Smarte LoRaWAN Umweltstation in Arnis

Schon längere Zeit bin ich mit der Idee schwanger gegangen, im Garten in Arnis an der Schlei eine Umwelt- und Wetterstation zu errichten. Es wurde geplant und teilweise wieder verworfen, bis das Konzept am Ende rund war. Anfang des Jahres war es endlich soweit. Ich begann, mein Projekt umzusetzen.

Die Basis der Umweltstation sind 4 gebrauchte Paletten, die hochkant gegeneinander gestellt wurden. Oben und unten mit stabilen Winkeln versehen, werden sie die nächsten Jahre als stabile Basis für die Station und das eingebaute Hochbeet ihren letzten Dienst verrichten.

Hier ist das Hochbeet an den Seiten bereits mit Blumen bepflanzt. Oben im Gemüsebereich wachsen die Radienschen, die Wurzeln, der Schnittlauch und der Kohlrabi.

An der Umweltstation habe ich das größte verfügbare Solarpanel (300 W) installiert. Im Winkel von 30° genau nach Süden geneigt, produziert es jetzt den nötigen Strom für meine schon aktiven und noch geplanten Abnehmer. Die Kapazität des Solarmoduls ist im Moment noch ein bisschen „too much“; ich habe aber natürlich berücksichtigt, dass im Winter nur ca. 1/8 der Stromausbeute des Sommers produziert wird. Somit reicht der mit dem Solarmodul gewonnene Strom auch im Winter.

Schaltkasten mit dem 120 Ah Akku und dem Laderegler. Oben über der Batterie sieht man das LoRaWAN Modul zum Übertragen des Ladestandes.

Bei der Auslegung des Solarpanels und der Speicherbatterie habe ich mich am Setup von Christian (https://network.cdresel.de) orientiert. Ich denke, dass die von mir eingesetzten Größen des Panels und der Batterie für meine Zwecke mehr als ausreichend sein werden.

Zum permanenten Überprüfen der ordnungsgemäßen Funktion des Panels und der Batterie habe ich ein Zusatzmodul für den Solarregler installiert. Der Ladezustand der Batterie wird mit Hilfe eines VE.Direct LoRaWAN Moduls ausgelesen und stündlich an ein Portal im Internet geschickt, wo die ermittelten Daten visualisiert werden.

Systemstatus der Stromausbeute des Solarmoduls

An der Batterie ist ein 12V/ 5V Spannungswandler angeschlossen, der den gewandelten 5V Strom an einen ARM Cortex-M0+ Prozessor aus der SAM D21 Familie von Microchip (MCU senseBox) weiterleitet. Die senseBox wurde ausgewählt, weil man die Sensoren und das LoRaWAN Modul steckbar montieren kann. Es entfällt jegliche Lötarbeit, was mir sehr entgegen kommt.

An dieser MCU sind am I2C Bus mehrere verschiedene Sensoren angeschlossen:

  • Druck- und Temperatursensor BMP280
  • Lichtsensor TSL45315
  • UV Lichtsensor VEML6070
  • Temperatur- und Luftfeuchtesensor HDC1080

Weiterhin ist am UART/Serialport ein Feinstaubsensor SDS011 angeschlossen. Somit werden im Moment 7 verschiedene Sensorwerte ermittelt und verarbeitet.

Eine Erweiterung der Wetterstation um Regen- und Windmessung ist bereits in Planung.

Die ermittelten Sensordaten werden mit einem LoRaBee Modul per LoRaWAN Protokoll an das TTN versendet und von dort per HTTP an das openSenseMap Portal weitergeleitet.

In den oberen Bereich der hochgestellten Paletten habe ich einen Bretterboden eingezogen und den entstandenen Raum mit Folie ausgeschlagen. Der hierdurch entstandene Raum ist mit 8 Sack Hochbeeterde aufgefüllt worden. Somit ist ein prima Hochbeet entstanden, welches vor ein paar Wochen passend zum Frühjahr mit Gemüsesamen (Radieschen, Kohlrabi, Wurzeln und Schnittlauch) eingesäät worden ist.

Für die Zukunft ist geplant, im Hochbeet die Temperatur und die Feuchtigkeit zu messen. Bei zu geringer Feuchtigkeit soll dann automatisch eine Pflanzenbewässerung eingeleitet werden. Die Steuerung der Bewässerung wird ein Arduino übernehmen, der seine Aktivitäten natürlich auch per LoRaWAN mitteilt.

Der Betrieb der Umweltstation ist kostenneutral. Die Software der Station ist Open-Source, der Strom zum Betrieb der Station wird wie hier beschrieben mit einem großen Solarmodul erzeugt und in einer Batterie zwischengespeichert, das Wasser zum Gießen der Pflanzen im Hochbeet wird aus Regenwasser gewonnen und die erzeugten Daten werden per LoRaWAN Funk ins Internet geschickt.


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