Projekt 83: Automatische Pflanzenbewässerung

Autoren: David Reger und Valentin Schniederkötter
Betreuer: Prof. Schneider

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Thema

Entwicklung einer automatischen Pflanzenbewässerung inklusive Auswertung der Daten von äußeren Einflüssen.
Bei der automatischen Pflanzenbewässerung wird mittels Feuchtigkeitssensor die aktuelle Feuchtigkeit in der Pflanze gemessen. Der aktuelle Wert wird auf die vorher eingestellte Regelgröße gehalten, indem eine Pumpe angesteuert wird und diese die Pflanze je nach Bedarf bewässert.
Zusätzlich werden ein Lichtsensor sowie Temperatursensor installiert. Die Daten werden über ein Zeitintervall in einem Diagramm/Graphen ausgegeben. Dadurch können Wetterbedingungen über einen bestimmten Zeitraum erkannt werden.
Die Steuerung und Programmierung erfolgt über den Mikrocontroller Arduino.

Erwartungen an die Projektlösung

• Planung des Bewässerungssystems
• Darstellung der regelungstechnischen Theorie
• Beschaffung der Bauteile
• Systemidentifikation (Übertragungsfunktion der Regelstrecke bestimmen)
• Realisierung des Aufbaus
• Vergleichen und bewerten Sie verschiedene Regleransätze (P, PI, PID und andere).
• Modellbasierte Programmierung der Hardware via Simulink
• Machen Sie ein tolles Videos, welches die Funktion visualisiert.
• Test und wiss. Dokumentation
• Live Vorführung während der Abschlusspräsentation

Kür: Das Projekt ist skalierbar auf mehrere Pflanzen anwendbar. Alle Pflanzen senden Ihren Bewässerungszustand an einen Server. Über ein Web-Interface läßt sich die Bewässerung für jede Pflanze spezifisch regeln. Bei leerem Wasserbehälter bekommt der Anwender eine Hinweis-E-Mail.

Aufgabe

Die Aufgaben werden in die drei Fachbereiche der Mecahtronik eingeteilt:

Mechanik:
• Entwurf eines Gehäuses für den Arduino (Schutz)
• Bau einer elektrischen Wasserpumpe (optional, evtl. Kauf einer günstigen Aquariumpumpe)
• Prototypenbau
• Zusammenbau der einzelnen Komponenten sowie anschließen der Schläuche

Elektrotechnik:
• Verlötung der elektrischen Wasserpumpe (optional, s.o.)
• Verdrahtung der elektrischen Komponenten
• Anschluss zum Arduino herstellen
• Funktionstest (korrekte Verdrahtung, Zusammenspiel der Komponenten)

Informatik:
• Auswertung der erfassten Sensordaten
• Ausgabe in einem Diagramm
• Programmierung der Pumpensteuerung

Projekt

Phasen nach dem V-Modell

=

Das Projekt wurde nach dem V-Modell durchgeführt.

Entwickelnde Phasen

1. Anforderung
In der ersten Phase des Projektes werden die Anforderungen definiert. Hierzu werden Überlegungen angestellt, welche Funktionen die automatische Pflanzenbewässerung haben soll. In Absprache mit dem Auftraggeber (Prof. Dr. Ulrich Schneider, Daniel Klein) werden die vom Auftragnehmer (David Reger, Valentin Schniederkötter) festgelegten Anforderungen geklärt und zusätzliche Anforderungen vom Auftraggeber ergänzt. Die Anforderungen werden im Lastenheft dokumentiert (s. Projektordner).

2. Spezifikation
Nach Festlegung der Anforderungen werden mögliche Umsetzungen spezifiziert. Durch eine Diskussion im Projektteam werden die Spezifikationen im Pflichtenheft festgehalten. Zusätzlich wird eine Bestellliste (BOM) erstellt, um die notwendigen Materialien zu bestellen und die Kosten des Projektes einzusehen.

3. Systementwurf
Bei dem Systementwurf wird der Hardwareaufbau des Systems entwickelt. Zunächst werden Überlegungen angestellt wie die Bauteile angeordnet werden sollen, um eine Pflanzenbewässerung zu gewährleisten. Weiterhin wird mit Hilfe des Programmes Fritzing eine Schaltung entworfen.

Prüfende Phasen

4. Systemintegration
Bei der Systemintegration wird das System anhand des Systementwurfes aufgebaut. Die Sensoren werden nach dem Schaltplan angeschlossen und angesteuert. Außerdem wird das Programm geschrieben und der Quellcode erstellt, um die Sensordaten auszuwerten und die Regelung zu erstellen.

5. Verifikation
Die Verifikation beinhaltet die Überprüfung der Bauteile, ob sie technisch funktionsfähig sind. Außerdem werden die Bauteile und Leitungen auf äußere Beschädigungen überprüft. Um die technische Funktionsfähigkeit zu gewährleisten werden die Sensordaten ausgelesen und nachgemessen, ob diese korrekt sind.

6. Validierung
Die Validierung schließt das Projekt ab. In dieser Phase wird ein Feldversuch in der natürlichen Umgebung des Produktes durchgeführt. D.h. die Sensoren kommen in die Arbeitsumgebung, in der sie später eingesetzt werden. Außerdem wird das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten getestet.

Projektunterlagen

Projektunterlagen befinden sich im SVN unter: Projekt 83 - Unterlagen

YouTube Video

Automatische Pflanzenbewässerung Youtube-Video

Weblinks

Datenblätter:
DS18B20
und Feuchtigkeitssensor VMA303
ST1007
Raspberry Pi 3 B+
5V Relais JQC-3FF

Literatur

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