Das Ziel der vorliegenden Thesis ist es, einen Internet of Things Prototyp zur optimalen Bewässerung von Nutzpflanzen für den heimischen Gebrauch zu entwickeln. Die sich daraus ableitende Forschungsfrage lautet: "Ist es möglich, eine Pflanze mittels
Überwachung ihrer Erdfeuchte durch einen Internet of Things Prototyp optimal zu kultivieren?" Die Forschungsfrage soll anhand des Wachstumsfortschritts der durch den Prototyp überwachten Pflanze beantwortet werden. Dazu wird bei zwei identischen Pflanzen der Wachstumsfortschritt über eine Zeitspanne von dreißig Tagen beobachtet.
Pflanzen benötigen zur Kultivierung unter anderem Wasser. Die Verabreichung von zu viel Wasser kann für eine Pflanze mindestens genauso schädlich sein wie zu wenig. Aufgrund zu viel Wasser können die Wurzeln der Pflanze faulen und sterben mit der Zeit ab. Für Nutzpflanzen im heimischen Gebrauch, welche durch den Ertrag ihrer Früchte bei der Nahrungsgewinnung beitragen, sind eine verminderte Ernte bzw. das Absterben für den Menschen problematisch. Zum einen, da die Nahrung für den Konsum schlichtweg fehlt und zum anderen, weil Samen für die Kultivierung neuer Nutzpflanzen damit nicht existieren. Das daraus entstehende Problem ist demnach die Ermittlung der idealen Kultivierung einer Nutzpflanze anhand einer optimalen Bewässerung und daraus resultierender Erdfeuchte.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Zielsetzung
1.3 Vorgehensweise
2 Grundlagen
2.1 Kultivierung von Nutzpflanzen
2.1.1 Begriffsdefinition
2.1.2 Anbauarten
2.2 Internet of Things
2.2.1 Begriffsdefinition
2.2.2 Technische Umsetzung
3 Prototyping
3.1 Begriffsdefinition
3.2 Konstruktion des Prototyps
3.2.1 Komponenten
3.2.2 Architektur
4 Analyse des Prototyps
4.1 Kriterien
4.2 Messergebnisse
4.2.1 Tag 1 bis 10
4.2.2 Tag 11 bis 20
4.2.3 Tag 21 bis 30
4.3 Bewertung
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Das Hauptziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Internet of Things Prototyps zur optimalen Bewässerung von Nutzpflanzen im heimischen Umfeld. Die zentrale Forschungsfrage untersucht, ob eine Pflanze durch die sensorbasierte Überwachung ihrer Erdfeuchte mittels eines solchen Prototyps ertragreicher kultiviert werden kann.
- Grundlagen der Kultivierung von Nutzpflanzen
- Architektur und technische Funktionsweise von Internet of Things Systemen
- Methodik des Prototyping in der technischen Entwicklung
- Konstruktion und Komponentenauswahl für den Feuchtigkeitssensor-Prototyp
- Datenbasierte Analyse von Wachstums- und Feuchtigkeitswerten
Auszug aus dem Buch
3.2.2 Architektur
Unter Berücksichtigung der in Kapitel 2.2.2 definierten technischen Umsetzung für das Internet of Things ergibt sich, wie in Abbildung 9 zu sehen, folgende Architektur.
Die Kommunikation der Geräte, sowohl von basil1 als auch des Raspi, erfolgt mittels einem Wireless Access Point. Alle authentifizierten Geräte innerhalb dieses Netzes gelten als vertrauenswürdig. Die Kommunikation mit dem Raspi ist nur im selben Netzwerk möglich, ein Zugriff von außen (auch mit einem VPN) ist nicht möglich. Zur Speicherung der Daten dient der Name der Pflanze als eindeutiger Identifikator. Viertelstündlich publiziert der ESP den vom Feuchtigkeitssensor ausgelesenen Leitwiderstand an den Raspi. Der Raspi fungiert als MQTT Server und als Datenbank. Ein bereitgestellter Channel dient für die Kommunikation zwischen ESP und dem Raspi. Wie in Abbildung 1 dargestellt, handelt es sich hierbei um eine unidirektionale Kommunikation. Es ist nicht möglich, den ESP über Funktionen des Raspi zu administrieren. Der Raspi abonniert den Channel und bereitet die einkommenden Nachrichten regelbasiert auf.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Definiert die Problemstellung der Pflanzenbewässerung, die Zielsetzung der Thesis sowie die methodische Vorgehensweise.
2 Grundlagen: Erläutert die theoretischen Ansätze zur Kultivierung von Nutzpflanzen sowie die Funktionsweise und Infrastruktur des Internet of Things.
3 Prototyping: Beschreibt die theoretische Begriffsbestimmung von Prototypen und die konkrete technische Konstruktion des entwickelten Prototyps.
4 Analyse des Prototyps: Dokumentiert die täglichen Messergebnisse zur Erdfeuchte, bewertet diese anhand definierter Kriterien und visualisiert den gesamten Beobachtungszeitraum.
5 Fazit: Führt die wesentlichen Erkenntnisse zusammen und bietet einen Ausblick auf potenzielle Erweiterungen und zukünftige Einsatzmöglichkeiten der Technologie.
Schlüsselwörter
Internet of Things, Smart Gardening, Prototyping, Raspberry Pi, ESP8266, Feuchtigkeitssensor, Erdfeuchte, Nutzpflanzen, MQTT, Automatisierung, Bodenanalytik, Sensortechnik, Vernetzung, Datenanalyse, Bewässerung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines technischen Prototyps, der mittels Internet of Things Technologien die Erdfeuchte von Nutzpflanzen überwacht, um die Kultivierung im heimischen Gebrauch zu optimieren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Schwerpunkte liegen auf der Bodenanalytik, der Systemarchitektur von IoT-Komponenten, dem Prototyping-Prozess sowie der praktischen Auswertung von Sensordaten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Ziel ist es, einen funktionsfähigen Prototyp zu entwickeln, der den Ertrag von Nutzpflanzen durch eine automatisierte Feuchtigkeitsüberwachung steigert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird ein experimenteller Ansatz gewählt, bei dem zwei identische Pflanzen über einen Zeitraum von 30 Tagen beobachtet werden, wobei eine Pflanze durch den IoT-Prototyp überwacht wird.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen, die Beschreibung der Hardware-Komponenten (Raspberry Pi, ESP8266, YL-69 Sensor) sowie die detaillierte Analyse der täglichen Messwerte.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Internet of Things, Smart Gardening, Bodenanalytik, Sensortechnik, Automatisierung und Datenanalyse sind prägend für den Inhalt.
Welche Rolle spielt die Hardware für das Projekt?
Die Hardware bildet das Fundament: Während der Raspberry Pi die Datenverarbeitung und Datenbankverwaltung übernimmt, fungiert der ESP8266 als Interface zwischen Sensor und Netzwerk.
Warum war der Austausch des Feuchtigkeitssensors notwendig?
Im Laufe des 30-tägigen Zeitraums korrodierten die Leiterplatten des verwendeten Feuchtigkeitssensors YL-69, was zu ungenauen Messwerten führte und einen Austausch erforderte.
Wie wurde die Datensicherheit bei der Kommunikation gewährleistet?
Die Kommunikation erfolgt innerhalb eines isolierten Netzwerks über einen Wireless Access Point, wobei auf eine Verschlüsselung und Authentifizierung geachtet wurde.
Was ist das Hauptergebnis der Untersuchung?
Die Untersuchung ergab, dass mittels einer präzisen Überwachung der Erdfeuchte durch einen IoT-Prototyp ein ertragreicheres Wachstum bei Basilikum erzielt werden kann.
- Citar trabajo
- Andreas Schurr (Autor), 2019, Smart Gardening. Entwicklung eines Internet of Things-Prototyps zur optimalen Kultivierung von Nutzpflanzen für den heimischen Gebrauch, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/520589
