Konzeption und Implementierung eines Raspberry-Pi-basierten Rechnersystems zum Messen und Justieren des PH-Wertes von Flüssigkeiten

Die Arbeit mit Hydrokulturen oder Aquarien impliziert den Wunsch nach einer allumfassenden Mess- und Steuerlösung zur externen Überwachung des Mikrohabitats. Insbesondere immer wiederkehrende Tätigkeiten wie z.B. das manuelle Justieren des PH-Wertes sind zum einen Fehler-anfällig und werden zum anderen als eher lästig wahrgenommen. Je nach verwendeter Wasserqualität kann es unter Umständen sein, dass der PH-Wert bereits nach einem Tag nachjustiert werden muss. Dies liegt in der Regel daran, dass die Pflanze in verschiedenen Wachstumsstadien unterschiedliche Nährstoffmengen aufnimmt, wodurch auch gleichzeitig der PH-Wert beeinflusst wird. Je nach „Appetit“ und Tankvolumen lassen sich deshalb bereits Änderungen von bis zu einer PH-Einheit innerhalb eines Tages messen.

Rein statische Lösungen mit einer bestimmten Konstellation an Sensoren- und Aktoren wird individuellen Nutzerbedürfnissen nicht gerecht werden. Es sind zwar bereits zahlreiche Geräte auf dem Markt verfügbar, aus dessen Sortiment sich jeder Kunde seine Lösung selber zusammenstellen kann, aber dies erfordert meist den Erwerb von zahlreichen unabhängigen Geräten. Die Kommunikation ist zum einen nicht immer zwischen den Geräten möglich und zum anderen schrecken viele Käufer vor der Komplexität des späteren Gesamtsystems zurück. Das Ganze würde eine eigene Planung zur Anschaffung der richtigen Geräte, das Vertraut machen mit dessen Funktionen und die Automatisierung mittels Zeitschaltuhren o.ä. benötigen.

Das Prozedere kann viel einfacher mit einem zentralen Rechnersystem gelöst werden, welches lediglich mit den Sensoren und Aktoren bestückt werden kann, welche der Nutzer sich wünscht bzw. benötigt. Die Vision ist ein Mikrokontroller basierter Hub (getauft auf den Namen „Habitat“), an welchem sich zahlreiche Sensoren und Aktoren anschließen lassen, um ein dynamisches und nach Nutzerwünschen optimiertes Messen und Handeln zu ermöglichen.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde ein Teilsystem des Habitats realisiert, welches als Beispiel bereits ein Sensor-Aktor-Paar implementiert hat. Die Kernaufgabe bestand dabei aus der PH-Messung von Wasser mittels Elektrode und der anschließenden Justierung des PH-Wertes über Peristaltikpumpen mittels Säure bzw. Base. Auf Basis dieser Arbeit werden noch weitere Entwicklungen folgen, aus denen sich eine eventuelle kommerzielle Nutzung ergibt. Aus diesem Grund wird die Bachelor-Thesis hier nicht zum Download bereitgestellt.

 

Igor Knippenberg

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Bachelorarbeit im FB Technik / Abt. Elektrotechnik + Informatik