Das Beet von 2019

Das Beet

Im CAD entworfen, aus Holz gebaut, zweimal lasiert, der Boden mit Bootslack geschützt. Der Aufsatz besteht aus Doppelstegplatten, der Boden ist gedämmt. Das Beet lässt sich für den Transport zerlegen.

Maß	Wert
Beet	1,60 m × 0,80 m
Kammern	zwei, je etwa 0,80 m × 0,80 m
Aufsatz hinten	etwa 60 cm
Aufsatz vorn	etwa 30 cm
Unterbau	etwa 0,75 m, aus einem Foto geschätzt

Das Hochbeet im Bau: der Unterbau aus lasierten Holzleisten mit dem Rahmen des Aufsatzes, noch ohne Platten. Innen liegen Folie und Kabel. — 28. Februar 2019: Unterbau und Rahmen stehen, die Platten fehlen noch.

Im Unterbau stehen der Wassertank, eine runde Tonne, und die Elektronik in einer wasserdichten Abzweigdose.

Blick in den Unterbau auf den Deckel der runden Wassertonne. In der Mitte steckt ein Rohr mit dem Sensor für den Füllstand, links führen Schläuche in die Tonne. — Die Tonne im Unterbau, von oben. In der Mitte sitzt der Sensor für den Füllstand.

Die Steuerung

Rechner: Raspberry Pi, im Unterbau
Sprache: Python 3
Aufbau: 12 parallele Abläufe und die Oberfläche
Sensoren: 22
Relais: 12
Bedienung: Oberfläche auf dem Pi, per Bildschirmübertragung

Jede Sensorart lief in einem eigenen Ablauf und gab ihre Werte über eine Warteschlange an die Oberfläche weiter. Die Automatik lief in einem weiteren Ablauf. So blieb die Oberfläche bedienbar, obwohl ständig gemessen wurde.

Der Pi hatte zu wenige Anschlüsse für alles. Eine Erweiterung über I²C brachte 16 weitere Ein- und Ausgänge.

Die Oberfläche von 2019 auf grünem Grund: links die beiden Klimazonen mit Bodentemperatur, Bodenfeuchte, Lufttemperatur und Schaltern für Heizung, Bewässerung, Belüftung und Beleuchtung, rechts Umgebungswerte und Elektronik. — Die Oberfläche von 2019 in der Entwicklung. Links die beiden Klimazonen, rechts Umgebung und Elektronik.

Sensoren und Aktoren

Aufgabe	Gemessen mit	Geschaltet
Bewässern	kapazitive Bodenfeuchtesensoren in zwei Bauarten	eine 12-V-Pumpe je Zone, Tropfbewässerung
Boden heizen	Temperaturfühler DS18B20 über jeder Heizmatte	Heizmatten, über Relais
Lüften	Lufttemperatur, Luftfeuchte und Luftdruck je Zone, CO₂	ein Deckel je Zone, mit 12-V-Linearantrieb
Regen	beheizter Regensensor	Deckel bleiben zu
Licht	Helligkeitssensor	LED-Streifen für Pflanzen, über Relais
Tank	Ultraschall für den Füllstand, Temperaturfühler	Tauchsieder gegen Frost
Elektronik	Temperatur und Feuchte im Gehäuse	Lüfter im Gehäuse

Widerstandssensoren für die Bodenfeuchte schieden aus. Ihre Elektroden lösen sich auf und geben Stoffe ab, das kam für Kräuter nicht in Frage. In jeder Zone steckten deshalb zwei günstige kapazitive Sensoren und ein teurerer mit Frequenzausgang, um beide Bauarten zu vergleichen.

Kapazitiver Bodenfeuchtesensor als schwarze, spitz zulaufende Platine. — Kapazitiver Bodenfeuchtesensor

Langer grüner Bodenfeuchtesensor mit aufgelöteten Bauteilen am oberen Ende. — Bodenfeuchtesensor mit Frequenzausgang

Weißer Temperatur- und Feuchtesensor in einem Gehäuse mit Schlitzen, auf einem Steckbrett. — Temperatur und Feuchte im Gehäuse

CO₂-Sensor in einem goldfarbenen Metallgehäuse. — CO₂-Sensor

Regensensor: eine Platine mit kammförmigen Leiterbahnen, darunter die kleine Auswerteplatine. — Regensensor

Ultraschallsensor mit zwei runden Wandlern auf einer blauen Platine. — Ultraschall für den Füllstand

Linearantrieb aus Aluminium mit seitlich angebautem Motor. — Linearantrieb, 12 V

Rote Platine eines Motortreibers mit Kühlkörper und Schraubklemmen. — Motortreiber für die Antriebe

Blaues, gedrucktes Gehäuse mit acht beschrifteten Feldern und einem Flachbandkabel. — Acht Relais im gedruckten Gehäuse

Zwei vierzeilige Anzeigen übereinander, die obere zeigt einen Testtext. — Die beiden Anzeigen am Beet, hier mit Testtext

Raspberry Pi in einem durchsichtigen Gehäuse mit Lüfter, angeschlossen über ein buntes Flachbandkabel. — Der Raspberry Pi

Einstellfenster der Oberfläche von 2019 mit Schiebereglern für Solltemperaturen und Bodenfeuchte. — Einstellungen für die Automatik

Vom Steckbrett zur Platine

Alle Sensoren und Aktoren liefen zuerst auf dem Steckbrett. Der Aufbau funktionierte, ließ sich so aber nicht ins Beet einbauen.

Schreibtisch voller Kabel: in der Mitte ein Steckbrett mit vielen Drahtbrücken, daneben der Raspberry Pi, zwei Linearantriebe, Anzeigen und Sensoren. — Januar 2019: der Aufbau auf dem Steckbrett. Funktionsfähig, aber so nicht einzubauen.

Daraus entstand eine eigene Aufsteckplatine, entworfen in Eagle, mit Steckern für alle Sensoren, Aktoren und Relais, einer eigenen Stromversorgung und der Erweiterung für mehr Ein- und Ausgänge. Die erste Fassung war auf 80 mm mal 100 mm begrenzt.

Die bestückte grüne Platine von 2019 mit vielen schwarzen Wannensteckern, einem langen Chip und dem Aufdruck Rev A, JuFo 2019. — Die bestückte Platine, Rev A.

Niklas sitzt am Schreibtisch und hält ein Steckbrett mit Anzeige in der Hand, das über ein Flachbandkabel mit einem Raspberry Pi verbunden ist. — Niklas im März 2019 am Schreibtisch.

Was aufgezeichnet wurde

Die Anlage schrieb ihre Messwerte in Dateien, etwa alle 20 Sekunden eine Zeile. Die Reihen reichen vom 17. Januar bis zum 10. März 2019. Dazu kommt ein Protokoll der Fehler. Was es zeigt, steht unter Was wir gelernt haben.