3.1 Schritte für die Umsetzung

Für die Umsetzung des Projekts ist eine grobe Unterteilung hilfreich, um kleine Hardware- und Software-Komponenten schnell und erfolgreich umsetzen zu können. Außerdem ermöglicht eine Unterteilung des Projekts eine bessere Testbarkeit, da die einzelnen Komponenten unabhängig voneinander getestet und ggf. verbessert werden können.

Empfehlenswert ist eine Definition oder eine übersichtliche Skizze des Projekts, um die Schritte zur Umsetzung effektiv vornehmen zu können.

Wie bereits beschrieben, beinhaltet das Projekt folgende Punkte:

  • Feuchtigkeitsmessung der Erde
  • Ein 12V-Netzteil zur Stromversorgung der Hardware (Platine und Pumpe)
  • Eine Pumpe, die Wasser aus einem Behälter, wie beispielsweise aus einer Gießkanne, an eine Pflanze pumpen kann.
  • Eine programmierbare Hardware zur automatisierten Steuerung der Bewässerung.
    • Die Hardware muss 12V in die Betriebsspannung von 3,3V umwandeln können, um nicht zwei unterschiedliche Netzteile für die Pumpe und die Hardware nutzen zu müssen.
    • Die Hardware muss mindestens einen AD-Konverter beinhalten, um die Werte des Feuchtigkeitssensors empfangen zu können.
    • Die Hardware muss WIFI-fähig sein, um drahtlos eine Internetverbindung aufbauen zu können, damit sich die Bewässerungsanlage mit einem externen Gerät via MQTT lesen und steuern lässt.
  • Zusätzlich wird ein Computer benötigt, um die Software zur automatisierten Bewässerung der Pflanze via USB auf die Hardware übertragen zu können.
  • Um drahtlos via Internetverbindung Werte vom Sensor lesen zu können, ist ein weiteres internetfähiges Gerät mit Anzeige notwendig. Dazu eignet sich ein Smartphone hervorragend.
  • Eine App soll es ermöglichen, Werte vom Sensor lesen zu können. Außerdem soll es möglich sein, die Pflanze via App zu gießen. Dies soll auch außerhalb der automatisierten Bewässerung ermöglicht werden.

Für die Umsetzung des Projekts ist eine Unterteilung in Hardware und Software sinnvoll. Die Hardware kann als erstes, unabhängig von der Software, entwickelt werden. Für die Software zur Steuerung der Hardware ist nach der Fertigstellung zu berücksichtigen, welche Anschlüsse für die Pumpe und für den Sensor zu verwenden sind.

Nach der Fertigstellung der Hardware und Software zur automatisierten Bewässerung, soll eine App fertiggestellt werden, die es ermöglicht Sensorwerte zu lesen und auch zu gießen. Dazu soll MQTT verwendet werden, sodass ein Broker und mindestens zwei Topics für die Umsetzung benötigt werden. Die Topics zum Lesen und Schreiben müssen sowohl in der Software für die Platine als auch in der Software für die App genutzt werden. Dies bedeutet, dass bei der Fertigstellung der Software für die Platine bereits MQTT, Broker, Topics, Ports und WIFI-Verbindung berücksichtigt werden müssen.


3.0 Planung des Projekts

Die Bewässerungsanlage besteht im Wesentlichen aus einem Sensor, einer Platine mit integriertem ESP8266, einer Wasserpumpe und einer vollen Gießkanne mit Wasser.
Sowohl der Sensor, welcher die Feuchtigkeit in der Erde misst, als auch die Pumpe sind an die Platine angeschlossen. Dabei werden gemessene Spannungswerte des Sensors kontinuierlich an den ESP8266 gesendet. Ein 12V-Netzteil versorgt die Platine sowie die Pumpe mit Energie. Der ESP8266 wird mit einem Router via WIFI verbunden, um via App mit der Bewässerungsanlage kommunizieren zu können. Für die Kommunikation zwischen der Bewässerungsanlage und der App wird MQTT verwendet.

Abb.: Skizze als Hilfestellung zur Umsetzung.*

*Senor: Hygrometer

2.0 Notwendige Kompetenzen für das Projekt

Abb.: Löten einer Platine. Umsetzung des geplanten Schaltkreises.*

Die Kompetenzen aus dem Kerncurriculum Niedersachsen, die für das Verständnis und die Umsetzung des Projekts notwendig sind, werden hier kurz in Stichpunkten aufgelistet. Das Kerncurriculum bezieht sich dabei auf Schulformen des Sekundarbereichs I (Schuljahrgänge 5-10). Wenn die Umsetzung des Projekts nicht selbstständig erfolgt, können im Laufe des Projekts die aufgelisteten Kompetenzen von den Personen, die das Projekt umsetzen möchten, erlernt werden.

Daten und ihre Spuren

  • Grundverständnis des Internetaufbaus
  • M2M via MQTT
  • IoT
  • Funkstandards: WIFI

Automatisierte Programme

  • Allg. zur Steuerung technischer Komponenten
  • Zustandsübergänge: UML
  • Automatisierte Prozesse: IoT4 Smart-Home
  • Sensoren und Aktoren

Computerkompetenz

  • M2M
  • Grundlagen E-Technik
  • Sensorik & Aktorik

Allgemeine Problemlösungen

  • Interpretation von Quellcode
  • Algorithmen anhand von Abbildung, wie beispielsweise Flussdiagrammen, lesen und darstellen
  • einen gegebenen Algorithmus durch systematisches Testen überprüfen

*Quelle: https://pixabay.com/de/photos/l%C3%B6ten-elektronik-technologie-805187/,
zuletzt abgerufen am 24.07.2019.

1.0 Idee: Automatische Bewässerungsanlage einer Zimmerpflanze

Das automatische Bewässern einer Zimmerpflanze soll durch eine digitale Lösung erfolgen. Automatisch soll Wasser aus einer vollen Gießkanne zur Pflanze gepumpt werden, sobald die Pflanze Wasser benötigt. Zusätzlich soll es möglich sein, den Wasserstand der Pflanze mit einer App zu lesen und auch außerhalb der automatisierten Bewässerung zu gießen.

Abb.: Skizze zur Idee „Automatische Bewässerungsanlage einer Zimmerpflanze“*


1.1 Motivation & Alltagsbezug

Abb.: Eine Zimmerpflanze auf einem Fensterbrett.**

Das Gießen einer Zimmerpflanze wird oft vernachlässigt, da andere Dinge im Alltag eine höhere Priorität aufweisen oder ein Urlaub es verhindert. Ein automatisches System zur kontrollierten Bewässerung einer Zimmerpflanze, kann somit das Gießen übernehmen.


*Sensor: Hygrometer
**Quelle: https://pixabay.com/de/photos/vergossene-kaktus-17929/,
zuletzt abgerufen am 24.07.19.