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Arduino-Projekt | E-Hacks Automatische Pflanzen-Bewässerungsanlage

Max ist zwar ein Technik-Ass, aber bei der Blumenpflege hat er zwei linke Hände. Sein neuester Hack für alle Nerds ohne grünen Daumen: Ein automatisches Pflanzenbewässerungssystem mit Sensor!

Mit diesem Hack kannst du dir mit dem Arduino einen einfachen automatisierten Regelkreis bauen. Du stellst die Sensoren dabei selbst her, erfasst deine eigenen Messwerte und entwickelst daraus deine ganz persönliche Gieß-Programmierung. Also dann: Wasser, marsch!


Hinweis:


Bei diesem Tutorial musst du auch Lötarbeiten durchführen. Falls du darin noch nicht fit bist, lass es dir am besten von jemand der sich auskennt zeigen, oder schau dir vorher ein Tutorial an. 

Normalerweise sollten Sensoren nicht nass werden! Bei unserem Projekt ist der Sensor jedoch für die Feuchtigkeitsmessung zuständig.
Jedoch ist bei der Arbeit mit Wasser und Strom besondere Vorsicht angebracht! Wasser leitet Strom und ihr solltet deswegen sehr vorsichtig sein, um Unfälle zu vermeiden und die Technik nicht zu beschädigen.

Arbeitsmittel

Folgende Materialien und Werkzeuge solltest du dir für diesen E-Hack besorgen. Die Teile bekommst du online oder im Fachhandel. Achte darauf, dass die Spezifikationen deiner Bauteile zueinander passen. Wenn du dich nicht auskennst, dann lasse dich vom Händler deiner Wahl beraten. Es gibt je nach Verfügbarkeit oft auch alternativ verwendbare Bauteile oder Bausätze zu unterschiedlichen Preisen.

Material

  • 1 x Kabelverschraubung, Durchmesser 20 mm

  • 1 x Gehäuse, ca. LxBxH 18x8x5 cm

  • 1 x Kanister, z. B. 5 Liter Fassungsvermögen

  • 1 x Tauchpumpe 12V

  • 1 x Schlauch, Durchmesser entsprechend dem Anschluss an der Tauchpumpe, ca. 6 mm

  • 1 x Sensorform, z. B. Leerrohr/Schlauch mit Durchmesser 20 mm

  • 1 x Gips

  • 1 x Nägel, eloxiert

  • 1 x Litze, zweiadrig rot und schwarz

  • 6 x Steckverbinder male to male
    (2 x rot, 2 x schwarz, 1 x weiß) 

  • 1 x Relais mit 5V Steuerspannung auf Platine mit Anschluss für Steckverbinder

  • 1 x 12V Netzteil 3.5 A

  • 1 x Arduino UNO

  • 3 x Steckverbinder male to female
    (1 x orange, 1 x grau, 1 x weiß)

Werkzeug

  • Schere

  • Paketmesser

  • Senkbohrer

  • Doppelseitiges Klebeband

  • Abisolierzange

  • Lötkolben

  • Lötzinn

  • Metallfeile

  • Laptop mit Arduino IDE

  • USB Kabel

  • Spachtel

  • Plastikbecher

  • Kleiner Schlitzschraubenzieher

  • Messbecher

  • Fön

  • Voltmeter

DIY-Anleitung

Sicherheit & Haftungsausschluss

Nutzungsbedingungen

Automatische Pflanzen-Bewässerungsanlage von ArGe Medien im ZVEH GbR ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International Lizenz.Über diese Lizenz hinausgehende Erlaubnisse können Sie unter www.e-zubis.de erhalten.

Um dein automatisches Bewässerungssystem in Gang zu bringen, beginnst du mit dem Gehäuse.  Als erstes wird ein Loch in das Gehäuse gebohrt, das dem Durchmesser der Kabelverschraubung entspricht. Dann wird die Kabelverschraubung eingebaut.

Achte hierbei darauf, dass du das Gehäuse richtig fest verschraubst. So ist es optimal gegen Spritzwasser geschützt!

Um den Sensor aus Gips herzustellen, nimmst du das Leerrohr zur Hand und schneidest zwei ca. 5 cm lange Stücke ab. Diese stellst du aufrecht auf eine Plastikunterlage. Jetzt geht´s an den Gips: Diesen rührst du in einem Glas an, bis er eine breiige Konsistenz hat. Wenn er aussieht wie blasses Kartoffelpüree, hast du alles richtig gemacht!

Nun füllst du beide Leerrohre mit dem angerührten Gips bis zur Oberkante auf und streichst diese glatt. In jedes Leerrohr steckst du zwei der Nägel, sodass die Köpfe der Nägel noch ca. 5 mm aus dem Gips herausstehen.

Warum eigentlich zwei Leerrohrstücke? Wir gehen auf Nummer sicher: Es kann schnell mal etwas zu Bruch gehen, wenn man den Gips aus der Rohrform herauslöst. Und daran machen wir uns jetzt:

Sobald der Gips ausgehärtet ist, schneidest du die Leerrohre an einer Seite vorsichtig mit dem Paketmesser auf. Achtung: Gut auf die Finger aufpassen, Verletzungsgefahr!

TRICK: Du kannst das Aushärten der Gips-Sensoren beschleunigen, wenn du diese auf eine Heizung stellst.

Wenn die Gips-Sensoren aus der Form herausgelöst sind, stellst du diese am besten nochmals auf die Heizung, damit sie vollständig aushärten.

Bevor du im nächsten Schritt die Nägel mit der Litze verbindest, raust du deren Köpfe noch mit der Metallfeile etwas an. So haftet später der Lötzinn!

Jetzt lötest du ein ca. 1 m langes Stück der doppeladrigen Litze an die Nagel-Köpfe. Dazu die Enden abisolieren, dann lötest du an einen Nagel das schwarze Ende und an den anderen Nagel das rote Ende der Litze.

Um den Sensor zu testen, kannst du die beiden Kabelenden wie im Schaltplan über einen 10K Ohm Widerstand mit GND und mit A1 verbinden. Hierfür kannst du den Widerstand direkt an das Kabel löten. Auf der einen Seite lötest du das schwarze Kabel vom Sensor sowie einen weißen Steckverbinder an den Widerstand, auf der anderen Seite einen schwarzen Steckverbinder. Danach das Isolieren mit dem Schrumpfschlauch nicht vergessen!

Jetzt kannst du den folgenden Code auf den Arduino laden und den Sensor testen. Check dabei unbedingt die Werte einmal im trockenen und einmal im feuchten Zustand!


void setup() {
     Serial.begin(9600);
}

void loop() {
     int sensor = analogRead(A1);
     Serial.println(sensor);
     //SENSOR FEUCHT - 504
     //SENSOR TROCKEN - 0
     delay(1000);
}

Für den Test hältst du den unteren Teil des Gips-Sensors in ein Glas Wasser, sodass die Nägel noch oberhalb der Wasseroberfläche herausragen. Wenn alles richtig verbunden ist, springt der Sensorwert, der im seriellen Monitor angezeigt wird, auf ca. 500. Dieser Wert ist abhängig von der Bauart und den Materialien, die du für den Sensor verwendet hast. Entsprechend musst du hier deinen Maximalwert bestimmen. Wenn es schnell gehen soll, den Sensor einfach trocken föhnen.

Wenn der Sensor funktioniert, geht es mit der Wasserzufuhr weiter. Dafür steckst du zuerst den Plastikschlauch so fest auf die Tauchpumpe, dass er sich nicht lösen kann.

Dann füllst du den Kanister bis zur Hälfte mit Wasser und steckst die Tauchpumpe hinein, sodass Kabel und Schlauch aus dem Kanister heraus schauen.

Um die Tauchpumpe direkt mit Strom zu versorgen den Stecker des Netzteils abschneiden und beide Adern abisolieren. Das gleiche machst du mit dem Kabel der Pumpe. Jetzt kannst du beide Kabel mit Kabel-Klemmen verbinden. Achte hierbei unbedingt auf die Polarität. Wenn du das Netzteil einsteckst läuft die Pumpe.

Im nächsten Schritt stoppst du die Zeit, die deine Pumpe braucht, um die benötigte Menge Wasser – in Max’ Fall sind das ca. 250 ml – aus dem Kanister zu pumpen. Diese Zeit setzt du dann im Arduino-Code ein, wenn der Sensor den Schwellenwert erreicht. Dazu die Tauchpumpe einfach mit den Kabelklemmen an das Netzteil anschließen. Hierbei unbedingt auf die Polarität achten und gegebenenfalls mit dem Voltmeter ausmessen!

Um das Relais zur Aktivierung der Tauchpumpe zu testen, musst du dieses an den Arduino anschließen. Das Relais hat drei PINs für Steckverbinder: VDD, GND und EN. Diese müssen wie folgt an den Arduino angeschlossen werden:

  • VDD mit einem Steckverbinder auf den 5V PIN am Arduino
  • GND mit einem Steckverbinder auf den GND PIN am Arduino
  • EN mit einem Steckverbinder auf den A0 PIN am Arduino

Jetzt lädst du den folgenden Code auf den Arduino. Wenn du auch hier alles richtig gemacht hast, hörst du ein Klicken aus dem Relais. Gute Nachrichten: Klicken heißt, dass der Arduino das Relais sauber schalten kann!


void setup() {

}

void loop() {

     //Relais einschalten

     digitalWrite(A0, HIGH);

     //1 Sekunden anlassen

     delay(1000);

     //Relais ausschalten

     digitalWrite(A0, LOW);

     //1 Sekunde warten

     delay(1000);

}

Nachdem der Sensor und das Relais getestet sind, kannst du nun alles in das Gehäuse einbauen. Dafür musst du als erstes das Kabel der Tauchpumpe durch die Kabelverschraubung schieben. Dann schiebst du das Kabel des Netzteils ebenfalls durch die Verschraubung. Die Kabel verbindest du dann wie im Schaltplan oder auf dem Bild mit Kabelklemmen – achte hierbei auf die Polarität!

Vorne auf dem Relais befinden sich diese drei Schraubports:

  • COM - Stromzufuhr
  • NC - normally closed
  • NO - normally open

Wie im Bild zu sehen, schraubst du als nächstes in den ersten Schraubport einen roten Steckverbinder und verbindest ihn mit dem ( + )-Kabel des Netzteils mit einer Kabelklemme. Dann schraubst du an den mittleren Schraubport, also NC (normally closed), das braune ( + )-Kabel der Tauchpumpe.

Arduino und Relais einbauen

Damit der Arduino auch ohne USB-Kabel Strom bekommt, einfach von den Kabelklemmen eine Verbindung zum Arduino stecken. Von ( + ) mit einem roten Steckverbinder auf den VIN PIN des Arduinos und vom ( - ) auf GND auf dem Arduino.

Im letzten Schritt fügst du den Sensor, wie auf dem Schaltplan verzeichnet, hinzu. Also den weißen Steckverbider auf PIN A1, den schwarzen auf GND und den roten auf PIN 3.3V

Gleich hast du es geschafft und deine automatische Gieß-Anlage kann in Betrieb genommen werden! Dafür musst du nur noch den kombinierten Code mit deinen Werten auf den Arduino laden. Wenn alles funktioniert, kannst du das Gehäuse verschließen und den Kanister sowie das Gehäuse mit dem Arduino an der Pflanze anbringen.

Auch hier nicht vergessen: Die Kabelverschraubung gut zudrehen, damit kein Wasser eindringen kann! Achte auch darauf, dass der Schlauch nicht im Erdreich steckt und das Wasser nicht über den Sensor läuft. Um sicher zu gehen, kannst du den Schlauch ganz einfach mit einer Klemme befestigen.

Auch der Sensor sollte mit den Nägeln aus der Erde hinausschauen. Prüfe in den ersten Tagen dein System regelmäßig. Falls noch nicht alles reibungslos läuft, ändere die Schwellenwerte in der Programmierung oder die Zeitspanne, in der Wasser gepumpt wird, um ein optimale Ergebnis zu bekommen.



void setup() {

     Serial.begin(9600);

}

void loop() {

     int sensor = analogRead(A1);

     Serial.println(sensor);

     //SENSOR FEUCHT - 504

     //SENSOR TROCKEN - 0

     delay(1000);

     if (sensor < 10) {

          //Relais einschalten

          digitalWrite(A0, HIGH);

          //2 Sekunden anlassen

          delay(2000);

          //Relais ausschalten  

          digitalWrite(A0, LOW);

          //10 Sekunden warten

          delay(10000);

     }

}

Was ist ein Sensor?

Ein Sensor ist ein technisches Bauteil, bei dem das Prinzip darin besteht, eine bestimmte physikalische Größe oder einen chemischen Effekt aufzunehmen und in ein analog-elektrisches Signal umzuwandeln. Das kann zum Beispiel eine Temperatur, Feuchtigkeit, Helligkeit, Beschleunigung oder auch ein pH-Wert sein.

Der Sensor erfasst die Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder quantitativ als Messgröße und verarbeitet sie in ein elektrisches Signal, wobei dieses in proportionalem Verhältnis zur Eingangsgröße steht.

Der Sensor nutzt dabei sogenannte Wandler, welche das Herzstück des Sensors bilden.

Bei diesem Projekt wird ein Boden-Feuchtigkeits-Sensor gebaut, welcher sich die elektrische Leitfähigkeit zu Nutze macht um festzustellen, ob noch genügend Feuchtigkeit im Blumentopf vorhanden ist.

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