Die folgende Dokumentation entsteht im Rahmen einer schulischen Fortbildung zum staatlichen geprüften Techniker der Fachrichtung Elektrotechnik an der Heinrich-Hertz-Schule in Karlsruhe. Der Schwerpunkt der Ausbildung ist die Automatisierungs- und Energietechnik. Die Durchführung der praktischen Projektarbeit beginnt Ende 2017 mit einem Zeitraum von sechs Monaten.
Das Projekt befasst sich mit der Softwareapplikationsentwicklung, Automatisierung und Optimierung eines Gewächshauses für eine autarke Effizienssteigerung im Lebenszyklus von Nutzpflanzen am Beispiel von Tomaten. Die aufgewendete Zeit für das Betreiben des Gewächshauses ist oftmals enorm. Dabei spielen unterschiedliche Umgebungsfaktoren eine entscheidende Rolle. Die Beeinflussung dieser Faktoren erfolgt häufig manuell und ist mit einem hohen Arbeits- und Zeitaufwand verbunden. Viele Besitzer eines Gewächshauses nehmen diese Mehraufwände in Kauf. Dabei kann der Prozess mittels einer Automatisierung deutlich vereinfacht werden. Familie Anderer ist im Besitz eines Gewächshauses und betreibt dieses schon mehrere Jahre. Bei längerer Abwesenheit, führen externe Faktoren wie zum Beispiel starke Wetterschwankungen häufig zu einem Defizit des Pflanzenwachstums. Deshalb wird ein Projekt zur Erstellung einer Softwareapplikation zur Optimierung eines Gewächshauses durchgeführt. Die vorliegende Projektarbeit verfolgt das Ziel, die Umgebungsfaktoren anhand einer Steuerung und Automatisierung autark zu überwachen. Dadurch wird eine kontinuierlich manuelle Überwachung und Kontrolle überflüssig. Während der Planungsphase werden die wichtigsten Faktoren für ein optimales Pflanzenwachstum recherchiert und ausgewertet. Hierbei werden auf Themenfindung, Projektbeschreibung und Zeitplanung eingegangen. Daraufhin wird eine Übersicht der Einzelteile des Schaltschranks, des Mikrocontrollers und die Funktionen der Software erstellt. Das Fazit fasst
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Planung des Projekts
- 2.1 Themenfindung
- 2.2 Projektgruppe
- 2.3 Projektmotivation
- 2.4 Realisierung der Projektarbeit
- 3. Projektbeschreibung
- 3.1 Anforderungen und gewünschte Features
- 3.2 Vorgehensweise
- 3.2.1 Mechanik
- 3.2.2 Darstellung des Modells mit SketchUp
- 3.2.3 Überblick der verbauten Elektronik
- 3.2.4 Überblick der Softwareprogrammierung
- 4. Zeitplanung
- 5. Verteilung der Aufgaben
- 6. Überblick aller Komponenten
- 7. Überblick des Gewächshausmodells
- 8. Übersicht der Einzelteile des Schaltschranks
- 8.1 Aufbau des Schaltschrankes (geschlossen)
- 8.2 Interner Aufbau des Schaltschrankes
- 8.3 Schaltplan Mikrocontroller
- 8.4 Beschreibung der Komponenten im Schaltschrank
- 8.4.1 Der Arduino Mega 2560
- 8.4.2 Ein- und Ausgänge des Arduinos
- 8.4.3 Aufbau des Relais
- 8.4.3 Die Leiterplatte
- 8.4.5 Treibermodul YL-38
- 8.4.6 Polulu A4988
- 8.5 Beschreibung der Sensoren im Gewächshaus
- 8.5.1 Bedienung der Tür
- 8.5.2 Füllstandsmessung des Wassertanks
- 8.5.3 Messung der Helligkeit mit einem Helligkeitssensor
- 8.5.4 Messung des PH-Wertes
- 8.5.5 Messung des Regentropfen-/ Bodenfeuchtigkeitssensors
- 8.5.6 Messung der Lufttemperatur und Luftfeuchtigkeit mit einem DHT22 Sensor
- 8.5.7 Messung der Bodentemperatur mit dem DS18B20
- 8.6 Beschreibung der Aktoren im Gewächshaus
- 8.6.1 Antriebsauslegung der Tür
- 8.6.2 Antriebsauslegung Fenster
- 9. Mikrocontroller und Funktionen der Software
- 9.1 Überblick der Softwarestruktur
- 9.2 Mikrocontroller Arduino
- 9.2.1 Funktion für das Referenzieren der Schrittmotoren
- 9.2.2 Funktion zur Berechnung der Helligkeit in Lux
- 9.2.3 Funktion für die Auswertung des PH Sensors
- 9.2.4 Funktion für das Öffnen und Schließen der Fenster
- 9.3 Softwareapplikation mit Codegear
- 9.3.1 Benutzerlogin
- 9.3.2 Funktion für das Auslesen der seriellen Schnittstelle
- 10. Reflektion
- 11. Fazit
- 12. Aufteilung innerhalb der Dokumentation
- 13. Aufstellung der Kosten
- Quellenverzeichnis
- Anhang
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Applikation, die die Steuerung, Automatisierung und Optimierung von Gewächshäusern ermöglicht. Das Projekt beinhaltet die Planung, Konstruktion und Programmierung eines Steuerungssystems, das verschiedene Sensoren und Aktoren miteinander verbindet.
- Entwicklung einer Steuerungssoftware für Gewächshäuser
- Integration von Sensoren und Aktoren zur Überwachung und Steuerung von Umweltbedingungen
- Optimierung von Wachstumsbedingungen durch automatisierte Anpassung der Steuerungsparameter
- Einsatz von Mikrocontrollern und Softwareapplikationen für die Steuerung und Datenerfassung
- Anwendung von technischen Konzepten wie Mechanik, Elektronik und Programmierung
Zusammenfassung der Kapitel
- Kapitel 1: Einleitung
- Kapitel 2: Planung des Projekts
- Kapitel 3: Projektbeschreibung
- Kapitel 4: Zeitplanung
- Kapitel 5: Verteilung der Aufgaben
- Kapitel 6: Überblick aller Komponenten
- Kapitel 7: Überblick des Gewächshausmodells
- Kapitel 8: Übersicht der Einzelteile des Schaltschranks
- Kapitel 9: Mikrocontroller und Funktionen der Software
- Kapitel 10: Reflektion
Die Einleitung führt in das Thema der Arbeit ein und stellt den Kontext der Projektentwicklung dar. Sie erläutert die Ziele und den Umfang der Arbeit.
Dieses Kapitel beschreibt die Planungsphase des Projekts. Es beinhaltet die Themenfindung, die Zusammensetzung der Projektgruppe, die Motivation für die Arbeit und die Realisierung der Projektarbeit.
In diesem Kapitel werden die Anforderungen und gewünschten Features der Applikation detailliert beschrieben. Die Vorgehensweise bei der Entwicklung der Applikation wird vorgestellt, wobei die Schwerpunkte auf der Mechanik, der Darstellung des Modells mit SketchUp, dem Überblick der verbauten Elektronik und der Softwareprogrammierung liegen.
Das Kapitel stellt den Zeitplan für die Durchführung des Projekts dar.
Die Verteilung der Aufgaben innerhalb der Projektgruppe wird in diesem Kapitel erläutert.
Dieses Kapitel bietet einen umfassenden Überblick über alle Komponenten des Gewächshaussystems.
Das Kapitel stellt das Modell des Gewächshauses vor, das im Projekt verwendet wird.
Dieses Kapitel beschreibt die einzelnen Komponenten des Schaltschrankes, einschließlich des Aufbaus, der internen Struktur, des Schaltplans des Mikrocontrollers und der Beschreibung der Komponenten.
Das Kapitel konzentriert sich auf die Softwareentwicklung. Es beschreibt die Softwarestruktur, die Funktionen des Mikrocontrollers Arduino und die Funktionen der Softwareapplikation mit Codegear.
In diesem Kapitel reflektieren die Autoren ihre Erfahrungen mit dem Projekt und ziehen Schlussfolgerungen aus der Arbeit.
Schlüsselwörter
Die Arbeit fokussiert sich auf die Themen Softwareentwicklung, Gewächshaussteuerung, Automatisierung, Sensoren, Aktoren, Mikrocontroller, Arduino, Codegear, Softwareapplikation, Projektplanung, technische Dokumentation.
- Citar trabajo
- Master of Science Robin Anderer (Autor), Kevin Anderer (Autor), Daniel Wenz (Autor), 2017, Softwareentwicklung einer Applikation zur Steuerung, Automatisierung und Optimierung von Gewächshäusern, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/503637
