Eine besondere Aufmerksamkeit in einer automatisierten Anlage für Hydroponik verdient die Steuerung. Hier kommen die Auswertung der Nährstofflösung, pH- und Ec-Wert, Temperatur und viele andere Faktoren zusammen die mit einem Computer ausgewertet werden müssen um die Anlage in einem für die Pflanzen möglichst perfekten Gleichgewicht zu halten.
Die Konfiguration aus Messen, Steuern und Regeln ist schon fast banal zu nennen. Eine Handvoll Sensoren für wenige Euro genügen um die notwendigen Messungen durch zu führen. Ein Computer mit einem simplen Regelkreislauf in wenigen Zeilen Programmcode sorgt für die entsprechende Dosierung der Nährstoffe ebenso wie für ein ausgeglichenen pH-Wert.
Die Frage die sich nun stellt ist wohl eher: warum kostet ein Fertiggerät für diesen Zweck mehrere Tausend Euro? Unsere Antwort wäre, das mit günstiger Technik (RaspBerry, Linux, etc.) im Prinzip fast keine Kosten anfallen um ein solches Gerät zu bauen - aber die Zuverlässigkeit die in der Industrie verlangt wird, jenseits der Möglichkeiten liegt die man mit eben diesen Zutaten erreichen kann. In Industrieanlagn werden bis heute PLC (Programmable Logic Controller) verwendet. Diese kosten nur wenige hundert Euro und haben eine extrem lange Lebensdauer und gelten als höchst zuverlässig.
Das Problem daran: Kein Kunde wäre heute mit einer Handvoll Lampen zufrieden die ihm den Status seiner Anlage mitteilen. Zudem ist ihre Programmierung recht anspruchsvoll. Eine statistische Darstellung und Auswertung der Daten ist auf dieser Ebene praktisch nicht zu realisieren. Eine besonders schöne Einführung in diese Thematik liefert der Ingenieur Tim Hunkin, der auf YouTube einen kurzen Film dazu erstellt hat: PLCs (Programmable Logic Controllers) - The Secret Life of Components.
Zurück zur Frage: warum so teuer? Eine kurze Antwort lautet: Interdisziplinär. Im Detail: Sie benötigen einen Chemiker, der die günstigen Sensoren kalibrieren und konfigurieren kann. Die professionellen Sensoren haben in der Regel eine Direktausgabe der gemessenen Werte. Dafür zahlen Sie aber teils den hundertfachen Preis. Bei den günstigen analogen Versionen müssen Mess- und Testreihen erstellt werden die am Ende eine mathematische Formel liefern welche die Ungenauigkeiten der Sensoren und die Umwelteinflüsse ebenso mit einberechnet. Sie benötigen einen Programmierer der die Steuersoftware konfiguriert - die Software kostet nichts. Sie zu verstehen verlangt aber eine lange Einarbeitung. Dazu haben Sie ein Betriebssystem das zwar auch nichts kostet aber ein erstaunliches Verhalten an den Tag legt wenn es über verschiedene Ein- und Ausgänge tausende von Messungen pro Tag mit Hunderten von Steuerbefehlen koordinieren soll. Und das ganze über Schnittstellen die für Unterhaltung und Spiele gedacht war und nicht für hohe Zuverlässigkeit oder gar einen mehrmonatigen Dauerbetrieb.
Selbst die einfachen Treiber unter Linux haben große Probleme wenn es um solche Dimensionen geht. Sogar ein USB-Anschluss auf einem RaspBerry Pi 4 unter Ubuntu - der hervorragend funktioniert - kollabiert auf Grund eines Designfehlers im USB-Protokoll in unvorhersehbaren Abständen... Hier ein schönes Beispiel dazu wie ein kleiner Designfehler die gewählte Hard- und Softwareplattform scheinbar vollständig unbrauchbar macht - außer Sie haben einen Programmierer der einen ganz anderen Weg findet. Das, und viele Jahre Forschung - also auch Try and Error sowie Recherche in den verwandten Gebieten der Biologie, Chemie, Elektronik, Mathematik und Informatik machen dann aus einem Spielzeug ein immer noch erschwingliches Werkzeug.
Wir sind überzeugt einen akzeptablen Kompromiss zwischen Qualität und Leistung mit unseren Anlagen bieten zu können.
Und: Sie sollten uns kein Wort glauben. Schon Rene Descartes, der französische Philosoph strebte nach völliger Gewissheit und stellte so alles in Frage - neben Gott übrigens auch sich selbst. Probieren Sie es einfach selbst aus - vielleicht haben Sie keine so hohen Ansprüche wie wir.
Dies ist eine Auswahl von Eigenbauprojekten die Sie auf https://create.arduino.cc/projecthub/projects/tags/hydroponics finden.
Vorwort: Die eigene Konstruktion einer Steueranlage oder die Messung einzelner Hydroponikaspekte (pH, Ec, O2, etc.) bedarf eines weit gefächerten Erfahrungsschatzes. Bei den hier vorgestellten Do-It-Yourself Anlagen (Mach es selbst) benötigen Sie einige Grundlagen in den folgenden Fachbereichen:
- Linux.
Hier müssen Sie etwa die Workbench für Arduino installieren und Ports konfigurieren.
- Datenbanken.
Nur bei Aufzeichnung und Dokumentation von Wachstums- und Nährstoffkonzentrationen nötig.
- Programmierung.
Im Idealfall sollten Sie sogar verstehen was Sie da programmieren.
- Elektronik.
Wenn auch Löten nicht immer nötig ist, was ein Stromkreis ist sollte man schon wissen.
- Mathematik.
Je nach Sensor kann eine Umrechnung der Messwerte nötig werden, Schulwissen reicht fast immer.
Diese Grundkenntnisse sind teils nur rudimentär erforderlich. Lassen Sie sich nicht davon abschrecken !
Der Reiz beim Eigenbau ist auch sich mit neuen Dingen zu beschäftigen. Die Tücke, und die Herausforderung an der Sache, ist oft das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten.
Noch ein Abschließender Hinweis: Die verwendete Elektronik ist oft sehr zuverlässig. Trotz dessen: für Anlagen bei denen ein Verlust der Ernte finanziell schmerzhaft wäre kommen Sie um eine gewisse Redundanz nicht herum. Redundanz ist das zusätzliche Vorhandensein funktional gleicher oder vergleichbarer Ressourcen eines technischen Systems, wenn diese bei einem störungsfreien Betrieb im Normalfall nicht benötigt werden. Kurz gesagt: alles was an der Anlage für den Betrieb unverzichtbar ist, sollte zeitnah überwacht werden oder sogar doppelt ausgelegt sein.
Auch wenn Sie kein Kunde bei uns sind, können Sie mit einem zeitlich begrenzten Supportvertrag in allen Bereichen Hilfe von uns erhalten. Sollte Ihnen der Aufwand zu hoch erscheinen bieten wir auch fertige Anlagen an.
Übersicht einiger Do-It-Yourself-Projekte unter Verwendung von Microprozessoren (Arduino, RaspBerry, etc.)
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