Projektlabor Robotik MINTgrün

Der „Ich-hab-durst“ Roboter ist von der Konstruktion her ein klassischer Roboter, der sich liebevoll um Pflanzen kümmert, wenn niemand da ist, der es sonst tut. Damit hat er alle Hände voll zu tun. Seine beiden Arme haben ein verborgenes Innenleben. Der eine ist mit Kabeln für die Feuchtigkeitssensoren ausgestattet. Er wird in den Boden des Blumentopfs gesteckt. In den anderen ist ein Wasserschlauch eingebaut, der am Ende in einer Gießkanne mündet. Dieser Teil des Arms bewegt sich automatisch. Auf dem Rücken trägt er einen Rucksack mit einer Wasserflasche.

-Bewässerung -Feuchtigkeit messen

-Richtige Menge an Wasser bemessen -Energie sparen -Signal geben, wenn der Wasserstand in der Flasche zu niedrig ist

Fotozelle zum Aufladen der Batterie Modularbauweise Kombinierbar mit dem anderen Pflanzenroboter

-Keinen Druck („Wasserpumpe“) -Bewegung

1. Arduino über die Uhr einschalten 2. Bodenfeuchtigkeit messen und bewerten 3. Arm ansteuern 4. Magnetventil ansteuern 5. Wassermenge bemessen 6. Füllstand der Flasche kontrollieren 7. Bei niedrigem Wasserstand Signal abgeben.

1. Arduino über die Uhr einschalten

Da die Arduinoboards keine Echtzeituhr verfügen, haben wir uns entschieden eine externe Echtzeituhr anzubauen. Diese Echtzeituhr sorgt dafür, dass die Batterie nicht zu schnell entladen wird. Wir benutzen in unserem Projekt eine Real Time Clock (RTC), siehe Abbildung 1. Diese Real Time Clock (RTC), benutzen wir hauptsächlich für eine bestimmte Aufgabe. Diese Aufgabe besteht darin, den Arduino an bestimmten Uhrzeiten am Tag, an und wieder auszuschalten. Das hat den Vorteil, dass die Batterie eine längere Lebensdauer hat. Zusätzlich kann die Real Time Clock (RTC) auch mit einer externen Batterie mit Storm versorgt werden. Das ist beispielsweise, bei einen Stromausfall gut, dann läuft die Real Time Clock (RTC), trotzdem durchgehend weiter. Da die Real Time Clock (RTC) in unseren Projekt die Zeitspanne, in dem der Arduino an ist, steuert. Steuert die Echtzeituhr auch indirekt, wann die Pflanze gegossen werden soll.

Wie wir vorgehen:

1. Programm schreiben, welches die Uhr steuert.

Was bringt uns das?

1. Dient dazu, dass die Batterie eine längere Lebensdauer hat.

Arbeitsaspekte:

1. Code schreiben, der Echtzeituhr(Real Time Clock (RTC)
2. Uhr an den Roboter anbauen

Benötigte Materialien:

1. Real Time Clock (RTC)
2. Arduino
3. Kabel

Um zu erfahren, wann die Pflanze bewässert werden muss, ist es erforderlich die Bodenfeuchtigkeit zu messen. Dies gelingt mittels eines Feuchtigkeitssensors bzw. zweier Metalldrähte. Diese werden in den Boden der Pflanze gesteckt. Ist die Feuchtigkeit gering, wird dies bewertet und weitergeleitet.

Der Feuchtigkeitssensor bzw. die zwei Metalldrähte werden in den Boden gesteckt. Anschließend werden diese mit Kabeln verbunden, sodass ein Stromkreis entsteht. Der Stromfluss ist abhängig von der Feuchtigkeit im Boden. Bei sehr feuchtem Boden wird der Strom geleitet. Je weniger Feuchtigkeit sich im Boden befindet, desto schlechter wird der Strom geleitet. Auf diese Weise lässt sich erkennen, ob die Pflanze Wasser benötigt.

(Wir schließen zwei Sensoren an und ziehen die Differenz aus beiden Ergebnissen, so können wir genauere Ergebnisse erreichen, wann die Pflanze bewässert werden muss.)

Diese Funktion hilft uns zu erfahren wann die Pflanze bewässert werden soll und wann nicht. Es wäre nicht hilfreich, wenn die Pflanze überwässert wird.

- Programm zum Messen schreiben. - Programm zum Bewerten der Feuchtigkeit. - Die Feuchtigkeitssensor(en) verlegen und anschließen.

- Feuchtigkeitssensor - Kabel

- Die Messergebnisse werden sich nicht auf den gesamten Boden der Pflanze beziehen, sondern auf einzelne Stellen. Dies kann dazu führen, dass die Feuchtigkeit im Boden falsch eingeschätzt wird.

Der Arm mit der Gießkanne muss sich nach unten und nach oben bewegen können. Wird das Signal weitergeleitet, das zur Bewässerung auffordert, so soll der Arm sich nach unten Richtung Pflanze bewegen.

Die Bewegung des Armes wird mittels eines Servos umgesetzt.

Möglicherweise ist ein Abstandsmesser einzubauen, damit der Arm in der optimalen Position stehen bleibt, um die Pflanze gießen zu können.

- Damit wird vermieden, dass Spritzwasser sich in der Umgebung der Pflanze verteilt.

- Programm für die Bewegung des Arms schreiben - Das Konstruieren der Arme - Verlegung von Kabeln - Einbau des Servos - (Programm für die Abstandsmessung schreiben) - Einbau des Abstandssensors

- Holz zum Bauen - Servo - Gießkanne - (Abstandssensor)

- Der Servo ist nicht stark genug, um die Bewegung zu schaffen.

Um das Wasser in den Topf zu lassen wird mittels eines Magnetventils die Wasserleitung von der Flasche in den Topf unterbrochen. Wenn das Ventil angesteuert wird soll Wasser von der Flasche durch den Schlauch und das Ventil in den Topf fließen.

Wie wir vorgehen: -Die Wasserflasche wird oberhalb des Blumentopfes angeordnet, sodass das Wasser von der Schwerkraft in den Topf befördert wird und keine Pumpe benötigt wird. -Das Ventil soll im stromlosen Zustand geschlossen sein, sodass „Wasserdruck“ auf der zur Flasche gewandten Seite anliegt - Da das Magnetventil eine höhere Spannung benötigt als der Arduino liefert wird ein Akku als externe Stromquelle verwendet -Dieser wird über einen MOSFET angeschlossen welcher vom Arduino angesteuert wird

Was bringt uns das? -Wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Topf zu gering ist wird der die Wasserzufuhr über das Ventil gesteuert.

Arbeitspakete - Code zum Magnetventil ansteuern schreiben - Schlauch verlegen und Ventil einsetzen -MOSFET-Steuerkreis bauen

Benötigte Materialien -Schlauch -Flasche -Ventil -Ext. Stromquelle -Mos

Risiken

Da der „Wasserverbrauch“ einer Pflanze nicht permanent konstant ist, wollen wir die Wasserzufuhr entsprechend des Bedarfs der Pflanze anpassen. Hierbei soll anhand des gemessenen Wertes bestimmt werden wie lange das Magnetventil geöffnet bleiben soll.

Wie wir vorgehen: -Da es sich hier lediglich um einen Programmierschritt handelt, muss zuerst die Konstruktion stehen -Sobald wir die Durchflussmenge des Ventlis auf einen fest definierten Zeitraum ermittelt haben können wir bestimmen wie lange das Ventil geöffnet sein muss um eine definierte Menge Wasser abzugeben -Je nach aktuellem Feuchtigkeitsgehalt soll das Ventil kürzer oder länger geöffnet bleiben um mehr oder weniger Wasser in den Topf zu befüllen

Was bringt uns das? Anstatt einfach nur den Topf mit einer immer gleichen Menge Wasser zu befüllen wollen wir ein bedarfsgeregeltes System, das nicht nur zwischen „feucht genug“ und „zu trocken“ unterscheiden kann sondern auch Abstufungen innerhalb der Bewässerung realisieren kann.

Arbeitspakete -Durchflussmenge ermitteln und evtl. anpassen -Datenmatrix schreiben (Bei welchem Feuchtigkeitsgehalt muss wie lange geöffnet werden) -Abstimmen und Testen

Risiken -Wir wissen nicht genau wie gleichmäßig sich das Wasser im Topf verteilt -Die Durchflussmenge mit der Topfgröße verändert werden -Messung könnte nicht genau genug sein

Um die Wasserversorgung sicher zu stellen muss die Flasche mit Wasser gefüllt sein. Der Wasserstand ist nach jedem Gießen zu überprüften, damit bei der Öffnung des Ventils auch Wasser fließen kann.

Wie folgt, werden zwei Optionen zur Füllstandsmessung vorgestellt:

1. Füllstanstandsmesser -der Fullstandsmesser wird von oben in die Falsche eingeführt. Ist dieser nicht mehr in Kontakt mit Wasser leitet er die Information weiter. -Risiken: der Füllstandsmesser reicht nicht bis in die Tiefe des Flaschenhalses. Er gibt somit keine verlässliche Aussage bei unterschiedlichen Flaschenvolumina.

2. Leitfähigkeit von Wasser -zwei Kabel, an denen Strom fließt, werden so positioniert, dass sie (bei genügend hohem Wasserstand) beide Kontakt zum Wasser haben -somit ist der Stromkreise geschlossen und der Strom ist Amper meßmar -sollte allerdings nicht genug Wasser in der Falsche sein, ist der Stromkreis unterbrochen. Diese Information müsste dann weiter verarbeitet werden

Was bringt uns das? - Anstatt ständig überprüfen zu müssen ob die Wasserflasche noch gefüllt ist, muss nur reagiert werden, wenn der Stromkreis unterbrochen ist

Arbeitspakete - für eine der Varianten entscheiden - Code für Messung schreiben - Konstruktion mit Flasche bauen

Benötigte Materialeren - Füllstandsmesser - Stromquelle - stromleitende Kabel- Flasche-Wasser

Messung aus „Füllstand der Falsche“ wird hier weiter verarbeitet. Wird bei der Füllstandsmessung festgestellt, dass zu wenig Wasser in der Flasche ist, wird diese Information als Tonsignal kenntlich gemacht.

Wie wir vorgehen: -Code der Füllstandsmessung wird erweitert. -Zu niedriger Wasserstand wird festgestellt. -Tonsignal über Lautsprecher

Was bringt uns das? - Der Pflanzenbesitzer wird somit informiert, dass er die Wasserflasche wieder auffüllen muss

Arbeitspakete- Messung des „Füllstandes“ , mit Alarmfunktion ausstatten- Lautsprecher einbauen

Benötigte Materialen: -Lautsprecher