28. April 2022:
Nachdem das Thema der Projektarbeit bekanntgegeben wurde, trafen wir uns, um zu überlegen, welche Form unser Projekt annehmen sollte. Hierzu sammelten wir persönliche negative Erfahrungen aus unserem Alltag, die sich durch ein SmartHome-Gerät lösen bzw. verbessern lassen könnten. Letztendlich entschieden wir uns dafür, einen automatischen Blumentopf zu entwerfen, der Zimmerpflanzen selbstständig in regelmäßigen Abständen gießen könnte.
5. Mai 2022:
Eine Woche nachdem wir uns auf eine Projektidee festgelegt hatten, trafen wir uns erneut, um verschiedene Ansätze zur Umsetzung des Projekts auszutauschen. Hierbei formulierten wir auch neue Gedanken, mit denen wir unser Projekt ergänzen könnten. Die Grundideen auf die wir uns letztendlich fokussierten waren:
- Die automatische Bewässerung der Pflanze mithilfe eines Bodenfeuchtesensors
- Die zusätzliche Beleuchtung durch eine UV-Lampe
- Die Regulierung von Temperatur und Luftqualität mithilfe von Lüftern
- Die Ausgabe unserer Messwerte über einen Discord-Bot
19. Mai 2022:
Nachdem wir uns auf drei hardwarebezogene Grundkonzepte geeinigt hatten, begannen wir damit, die notwendigen Einzelteile zu bestellen. Die für das Gießen notwendige Pumpe konnten wir bereits aus unserem Privatbesitz beziehen. Online bestellten wir zunächst einen Microcontroller, wobei wir uns für ein ESP32-Modell entschieden. Zudem bestellten wir zwei Bodenfeuchtesensoren mit Analogausgang, zwei Wassersensoren, einen Temperatur und Luftfeuchtesensor, sowie einige Platinen, Kabel, Mosfets und Header Sets für die Installation und Steuerung.
Bei der Beschaffung der Lampe trafen wir jedoch erstmals auf Probleme, da wir uns zunächst darüber klar werden mussten, welcher Lampentyp am besten für unsere Zwecke geeignet wäre, da wir sowohl die Wellenlänge und Intensität des Lichts in Betracht ziehen mussten, als auch die Möglichkeit zur Steuerung über unseren Microcontroller, bzw. unsere Mosfets. Auf der Seite “www.pro-emit.de” kamen wir mit dem Kundensupport in Kontakt, welcher uns eine Lampe mit einer Stärke von 60 Watt empfahl.
01. Juni 2022:
Da wir aufgrund langer Lieferzeiten noch nicht mit dem Zusammenbau unseres Projekts beginnen konnten, verwandten wir die Zeit zunächst darauf, das Gehäuse, das den Blumentopf umschließen sollte, zu bauen.
Die notwendigen Einzelteile aus Holz nahmen wir größtenteils aus unserem privaten Vorrat, lediglich die Eckpfeiler ließen wir in einem Baumarkt zuschneiden.
Unser Gehäuse setzte sich zunächst aus einer Grundplatte, vier Eckpfeilern, sowie vier Seitenleisten zusammen. Letztere befestigten wir seitlich am oberen Ende der Eckpfeiler, um dem gesamten Kasten mehr Stabilität zu verleihen.
Zwei der Seitenleisten haben leichte Überlänge, um die Kanten der anderen beiden Leisten zu verdecken
11. Juni 2022:
Da mittlerweile sämtliche Teile, mit Ausnahme der Lampe, angekommen waren, begannen wir nun damit, die Sensoren zu testen. Für die Bodenfeuchtesensoren füllten wir zwei Gläser mit Erde, wobei ein Glas mit trockener und ein Glas mit feuchter Erde gefüllt war. Mithilfe des vom Hersteller empfohlenen Codes konnten wir nun die Messwerte auslesen und so ermitteln, in welchen Bereichen die Werte für trockene bzw. feuchte Erde lagen.
Für die Wassersensoren gingen wir ähnlich vor, hier füllten wir ein Glas mit Wasser und tauchten die Wassersensoren hinein, bis sich die Messwerte änderten. Danach zogen wir die Sensoren wieder aus dem Glas heraus und maßen die Zeit, die der Sensor brauchte um auszugeben, dass er wieder trocken war.
Der Sensor für Temperatur und Luftqualität gab direkt Werte in festgelegten Einheiten aus, weshalb wir für ihn keine weiteren Probemessungen durchführen mussten.
Die einzelnen Sensoren verbanden wir mithilfe eines Steckbretts mit unserem Microcontroller und führten den Code für die einzelnen Sensoren in einem einzigen Programm zusammen.
Um Unsicherheiten beim Umgang mit den Sensoren zu vermeiden, hatten wir zu Beginn des Tages den Makerspace besucht, wo uns die Funktionsweise der Sensoren und der Mosfets genauer erklärt wurde.
Auch die Lüfter und die Pumpe konnten wir nun über unseren Controller ansteuern, indem wir die anliegende Spannung variierten.
01. Juli 2022:
Für die Verkabelung der Sensoren und der Hardware hatten wir zunächst ein Steckbrett verwendet, welches wir bis zum Ende des Projekts durch eine Platine ersetzt werden sollte.
Dafür hatten wir zuerst versucht eine Platine nach unseren Ansprüchen umzubauen, um Platz für die notwendigen Bauteile zu schaffen, was jedoch nicht funktionierte, da die Platinen bei beiden Versuchen zerbrachen, weshalb wir uns dazu entschlossen, zwei verschiedene Platinen für die Montage zu verwenden, anstatt alle Teile kompakt an einer einzigen Platine zu verbinden.
11. Juli 2022:
Das Festlöten der Kabel an der Platine beanspruchte mehr Zeit als erwartet, da der Lötkolben einen Defekt hatte, der dazu führte, das Lötstellen oft unsauber waren und erneuert werden mussten. Aufgrund der Größe unseres Gehäuses und der regelmäßigen Verwendung einer Wasserpumpe entschlossen wir uns dazu die Kabel mithilfe von Scotchlok-Einzeladerverbindern zu verbinden, da wir so mehr Freiraum bei der Montage unserer Hardware hatten und die Kabel durch die Klemmen vor Wasserschäden geschützt waren.
12. Juli 2022:
Für unseren Discord-Bot folgten wir zunächst der Anleitung aus dem Courseware-Reiter, um unseren Bot zu initialisieren. Über nodeRed erstellten wir ein Probeprogramm, welches auf Befehl eine Nachricht in den designierten Kanal auf unserem Discord-Server schickte. Beim Experimentieren mit verschiedenen Knoten trat ein Kompilierungsfehler auf, aufgrund dessen wir den Bot neu aufsetzen mussten.
Der Datenempfang über eine MQTT-Verbindung zum Microcontroller funktionierte zunächst reibungslos, um Fehler bei der Ausgabe aufgrund veralteter Werte zu vermeiden, mussten wir jedoch eine Verzögerung von 20 Sekunden einbauen, welche vom Bot bei der Datenabfrage durch eine zusätzliche Nachricht erwähnt wird.
Das Einrichten einer manuellen Datenabfrage bereitete uns größere Probleme, da wir uns die Funktionsweise des entsprechenden nodeRed-Knotens nicht erschließen konnten, weshalb wir online nach Hilfsmaterial suchen mussten, wobei wir erst nach einigen Stunden hilfreiches Material finden konnten.
14. Juli 2022:
Zum Speichern des von der Pumpe benötigten Wassers entwarfen wir einen Wassertank mit einer Füllmenge von 3,5l, den wir mithilfe eines 3D-Druckers herstellten. An der Seite dieses Wassertanks befanden sich zwei Aussparungen, in denen wir unsere Wassersensoren befestigten. Der Heißkleber den wir dafür verwendeten löste sich jedoch wieder auf, weshalb wir Silikonkleber verwenden mussten. Aufgrund des groben Drucks trat jedoch immer noch Wasser in kleinen Mengen an den Wänden aus. Da es uns nicht möglich war, im angegebenen Zeitrahmen ein verbessertes Modell zu drucken, waren wir gezwungen das austretende Wasser mithilfe eines Geschirrhandtuchs, das wir als Unterlage verwendeten, aufzufangen.
16. Juli 2022:
Mithilfe alter Plexiglasscheiben konnten wir unser Gehäuse aufwerten, indem wir durch entsprechende Fugen zwei transparente Schiebetüren installieren konnten. Die restlichen beiden Wände verkleideten wir mit Holzplatten, hinter denen wir später unsere Hardware verstecken könnten.
18. Juli 2022:
Für unseren Blumentopf hatten wir ebenfalls einen Prototypen entworfen, den wir mithilfe eines 3D-Druckers ausgedruckt hatten. Der Blumentopf hat eine Aussparung, durch die ein Schlauch geschoben werden kann, in den wir Löcher gebohrt haben, um eine Bewässerung zu ermöglichen.
Durch Trial-and-Error ermittelten wir die richtige Stärke für die Pumpe, sodass die Pflanze ausreichend bewässert wurde und zudem kein Wasser aus dem Topf herausfloss. In den Blumentopf pflanzten wir eine Rosmarinpflanze, da eine Tomatenpflanze, wie wir sie zunächst vorgesehen hatten, den hochsommerlichen Temperaturen nicht widerstehen könnte.
Anschließend begannen wir damit, unsere Hardware am Gehäuse zu installieren. Bei der Inbetriebnahme kam es jedoch zu Problemen, da das Programm regelmäßig abstürzte. Bei der Überprüfung fiel uns auf, dass das Netzteil, das wir im Makerspace erhalten hatten für 3,3V und nicht wie benötigt für 5V ausgelegt war, weshalb die Steuerung der Lampe nicht erfolgen konnte.
Wir entschlossen uns dazu die Lampe zunächst mithilfe einer manuellen Steuerung anzuschließen, da wir zeitlich nicht die Möglichkeit hatten, ein passendes Ersatzteil nachzubestellen und schlossen die Montage ab. Wir testeten einzelne Komponenten sowie die automatische als auch die manuelle Datenabfrage über den Discord-Bot.