Kleingewächshaus

Es gibt viele gute Beschreibungen zum Aufbau eines Kleingewächshauses. Auch ich hatte in der Vergangenheit ein paar kleine Gewächshäuser, in erster Linie zum Anzüchten von Chili-Pflanzen und Kräutern, gebaut und diese mit Raspberry-Pi Kameras ausgestattet um Zeitraffervideos für den Wachstumsfortschritt zu erzeugen. Nun wollte ichaber mehr: Ein weitestgehend automatisch gesteuertes Gewächshaus aufbauen, Alles (vorerst außer der Bewässerung) soll möglichst in Abhängigkeit von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Helligkeit und Bodenfeuchtigkeit gestuert beziehungsweise aufgezeichnet werden, 

Das Kleingewächshaus besteht im Wesentlichen aus zwei Baugruppen: Unterbau und Oberbau.

Als Basis ist zuerst ein Unterbau (die Größe ist im wesentlichen durch die Heizmatte vorgegeben) erstellt worden. Dieser beeinhaltet eine Schublade (zur einfacheren Zugängigkeit von Stromversorgung, Raspberry/Arduino, Anschlüsse der verschieden Sensoren) . Darüber ist das eigentliche Gehäuse, der Oberbau (isoliert durch eine Wärmedämmung und einen Isolieranstrich gegen möglichen Wassereintritt) aufgebaut. Die Seitenwände (auch isoliert) nehmen über zwei Quernute jeweils Plexiglas-Scheiben auf, hierdurch entsteht eine Doppelverglasung. In den Seitenscheiben sind über Schrittmotoren gesteuerte, hochklappbare Lüftungsfenster eingebaut. Das Frontfenster wie auch der Deckel sind mit Scharnieren ausgestattet, die den Zugang zu den Pflanzbehältern erleichtern. Der gesamte Oberbau ist abnehmbar und wird durch Klappriegel gehen ein versehentliches Verrutschen gesichert. In der Frontseite des Unterbaus sind die Bedien- und Anzeigeelemente der Gewächshaussteuerung angebracht.

Am Gehäusedeckel sind die Beleuchtungselemente (fertige Pflanzenleuchten, LED) und die Kameras (USB- und RPi-Kameras für die Erstellung der Zeitraffervideos installiert. Die Beleuchtung wird durch die LDR-Sensoren am Raspberry Pi zeitabhängig gesteuert.

Raspberry Pi

Die Steuerung erfolgt zentral über ein Raspberry Pi, feuchtigkeitsgeschützt untergebracht im Unterbau (Schublade).

Lichtsensor/Beleuchtung

Der Lichtsensor ist im Gehäusedeckel untergebracht. Er liefert seine Analogwerte über einen Ad-Wandler an den Raspberry Pi zur Auswertung und weiteren Steuerung.

Temperaturen/Luftfeuchtigkeit

Die Temperaturen werden durch verschiedene Sensoren an verschiedenen Stellen ermittelt. Die Außentemperatur wird durch einen einfachen DS18B20 in Höhe des Deckels ermittelt, Die Temperatur und die Luftfeuchtigkeit im Gewächshaus durch einen DHT22 (mittig kurz unter dem Deckel), die Bodentemperatur durch einen weiteren DS18B20 (vorsichtshalber in einem wasserfesten Gehäuse). Beide Sensortypen versorgen den Raspberry Pi über einen AD-Wandler mit den erforderlichen Daten für die Auswertung und Steuerung.

Bodenfeuchtigkeit/Erdfeuchtigkeit

Da das Gewächshaus mit mehren Pflanztöpfen ausgestattet ist kann einen Messung natürlch wegen des zu großen Aufwands nicht in allen Pflanztöpfen, repräsentativ an mindestens zwei Messpunken erfolgen. Hierzu kommen Hygrometer vom Typ YL69 zum Einsatz, welche in die Pflanzerde eingesteckt werden.

Bodennässe

Um eine Staunässe zu vermeiden (zu viel gegossen, Tau) wird ein Feuchtigkeits-/Nässesensor verwendet. Dieser ist zentral am Boden installiert. Die Funktion ist die gleiche wie bei einem Regensensor ohne Kipplöffel, eine Benetzung der Oberfläche ist vollkommen ausreichend um einen Schaltzustand zu generieren. 

Lüftung

Je nach festgestelltem Luftfeuchtigkeitswert werden beiden seitlichen Ausstellfenster aktiviert, Schrittmotoren stellen die Klappfenster auf und verschließen die wieder. Zudem werden zwei kleine Lüfter im Deckel des Hauses ein bzw. ausgeschaltet. 

Kameras

Als Kameras kommen hier nur zwei einfache USB-Webcams zum Einsatz. Eine RaspberryPi-Kamera wäre für die einfache Erstellung von Zeitrafferaufnahme überdimensioniert und bräuchte auch wieder ein mindestens 50 cm langes Anschlußkabel. Die Kameras sind im Deckel und an einer Seitenwand installiert und erstellen mittels fswebcam und einem BASH-Scripts regelmäßig (bei Helligkeit) ein Foto zur Speicherung und Weiterverarbeitung auf einem FTP-/NAS-Server. Die erzeugten (Zeitraffer-)Videos werden regelmäßig an diese Website weitergegeben. Damit läßt sich das Wachstum der Pflanzen und die jeweilige Ausrichtung nach dem Licht dokumentieren.

Sensortypen, weitere Bauelemente

DS18B20

Temperatursensor

DHT22 

Temperatur und Luftfeuchtigkeitssensor

MH-Z19B

CO² Sensor

SEN-SDS011

Feinstaubsensor

SEN-MQ135

Gassensor

Messbereich
10 - 1000 ppm
Messbare Substanzen
Benzol (C6H6), Ammoniak (NH3), Sulfid, Rauch, andere Luftverunreinigungen
Einsatzbereiche
Erkennen von Gaslecks, für Gasalarm, Robotik, Mikrocontrollerprojekte

COM-KY053

Analog-Digitalwandler

Dieses Modul besitzt vier 16-Bit-genaue ADC-Kanäle, welches Sie am Raspberry Pi nutzen können, um diesen um 4 analoge Eingänge erweitern zu können. Der Wandler wird per I2C an den Raspberry Pi angeschlossen, übernimmt die analoge Messung und gibt den Wert digital an den Raspberry Pi weiter.

COM-KY051

Spannungswandler

KY-051 Voltage Translator. Dieses Modul wandelt digitale Signale von einer Spannung in eine andere herunter oder herauf.

BME688

Gas, Temperatur, Druck, Luftfeuchtigkeit -Sensor

CCS811

Gassensor

Der CCS811 ist ein Gassensor, der zur Überwachung der Luftqualität dient und eine große Anzahl an flüchtiger, organischer Verbindungen (VOC) messen kann.
Die Daten des Sensors können in einen Gesamtwert flüchtiger, organischer Verbindungen (TVOC) oder in einen Kohlenstoffdioxid-Äquivalent-Stand (eCO2) konvertiert werden kann.

BME280

Temperatur-/ Luftfeuchte-/ Luftdrucksensor

PCA9685
Schrittmotorsteuerung

Wird zur Steuerung von Pan-Tilt Kameras (Raspberry Pi) eingesetzt. In einem fertigen Modul verbaut.

MCP3800

Analog-Digital Converter (ADC).