Automatische Gießanlage

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Silke Heinrich
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1 Einsatz Feuchtigkeitssensor und Steuerung Wasserpumpe mit Arduino am Beispiel: Automatische Gießanlage Aus dem Projekt Pflanzengießanlage

2 Inhalt 1. Einleitung S Materialliste S Technik S Programmieren S Ergebnis S Impressum S. 11 wir bauen aus wenigen Teilen eine vollautomatische Bewässerungsanlage. Von moorig bis staubtrocken, jede Pflanze bekommt genau so viel Wasser wie sie braucht auch im Urlaub. Das Projekt ist für Programmiereinsteiger geeignet. Die Schüler der 6. Klasse der Ballhausschule haben für den Aufbau 2 x 3 Stunden gebraucht, auch die, die noch gar keine Vorkenntnisse hatten. Für Deinen Bau benutzt Du eine kleine Wasserpumpe, die über einen Arduino gesteuert wird, der Informationen über die Bodenfeuchte von einem Sensor erhält. Je nach zuvor eingestelltem Feuchtigkeitsrichtwert gelangt neues Wasser in den Blumentopf. Beim Bau dieser Gießanlage lernst Du etwas über Programmieren und Elektronikgrundlagen. Du kannst Dir auch Gedanken dazu machen, was Deine Anlage mit Wetter und dem Wasserkreislauf, mit elektrischer Leitfähigkeit oder der Nährstoffversorgung von Pflanzen zu tun hat. Ob für Balkon oder Wohnzimmer, die Gießanlage passt nach drinnen und draußen. Designtalente können sich zusätzlich mit der Verpackung der elektrischen Bauteile in schöne Hüllen beschäftigen. Klassenstufe: 6. Klasse Dauer: 6 Stunden Programmerfahrung: keine notwendig Bastelaufwand: mittel Kurzinfo: Pflanzen automatisch bewässern; Bodenfeuchtigkeit mit Sensor messen Wasserpumpe mit Feuchtigkeitssensor steuern. zurück 2

3 2. Materialliste 2. Materialliste 1x Arduino Kabel 1x Sensor, der über die Veränderung der Leitfähigkeit in der Blumenerde die Feuchtigkeit messen kann. 1x Schachtel oder Tetrapack 1x Mosfet, der den Strom für die Pumpe verstärkt (wir haben hier den DFR0457 Gravity MOSFET Power Controller eingebaut) 1x Arduino Uno 1x Steckbrett 5x Jumperkabel (männlich/männlich) 1x Cuttermesser und 1x Schere 1x Wasserpumpe, die zur Spannungsversorgung 5-9Volt braucht 3x Jumperkabel (weiblich/männlich) 1x PC oder Laptop mit Ardublock Software (Download auf der Coding Klassenfahrt Webseite unter diesem LINK zu finden 2x 9 Volt Batterieclip Wasserschlauch mit demselben Durchmesser, den der Pumpenausgang hat 2x 9 Volt Batterie 1x buntes Gewebeklebeband zurück oder Powerbank 3

3. Technik 3. Technik A: Arduino mit dem Steckbrett verbinden Der Arduino hat zu wenige Steckplätze, darum brauchen wir ein Steckbrett, das wie eine Verteilersteckdose funktioniert.

Den GND Pin am Arduino verbinden wir mit der blauen Leiste am Steckbrett. Die Kabelfarben sind nur Vorschläge. Die Funktion ist nicht abhängig von der Farbe.

4 3. Technik 3. Technik A: Arduino mit dem Steckbrett verbinden Der Arduino hat zu wenige Steckplätze, darum brauchen wir ein Steckbrett, das wie eine Verteilersteckdose funktioniert. Wie im Bild verbinden wir mit einem roten Kabel den 5V Pin am Arduino mit der roten Leiste am Steckbrett. Dadurch werden alle Pins entlang der roten Linie zu 5VPins. Den GND Pin am Arduino verbinden wir mit der blauen Leiste am Steckbrett. Die Kabelfarben sind nur Vorschläge. Die Funktion ist nicht abhängig von der Farbe. A B: Feuchtigkeitssensor anschließen Der Feuchtigkeitssensor hat 3 Anschlüsse: Signal, 5V und GND. Zum Verkabeln brauchen wir 3 Jumperkabel weiblich/männlich. Der GND Anschluss wird mit der blauen Leiste am Steckbrett verbunden. Der 5V Anschluss bekommt eine Verbindung mit der roten Leiste am Steckbrett. Der Signalausgang vom Sensor steckt im analogen Arduino-Pin A2. B zurück 4

5 Feuchtigkeitstest Der Sensor misst die Leitfähigkeit im Blumentopf, die von der Konzentration der Wassermoleküle im Topf abhängig ist. Mit dem Arduino können wir uns die gemessenen Werte anzeigen lassen. Bei diesem Schritt wollen wir herausfinden, welche Zahlenwerte unser Blumentopfsensor bei trockener und welche er bei feuchter Erde anzeigt. Den Download für Arduino und Ardublock findest Du hier [1]. Im Kapitel Coding Klassenfahrt findest Du die Blöcke, die wie auf dem Bild zusammengepuzzelt werden müssen. Der Block ganz rechts muss hier sein, weil das Sensorsignal bei uns an diesem Arduino Pin ankommt. Lade das Programm auf den Arduino. C: So stecken wir den Sensor zum Testen in einen trockenen Blumentopf. Jetzt öffne das Fenster serieller Monitor, welches Du ganz oben in der Arduino Programmleiste unter Werkzeuge findest. Schalte ihn durch Doppelklicken ein und beobachte, wie sich die dort angezeigten Werte entwickeln, wenn Du langsam Wasser in den Topf gibst. Notiere Dir den Wert bei trockener Erde und den Wert, bei dem Du denkst, dass es der Pflanze am besten geht. C [1] lehrmaterialien/ardublock_ codingklassenfahrt.exe zurück 5

Verstärker einbauen D: Der Mosfet, den wir als nächstes verbauen, sorgt durch seine Verstärkung dafür, dass unsere Wasserpumpe genug Strom bekommt.

Der Mosfet wird über dieses Kabel an und ausgeschaltet. Rot braucht eine Verbindung mit der 5V Leiste auf dem Steckbrett.

E: Die Pumpe hat ein Anschlusskabel, aus dessen Ende ein blaues und ein braunes Kabel heraushängen.

Kabel nicht mehr herausrutschen können. Das blaue Kabel wird mit der GND Schraube verbunden und das braune Kabel mit der Vout Schraube.

6 Verstärker einbauen D: Der Mosfet, den wir als nächstes verbauen, sorgt durch seine Verstärkung dafür, dass unsere Wasserpumpe genug Strom bekommt. Er hat 3 Kabel (rot, schwarz, grün), die wir mit 3 Kabeln (männlich/männlich) verlängern. Das grüne Kabel wird im Foto mit dem Pin D0 verbunden. Der Mosfet wird über dieses Kabel an und ausgeschaltet. Rot braucht eine Verbindung mit der 5V Leiste auf dem Steckbrett. Schwarz braucht eine Verbindung mit der blauen GND Leiste auf dem Steckbrett. E: Die Pumpe hat ein Anschlusskabel, aus dessen Ende ein blaues und ein braunes Kabel heraushängen.mit einem Schraubenzieher lockern wir die silbernen Schrauben am Mosfet, schieben die Kabelenden unter die Schrauben und drehen diese so fest, dass die Kabel nicht mehr herausrutschen können. Das blaue Kabel wird mit der GND Schraube verbunden und das braune Kabel mit der Vout Schraube. F D E F: Jetzt fehlt nur noch, den Batterieclip wie oben auf dem Bild zu verkabeln und der Mosfet ist einsatzbereit. An der Pumpe fixieren wir einen Schlauch mit Kabelbinder. ACHTUNG: Du kaufst Dir am besten zuerst die Pumpe und nimmst sie mit in den Baumarkt, um den richtigen Schlauchdurchmesser zu finden. Die Pumpenbaureihen unterscheiden sich manchmal. zurück 6

Aus dem Kapitel Tests nehmen wir uns noch einen Block mit > Zeichen und puzzeln es an die Stelle, an der teste steht.

7 4. Programmieren 4. Programmieren Das Programm, das wir für den Sensortest benutzt haben, erweitern wir im nächsten Schritt. Aus dem Kapitel Steuerung brauchen wir einen falls/sonst Block, der an der Seite mit teste, dann, sonst verbunden ist. Aus dem Kapitel Tests nehmen wir uns noch einen Block mit > Zeichen und puzzeln es an die Stelle, an der teste steht. Der unterstrichene Text bezieht sich auf Blöcke die unter diesen Namen in den jeweiligen Kapiteln (links an der Seite der Ardublock Software) zu finden sind zurück 7

Auf die linke Seite von > puzzeln wir die Blöcke Analoger Pin und A2 hinein. Auf der rechten Seite steht der Sensorzahlenwert, den Du Dir für Pflanze fühlt sich am wohlsten notiert hast.

8 Auf die linke Seite von > puzzeln wir die Blöcke Analoger Pin und A2 hinein. Auf der rechten Seite steht der Sensorzahlenwert, den Du Dir für Pflanze fühlt sich am wohlsten notiert hast. Die 300 ist hier nur unsere Beispielzahl. Damit realisierst Du die logische Abfrage: Sensorwert > 300? An die dann Stelle schreibst Du, was passieren soll, wenn die Abfrage: Sensorwert > 300 eine wahre Aussage ist, also der Feuchtigkeitswert am Sensor größer als 300 ist. Das bedeutet, dass genügend Feuchtigkeit vorhanden ist und die Pumpe ausgeschaltet bleibt. Neben dem Wort sonst steht, was passieren soll, wenn die Aussage Sensorwert > 300 falsch ist, was bedeutet, dass Feuchtigkeit zugeführt werden muss. Sensorwert > 300 falsch sorgt dafür, dass Strom fließt und die Pumpe pumpt. Achtung: Der Mosfet steckt bei uns am Pin D0. Versuche mal, den Pin D0 bei Ardublock auszuwählen. Wenn es bei Dir nicht geht, ist unser Vorschlag, den Mosfet aus dem Arduino Pin D0 einfach in D2 zu stecken. Jetzt kannst Du Dein Programm auf den Arduino hochladen. zurück 8

9 Schaltplan Hier noch zur Kontrolle der fertige Schaltplan zurück 9

10 5. Ergebnis 5. Ergebnis Hier siehst Du ein Beispiel für die fertige Gießanlage! Zur Stromversorgung steckst Du eine 9V Batterie an den Batterieclip und an den Arduino USB-Port am besten eine Powerbank. Noch eine 9V Batterie oder USB Netzteil funktionieren aber auch. zurück 10

6. Impressum 6. Impressum Herausgeber Technologiestiftung Berlin 2018 Grunewaldstraße 61-62 10825 Berlin Telefon +49 30 209 69 99-0 info@technologiestiftung-berlin.de technologiestiftung-berlin.

Dokumentation Technologiestiftung Berlin 2018 Sara Reichert, Bastian Brabec, Marie-Luise Schade Redaktion Dieter Müller und Carolin Clausnitzer Grafik und Layout Johanna Marie Hoffmann Fotografien

11 6. Impressum 6. Impressum Herausgeber Technologiestiftung Berlin 2018 Grunewaldstraße Berlin Telefon technologiestiftung-berlin.de Das Projekt Coding Klassenfahrt wurde von der Technologiestiftung Berlin im Rahmen ihres wirtschaftlichen Geschäftsbetriebes in Kooperation mit der Samsung Electronics GmbH durchgeführt. Dokumentation Technologiestiftung Berlin 2018 Sara Reichert, Bastian Brabec, Marie-Luise Schade Redaktion Dieter Müller und Carolin Clausnitzer Grafik und Layout Johanna Marie Hoffmann Fotografien Marie-Luise Schade Textinhalte, Tabellen und Abbildungen dieses Werkes können genutzt und geteilt werden unter einer Creative Commons Lizenz Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International (CC BY-SA 4.0) Als Namensnennung ist anzugeben: Technologiestiftung Berlin, Der Sourcecode der Fritzing-Grafiksoftware ist unter einer GNU GPL v3 Lizenz veröffentlicht, die Dokumentation und die Breadboard View - Grafiken unter einer Creative Commons Lizenz Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 International (CC BY-SA 3.0) zurück 11

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