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 Raspberry Pi 3.

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.

Einleitung

In dem GET-Fachpraktikum sollen elektrotechnische und mechatronische Fähigkeiten ausgebaut werden. Im Anschluss an vier Praktikumstermine sollen durch diverse Projekte ([http://193.175.248.52/wiki/index.php/Kategorie:ProjekteET_MTR_BSE_WS2018 | Organisationsrahmen der Projekte), welche in Kleingruppen behandelt werden, außerdem die Management-Fähigkeiten innerhalb eines Projekts vertieft werden. In diesem Artikel wird die Erarbeitung einer automatischen Pflanzenbewässerung gezeigt. Das Projekt wird von Valentin Joshua Schniederkötter und David Reger bearbeitet. Durch das Projekt wird ein guter Einblick in die zukünftige Arbeit eines Ingenieurs gewährleistet. Die Studierenden werden mit neuen Problemstellungen konfrontiert.

Aufgabe

Die Aufgaben werden in die drei Fachbereiche der Mecahtronik eingeteilt:

Mechanik:
• 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 Raspberry Pi herstellen
• Funktionstest (korrekte Verdrahtung, Zusammenspiel der Komponenten)

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

Projekt

Prozessmodell

Das Projekt wurde nach dem V-Modell durchgeführt.

Phasen nach dem V-Modell

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.

Projektdurchführung

Ergebnis

Zusammenfassung

Lessons Learned

Projektunterlagen

Projektunterlagen befinden sich im SVN unter: Projekt 83 - Unterlagen

YouTube Video

Automatische Pflanzenbewässerung Youtube-Video

Weblinks

Literatur

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