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FabFarmer II

posted by: Jan Thomas Lacher
Erstellt: 15 Januar 2018
Zugriffe: 1450

Bewertung: 4 / 5

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Status:
Publikation
 
Projektkosten:
€ 26,75
 
Kontakt:
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  Team:
JTL, TH
 
Finanzierung:
privat
 
Zeitraum:
6 Wochen
 
Projektsponsoren:

 

 

 

 

 

Pflanzen die Nachrichten twittern und im Internet anzeigen, wenn sie wieder gegossen werden wollen. Ja das gibt es, willkommen im Internet der Dinge!

Der FabFarmer Projekt Workshop zum Arduino Day 2017 im FabLab Bayreuth.

FabFarmer überwacht Feuchtigkeit im Blumentopf FabFarmer Logo

 

 

.

FabFarmer Logo

 

Die Begriffe „Internet der Dinge“ bzw. „Internet of Things“ oder die Abkürzung IoT sind aktuell in den Medien immer wieder ein Thema. Der FabFarmer macht diesen Begriff für alle greifbar und bietet einen guten Einstieg in die Thematik.

 FabFarmer JTL lr

 
FabFarmer IoTDer FabFarmer besteht aus einer Mikrocontroller-Schaltung und einer Sensor-Schaltung, die die Feuchtigkeit über zwei Elektroden in der Erde des Pflanzentopfes misst.

Ein kleiner 32-Bit-Mikrocontroller im Wi-Fi-Chip ESP8266 der chinesischen Firma ESPRESSIF Systems sorgt für die Verbindung zwischen dem Feuchtigkeitssensor und Eurem Internet-Zugang. Dieser Mikrocontroller ist auf einer kleinen Platine namens "WEMOS D1 Mini" zusammen mit einem Spannungsregler und einer seriellen USB-Schnittstelle betriebsbereit aufgelötet. Die Schaltung kann über den USB-Mico-Stecker ganz einfach mit einem Kabel an jedem USB-Port Eures Rechners programmiert und betrieben werden. Für den Betrieb im Gewächshaus oder auf der Fensterbank reicht ein altes Handy-Ladegerät aus.

Der FabFarmers kann einfach über einen Web-Browser konfigurieren werden. Die Sensorflächen können auch zu einem anderen Sensor, wie z.B. zu einem Regensensor, leicht umgebaut werden.

Wir bieten im FabLab Bayreuth immer wieder Workshops zum Bau und der Konfiguration des FabFarmer II an. Hierzu legen alle Workshop Teilnehmer auch ein Profil bei www.thinger.io an, welches zur Datenerfassung der FabFarmer online genutzt werden kann.

Ein aktuelles Beispiel wie eine FabFarmer Seite bei Thinger.io aussehen kann ist  HIER  zu sehen.

 

 

Eine einfache Konfigurations-Anleitung zur Übersicht der Funktionen bieten wir hier:

I. Konfigurations Modus

Konfig Router

Der FabFarmer II startet in den ersten 10 Minuten nach dem Einschalten in einen Betriebsmodus, der eine erste Konfiguration ermöglicht.

Dieser Konfigurationsmodus wird immer mit dem neuen Einschalten erreicht und kann so immer auch zur Änderung von Einstellungen wieder genutzt werden.

Zur Konfiguration ist ein WLAN fähiges Endgerät, wie ein Computer, Notebook, TabletPC oder auch ein Smartphone mit einem installierten Browser notwendig.

Der FabFarmer startet als Accesspoint ein eigenes WLAN Netz, die SSID wird durch den Präfix "FabFarmer" mit einer zur Unterscheidung genutzten Seriennummer bezeichnet. Das Passwort ist "12345678" bei allen FabFarmern gleich. Das Endgerät wird direkt im WLAN des FabFarmer als Client angemeldet.

SSID: FabFarmer 1234 [+MAC Adresse]

PWD: 12345678

Wenn das zur Konfiguration genutzte Endgerät über WLAN als Client am FabFarmer angemeldet ist wird im Browser folgende Adresse aufgerufen:

http://192.168.4.1/admin.html

Im Browser wird das Konfiguration Menü des jeweiligen FabFarmer angezeigt.

Achtung: Nach der Zeit von 10 Minuten nach dem Einschalten wird der Accesspoint abgeschaltet und nur die Client Verbindung zum Router bleibt aktiv. Wenn die Konfiguration noch nicht abgeschlossen wurde, muss der FabFarmer erneut gestartet werden.

 

 

I Konfigrations Menü

FabFarmer Konfig Menü

Im Konfigurations Menü stehen fünf Menüpunkte zur Auswahl:

 

II.a FabFarmer Konfiguration

03 Konfiguration

IoT Einstellungen für das Device - FabFarmer

In der Grundkonfiguration kann dem FabFarmer ein Name als Device gegeben werden. Zur IoT Anwendung sind die Zugangsdaten zum Cloud Dienst anzugeben.

 

Optionale Zeitsteuerung für den FabFarmer

Hier kann die aktive Zeit im W-LAN mit Start und Stopp Zeit eingestellt werden.

Achtung: Diese Funktion benötigt auch die Zeiteinstellung durch den externen NTP Server.

 

Sensor Messintervall

Der Intervall der Messungen lässt sich in vollen Minuten einstellen. In der Praxis sollte dieser Wert der hälfte der in der Cloud eingestellten Messfrequenz entsprechen. Für die ersten Versuche mit dem Sensor kann aber auch eine Minute eingestellt werden.

Gründe für einen höheren Messintervall sind:

  • Der Wert der Bodenfeuchte ändert sich nur beim Gießen der Pflanze erheblich, eine Austrocknungskurve lässte sich auch über tägliche Messungen sehr gut verfolgen.
  • Der Sensor arbeitet mit einer Messung des elektrischen Widerstandes zwischen zwei einfachen Elektroden. Bei jeder Messung wird dazu der geringe Stromfluss zwischen den Elektroden durch das Bodensubstrat gemessen. Hierbei werden Metall-Ionen aus der Oberfläche der Elektroden in das Bodensubstrat gelöst. Diese können mit den Salzen im Boden eine chemische Verbindung eingehen und bei dauerhaften Messungen den Boden vergiften. Deshalb wird die Sensor Schaltung nur wenige Millisekunden vor der Messung bestromt. So liegen die Messelektroden in der Hauptzeit stromlos im Boden und die Elektroden zersetzen sich nur geringfügig.

 

Sensor Kalibrierung

 Um den Wert der Anzeige in Prozent auf den tatsächlich maximal und minimal gemessenen Wert des Sensors plausibel anpassen, also kalibrieren zu können, gibt es die Kalibriereinstellungen.

04 Kalibrierung

 

Warum kalibrieren?

Im FabFarmer wird eine analoge Spannung zwischen 0 und 1,00 Volt am Ausgang der Sensorschaltung gemessen und in einen digitalen Wert zwischen 0 und 1023 gewandelt.

Wir gehen davon aus, dass an einer gerade gegossenen Pflanze mit einem feuchten Boden eine geringe Spannung an der Sensorschaltung (negativer Komparator) ausgegeben wird. Der Wert ist aber nicht ganz 0 Volt, also auch nicht digital 0.

Umgekehrt zeigt die Messung bei einer nahezu ausgetrockneten Erde einen hohen Spannungswert, der aber auch nicht ganz der Spannung von maximal 1 Volt entspricht. Also auch nicht einen digitalen maximalen Wert von 1023 erreicht.

Um jetzt eine maximale Bodenfeuchte von 100% anzeigen zu können benötigen wir den minimalen Sensorwert. In unserem Beispiel starten wir mit dem Wert 100.

Die minimale Anzeige der Bodenfeuchte, ideal mit 0% benötigt hingegen den maximalen Sensorwert. Diesen nehmen wir in unserem Beispiel mit 900 an.

Beide Werte sind stark von der Einbaulage, Position, Tiefe und der Bodenbeschaffenheit (Bodensalze und pH-Wert) abhängig und müssen in wenigen Experimenten für euren Pflanztopf ausprobiert werden.

Wenn beide Werte korrekt ermittelt sind, so zeigt der FabFarmer einen idealen Wert zwischen 0 und 100 % Bodenfeuchte an. So nutzt Ihr den kompletten Anzeigebereich aus.

05 Kalibrierung

 

 

FabFarmer LED

Bei Bedarf kann die blaue Zustands-LED im FabFarmer deaktiviert oder aktiviert werden. Nicht jedem gefällt ein blinkender Blumentopf... ;-)

 

II.b Netzwerk Konfiguration

Konfig Router

In der Netzwerk Konfiguration wird der Zugang zum lokalen WLAN Netz des verfügbaren Internet Router konfiguriert. Hier sollte die SSID und das Passwort des eigenen WLAN Netz eingegeben werden. Auch kann der Status der aktiven WLAN Verbindung eingesehen werden.

Achtung: Die Einstellungen der festen IP, der Netmask und des Gateways sind nur aktiv, wenn der DHCP Client deaktiviert wurde.

 

II.c FabFarmer Information 

Hier werden zur Information und Fehlersuche alle Netzwerk Daten angezeigt.

Auch sind die aktuelle Zeit und Datum sowie die Software Version abrufbar.

 07 Konfiguration

II.d NTP Einstellungen

In den NTP Einstellungen wird der Zeit-Server im Internet konfiguriert. Der Aktialisierungsintervall stellt die einfache Uhr im FabFarmer laufend nach.

Auch wird hier die Zeitzone sowie die Sommer-/Winterzeit eingestellt.

 06 NTP Konfiguration

II.e FabFarmer lokaler Webserver

fabfarmer

Der lokale FabFarmer Webserver ermöglicht eine kleine lokale Anzeige der Sensordaten im lokalen Netzwerk.

Hierzu kann die folgende lokale Seite auf dem Webserver des FabFarmers auch direkt aufgerufen werden.

http://192.168.4.1/fabfarmer.html

Achtung: Das Diagramm wird aus lokal gespeicherten Daten gespeist und benötigt zur richtigen Anzeige auch die Zeiteinstellung durch den externen NTP Server.

 

 

III. IoT Cloud Dienst - THINGER.IO

FabFarmer IoT

Um die aktuellen Sensor Daten sowie eine Aufzeichnung des Verlaufes individuell im Internet anzeigen zu können, wird der FabFarmer II als Device mit einem IoT Cloud Dienst verbunden.

Prinzipiell können verschiedene IoT Cloud Dienste verwendet werden. Im FabLab Bayreuth haben wir gute Erfahrungen mit dem Dienst www.thinger.io  gemacht und empfehlen den sehr verständlichen Dienst. Gerade für Einsteiger ist der Dienst sehr übersichtlich aufgebaut und steht im Grundangebot kostenlos zur Verfügung.

Eine sehr gute Einleitung in das Thema der Datenanbindung von Sensoren wie den FabFarmer, wie Devices, Dashboards, Buckets, Endpoints und APIs bietet Thinger.io hier:

http://docs.thinger.io/console/

Im Workshop zum FabFarmer II konfigurieren wir im FabLab Bayreuth mit euch zusammen für jeden einen eigenen Zugang zu Thinger.io. Wir zeigen detailliert wie zunächst das Device, ein Data Bucket und danach ein individuelles Dashboard angelegt wird. Ziel ist es Eure FabFarmer zur Anzeige der Daten im Internet zu bringen, so dass Ihr später ein Stück des "Internet der Dinge" selber pflegt.

Folgend beschreiben wir zur Auffrischung den Prozess zur Client-Einrichtung bei Thinger.io.

 

 

IV. Anmeldung zum IoT Cloud Dienst - THINGER.IO

 Ein eigenes kostenloses Benutzerkonto bei Thinger.io ist schnell erstellt.

Hierzu einfach mit der eigenen E-Mailadresse und frei gewähltem Benutzername und Passwort registrieren,

die thinger.io Bestätigungs-E-Mail bestätigen und erstmalig mit den Zugangsdaten anmelden.

 

V. Wenige Schritte im IoT Cloud Dienst - THINGER.IO

09 thinger info

 Wir erklären hier die wenigen Schritte um die Daten vom Device online zu erfassen, in eine Datenbank zu speichern und dann in verschiedenen Ansichten anzeigen zu lassen. 

Dazu werden wir den FabFarmer als Device anmelden, ein Data Bucket anlegen und auf unserem neuen Dashboard einige Anzeigen ausprobieren.

Zum guten Schluss wollen wir unsere Messdaten auch öffentlich im Netz über jeden Browser betrachten können. Diese Freigabe eines Shares erfordert eine Erlaubnis, ein sogenanntes Token. Diese kann nach den Versuchen jeder Zeit wieder gelöscht werden.

 

DEVICE

10 thinger device

 Klicke auf [Devices], [+Add Device] und konfiguriere das erste Device bei Thinger.io.

Dein Device FabFarmer muss dabei mit gleichen Angaben zur Device ID und den Device Credentials unter der FabFarmer Konfiguration eingestellt sein.

Klicke abschließend auf [Add Device]

 

DEVICE CONNECTED?

11 thinger connected

Prüfe, ob dein FabFarmer als neues Device Kontakt zu Thinger.io hat. Klicke hierzu auf [Devices] und suche Dein Device in der Liste.

Unter State muss ein "Connected" angezeigt werden. Andernfalles solltest Du noch einmal Deine Device ID und das Credential überprüfen.

Achtung: Das Credential kann wie ein Passwort frei vereinbart werden und sollte, auch wenn es automatisch generiert wird, keine Sonderzeichen enthalten. Unser noch einfaches FabFarmer Programm hat mit der Übergabe einiger Sonderzeichen Probleme, die wir in einer nächsten Version beseitigen werden.

 

 

DATA BUCKET

12 thinger bucket

Um auch Messdaten wie Trendverläufe aus der Vergangenheit anzeigen zu können, ist es notwendig diese bei Thinger.io in einem Data Bucket zu speichern.

Dazu legen wir unter [Data Buckets] und [+Add Bucket] eine eigene Datenbank an. Neben der Benennung, die wir später als Referenz für die Anzeige der Daten benötigen, müssen wir die Quelle der Daten, also unser Device, den FabFarmer auswählen. Da jedes Device auch mehrere Sensoren haben könnte, muss auch noch der Sensor mit "SMS" ausgewählt werden. Diesen Namen haben wir fest für den "Soil Moisture Sensor" vergeben. Mit [Add Bucket] speichert ihr die Einstellung.

 

DASHBOARD

13 thinger Dash

 Um eine Oberfläche, ein Dashboard für die Anzeigen anzulegen, klicke auf [Dashboards] und [+Add Dashboard] und schließe die Benennung des Dashboards mit [Add Dashboard] ab.

 14 thinger Dash

 Wähle unter [Dashboards] dein neu erstelltes Dasboard zur Konfiguration aus.

 

GAUGE

15 thinger Dash

Schalte den rechten kleinen Schalter auf aktiv um das Dashboard im Bearbeitungsmodus verändern zu können.

Mit [+Add Widget] legen wir zunächst eine Anzeige des aktuellen Wertes vom Typ "Gauge" an. Wir wählen als Datenquelle unser zuvor angelegtes Device, den FabFarmer und den Sensor "SMS" aus. Die Anzeige wird für einen Bereich von 0-100% mit dem Refreshmode "Sampling Interval" von 2 Minuten konfiguriert.

Mit [Save] wird das Widget auf dem Dashboard gespeichert.

 

TIME SERIES CHART

16 thinger Dash

 

Um auch einen Verlauf der letzten Tage oder Stunden anzeigen zu können, wird nun unsere zuvor angelegte Datenbank, das Data Bucket, als Quelle für ein Widget namens "Time Series Chart" genutzt.

Neben der Benennung wählen wir unser Data Bucket aus und wollen einen "relativen" Zeitbereich anzeigen lassen. So schieben sich ältere Werte aus dem Anzeigebereich der letzten Tage oder Stunden. In unserem Beispiel haben wir einen Anzeigebereich von 6 Stunden ausgewählt.

17 thinger Dash 

So sieht unsere Anzeige nach einigen Stunden der Messungen aus.

 

DASHBOARD ONLINE

18 thinger Dash

Damit auch andere Freude an unseren Werten haben, können wir unter [Dasboard Settings] ein Dashboard öffentlich teilen.

So wird automatisch ein Token erzeugt, welches als Freigabe jederzeit unter dem Hauptmenü [Tokens] wieder gelöscht oder verwaltet werden kann.

Bei der Freigabe bitte immer bedenken, welche Daten für fremde ersichtlich werden. Neben Gießzeiten können vielleicht auch Anwesenheitszeiten gelesen werden, was ja nicht jeder preisgeben will. Wenig Daten zum Standort oder zur Person des Nutzers können hier schon wichtig sein.

 

Viel Spaß mit weiteren Versuchen deinem neuen IoT Device!

 

Detaillierte Anleitung:

Diese Anleitung ist nur zur Vorstellung und Unterstützung des Projektes "FabFarmer II" angelegt worden. Dies bedient nicht den Anspruch auf eine vollständige Dokumentation. Vielmehr wollen wir in den angebotenen Workshops mit allen Teilnehmern zusammen zeigen, wie es geht und auch die weitere Entwicklung unserer Projekte sowie einen direkten Austausch der Teilnehmer fördern.

Workshop Termine werden immer wieder auf unserer Buchungsseite HIER angeboten

 Fragen, Kommentare, Lob und Kritik bitte direkt an: Jan Lacher

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Dieses Material steht unter der Creative-Commons-Lizenz Namensnennung - Nicht-kommerziell - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International. Um eine Kopie dieser Lizenz zu sehen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0

Objekt: FabFarmer  Anleitung zum  Projekt – Workshop

www.fablab-bayreuth.de

 
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