussprechen, der wesentlich an der Entwicklung der Software beteiligt war.
 


Automode

Ein sogenanntes "Automode Script" ist das Hirn der Box und überwacht die Werte der Sensoren 24 Stunden am Tag, 7 Tage die Woche. Dieses Script überwacht im Sekundentakt, die einzelnen Werte (Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Bodenfeuchtigkeit) und setzt, je nachdem welche Werte es bekommt, Aktionen wie heizen oder kühlen.


Logging    auf    Google-Docs

In weiterer Folge wird alle 15 Minuten eine komplette Auswertung der Sensorenwerte und Relais, quasi eine Momentaufnahme der Box in eine Tabelle auf Google-Docs gespeichert. Diese Funktion dient in erster Linie zu Auswertung der Daten und weiters zur Optimierung von einzelnen Parametern der Box.



e-mail    Alerting

Um so schnell wie möglich auf Störungen des Systems bzw. des Mini-Klimas zu reagieren, wurde ein Script implementiert, welches die aktuellen Werte des Innen-Temperatur-Sensors überwacht und mit festgelegten Grenzwerten vergleicht. Über-/Unterschreitet ein Wert diese Grenzwerte (z.b.: Grenzwert ist +30° --> aktuelle Temperatur ist +31°) wird automatisch ein Alerting-Mail an meine E-mail Adresse mit dem Inhalt "gefährlich hohe Innentemperatur", gesendet. Fällt der aktuelle Wert wieder unter den vorgegebenen Grenzwert, wird ebenfalls automatisch eine Harmles-Mail an meine E-mail Adresse mit dem Inhalt "Innentemperatur wieder OK", gesendet. Natürlich überwacht dieses Script 24 Stunden, 7 Tage die Woche die Box und reagiert sofort auf unvorhergesehene Ereignisse.

 

Webcam

Um nicht nur verschiedenste Werte der Box auswerten zu können, sondern sich auch optisch die Sicherheit über den Zustand der Pflanzen schaffen zu können, wurde eine Webcam installiert. Diese Webcam wird über einen Webserver am RaspberryPi betrieben und kann bei Gebrauch über das Smartphone App aktiviert werden. Die Webcam ist, je nach Höhe der Pflanzen, verstellbar und kann so immer optimal auf die Pflanzen ausgerichtet werden.


Beleuchtung

Licht ist bekanntlich das Hauptnahrungsmittel der Pflanzen. Ohne künstliches Licht wäre es in den Anfangsmonaten des Jahres nicht möglich Jungpflanzen zu ziehen. Nach einigen Recherchen habe ich eine effektive und vor allem kostengünstige Lösung in verschieden Foren gefunden. Ich habe 5 Stück Leuchtstoffröhren aus dem Baumarkt verbaut und das Ergebnis ist unerwartet gut. Die Röhren haben ungefähr die gleiche Farbtemperatur wie die Sonne und sind somit bestens für den Zweck in der Growbox geeignet.

 

Lueftung

Die Be- und Entlüftung der Box war eines der Kernthemen bei der Entwicktlung der Growbox. Diese wurde mit leistungsstarken Serverlüftern die über ein Flexrohrsystem mit dem inneren der Box verbunden sind, realisiert. Um das ungewollte Ausströmen der Innenluft zu verhindern wurden jeweils bei der Be- und Entlüftung sogenannte Rückstauklappen eingebaut. Durch die Synphonartige Verlegung der Flexrohre soll ebenfalls das ungewollte Ein- und Ausströmen der Luft verhindert werden. Angesteuert wird die Lüftung über ein Schaltrelais das mit dem RaspberryPi verbunden ist. Je nach dem welche Soll und Ist-Werte in der Software vorgegeben sind, wird die Lüftung ein bzw. ausgeschaltet, um eine konstante Temperatur zu gewährleisten.

 

Heizung

Neben der Lüftung ist das Heizen der Box ein weiteers Kernthema bei der Aufzucht von Jungpflanzen. Die Jungpflanzen benötigen ein optimales Klima zum Wachsen, welches in erster Linie von der Umgebungstemperatur abhängt. Nach vielen Überlegungen entschloss ich mich für eine relativ unkomplizierte Lösung. Die Growbox wird mit einem kleinen Keramikheizstrahler über ein Schaltrelais, welches mit dem RaspberryPi verbunden ist, beheizt. Dieser Keramikheizstrahler wird nach unterschreiten eines vorgegeben Temperaturwertes eingeschaltet und nach der Überschreitung dieses Wertes wieder ausgeschaltet. Da die Pflanzen eine ziemlich Konstante Temperatur von ca. 20° benötigen ist ein solches Projekt ohne Heizung nicht zu realisieren.

 

Bodenfeuchtigkeitssensoren

Ergänzend zu den Kernthemen Beleuchtung, Lüftung und Heizung ist die Wasserversorgung der Pflanzen ein triviales Thema. Eine automatisierte Bewässerung konnte bei ca. 350 Stück Sämlingen die in Pikierplatten vorgezogen werden leider nicht relaisiert werden. Um dennoch eine optimale Wasserversorgung der Pflanzen zu gewährleisten wurden zwei Bodenfeuchtigkeitssenoren installiert welche in die Erde der Jungplanzen gesteckt werden und minütlich den Feuchtikeitsgehalt der Erde ermitteln. Diese Werte werden in regelmäßigen Abständen mit den vorgegebenen Werten der Software verglichen. Unter bzw. Überschreiten die ermittelten Werte diese Grenzwerte wird automatische eine Mail an mich versendet mit der Aufforderung "Bitte die Planzen gießen" bzw. "Pflanzen sind zu nass!"

 

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