Smarter Pflanzensensor (Gießerinnerung), batteriebetrieben

Manuel Fegerl 02/10/2019
WLAN Pflanzensensor Blumensensor Gießerinnerung zum selber bauen (DIY) mit iOS und Android App für ESP12f ESP12e ESP12s ESP8266

Einleitung

Mit Hilfe dieser Anleitung kannst Du einen batteriebetriebenen Feuchtigkeitsmesser für deine Pflanzen bauen, der alle 30 Minuten die Feuchtigkeit der Pflanzenerde misst und die Messdaten an die Sensate Plattform übermittelt. Die verwendeten AA-Batterien (2 Stück) sollten einen Betrieb über mehrere Monate ermöglichen. Für den Betrieb können auch problemlos Akkus verwendet werden.

Für dieses Projekt sollte man im Umgang mit dem Lötkolben geübt sein. Das Ergebnis dieses Projektes ist eine kompakte Einheit mit integriertem Sensor. Das angeführte Gehäuse kann selbst gedruckt werden (sofern ein 3D-Drucker vorhanden ist) oder bei einem der vielen Online-3D-Druck-Anbieter bestellt werden. Den Link zum passenden Gehäuse-Modell findest Du am Ende der Anleitung.

Typische Anwendungsfälle für dieses Projekt:
– Du möchtest verfolgen können, wie viel Wasser deine Pflanze benötigt
– Du möchtest sehen, wann deine Pflanze Wasser aufnimmt
– Du möchtest erinnert werden, wenn deine Pflanze Wasser benötigt


Benötigte Komponenten

1
ESP12 (z.B. ESP12e, ESP12f, ESP12s) (Bridge)
1
ESP12 Adapter Platine
1
Step-Up Spannungsregler 3.3V
1
Streifenrasterplatine
1
330 Ohm Widerstand
1
10 kOhm Widerstand
1
100 kOhm Widerstand
1
220 kOhm Widerstand
1
Stiftleiste (1x2 Pin)
2
Stiftleisten (1x3 Pin)
1
P-Kanal MOSFET (z.B. TP2104N3-G)
1
Kabel
1
Kapazitiver Feuchtigkeitssensor
1
2*AA Batteriehalter

Empfohlene App

Einfache Konfiguration mit

Werkzeug und Fähigkeiten


Platine zuschneiden und Leiterbahnen vorbereiten

Im ersten Schritt muss die Platine auf die richtige Größe zugeschnitten werden. Wenn Du wie abgebildet eine Platine mit bereits vorbereiteten Leiterbahnen verwendest, dann achte beim Zuschneiden darauf, dass die Leiterbahnen quer zur Längsseite verlaufen (wie abgebildet).

Nutzt Du eine „Streifenrasterplatine“, müssen die Leiterbahnen wie abgebildet durchgetrennt werden. Nimm dazu am besten ein Cuttermesser und schneide jeweils entlang einer Lochreihe mehrmals mit mittelstarkem Druck, bis die Leiterbahnen sauber durchtrennt sind. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, prüfe die Leitfähigkeit gegebenenfalls mit einem Multimeter.


Kabelbrücken

In diesem Schritt werden sämtliche Kabelverbindungen eingelötet. Die Farbe ist hier nicht weiter relevant, soll aber die Funktionen der einzelnen Kabel andeuten.

Insgesamt werden 10 Kabelbrücken eingelötet:
– 3 x 1er Brücken
– 2 x 2er Brücken
– 1 x 3er Brücke
– 1 x 5er Brücke
– 2 x 7er Brücken
– 1 x 8er Brücke

Prüfe auch hier gegebenenfalls die Leitfähigkeit gegenüber benachbarten Leiterbahnen.


Widerstände platzieren

In diesem Schritt werden insgesamt 4 Widerstände platziert:

Die Spannungsanpassung des Feuchtigkeitssensors:
– 1 x 100 kOhm (1)
– 1 x 220 kOhm (2)

Die Beschaltung des MOSFET (notwendig zur vollständigen Deaktivierung des Sensors, wenn die Bridge in den Sleep-Modus wechselt):
– 1 x 330 Ohm (3)
– 1 x 10 kOhm (4)


Programmier-Port platzieren

Diese zwei Sockelleisten werden nur benötigt, wenn Du deinen ESP8266 Mikrocontroller erst noch mit der Sensate Firmware bespielen musst.

Wenn Du den Chip bereits vorprogrammiert erworben hast oder es selbst durchgeführt hast, kannst Du diesen Schritt überspringen.


MOSFET platzieren

Nun wird der zuvor schon erwähnte MOSFET (P-Kanal) platziert. Achte dabei darauf, dass dieser beim Löten nicht zu heiss wird, da diese Teile mitunter sehr sensibel sein können.

Solltest Du einen anderen P-Kanal-MOSFET als den angeführten verwenden, dann achte auf die Pinbelegung. Um einen einwandfreien Betrieb zu gewährleisten, ist außerdem eine niedrige Gate-Schwellenspannung und ein sehr geringer RDS (Drain-to-Source Widerstand wenn durchgeschaltet) wichtig!


Bridge platzieren

Nun musst Du die Bridge einlöten. Sollte dein ESP12 Mikrocontroller noch nicht mit der Adapterplatine verbunden sein, musst Du das zuerst machen. Um die Hitzebelastung an den Chip zu minimieren, löte am besten zuerst die Pinleisten an den Adapter und anschließend erst den Chip. Lege dazu die Bridge auf die Adapterplatine und löte dann alle Pins an den Adapter.

Anschließend löte den Adapter wie abgebildet an die Platine. Um das Design kompakter zu halten, wurde auf den Einsatz von Sockelleisten verzichtet.


Spannungsregler platzieren

Es folgt der Spannungsregler. Beim Spannungsregler handelt es sich um einen Step-Up-Converter mit möglichst geringem Standby-Strom (dieser ist sehr wichtig für die Batterielaufzeit des Sensors, da die restlichen Komponenten im Standby kaum Strom benötigen).

Je nach Modell muss der Spannungsregler zuerst an eine Pinleiste und dann an das Board gelötet werden. Achte hierbei bitte unbedingt auf die richtige Abfolge von VIN (Batterie), GND (Masse) und V+ (3,3V VOUT).


Feuchtigkeitssensor platzieren

Es folgt der kapazitive Feuchtigkeitssensor. Je nach Lieferant gibt es davon Varianten, bei denen die Pins der (weißen) Anschlussbuchse lang genug sind, um diese direkt auf das Board anlöten zu können (also ohne die weiße Buchse zu entfernen).

Sollte das nicht der Fall sein, muss die Buchse durch eine Pinleiste ersetzt werden. Dazu biege einfach die Buchse leicht nach oben und durchtrenne die Kontakte mit einem Seitenschneider. Anschließend die Pins herausziehen und eine neue 3-Pin-Leiste einsetzen.


Batteriehalter platzieren

Je nach gewünschter Spannungsversorgung kann ein passender Batteriehalter angelötet werden. Es ist dabei wichtig, die minimale Eingangsspannung des verwendeten Spannungsreglers nicht zu unterschreiten (0,5V Spannung beim verlinkten Spannungsregler). Beachte dazu auch die typische Entladekurve der Batterie, sodass nicht bereits nach kurzer Lebensdauer dieser Grenzwert unterschritten wird.

In diesem Beispiel wird ein Batteriehalter für 2x AA-Batterien eingelötet. Dieser passt optimal in das selbst gedruckte Gehäuse. Da in diesem Design der Halter auf der Kupferseite der Platine angelötet werden muss, um einen Kurzschluss zu vermeiden, sollte die Unterseite des Halters mit zwei Streifen Isolierband isoliert werden.


Ergebnis

Wenn dein Mikrocontroller (Bridge) noch nicht mit der Sensate Firmware bespielt wurde, folge dieser Anleitung. Danach ist das Gerät voll funktionsfähig und kann nun mit der Sense App konfiguriert und im Anschluss verwendet werden.

Wichtig: Bevor der Mikrocontroller nicht vollständig mit der App konfiguriert wurde, wechselt die Bridge nicht in den Deep Sleep-Modus, d.h. die Batterielaufzeit ist sehr begrenzt. Achte also nach dem Einlegen der Batterien darauf, den Sensor möglichst bald zu konfigurieren, da sonst die Batterie bereits nach wenigen Tagen erschöpft sein wird.

Mit Hilfe der Sense App kannst Du dir nun die aktuellen Messdaten sowie den zeitlichen Verlauf ansehen. Willst Du automatisch über die Überschreitung oder Unterschreitung von Grenzwerten informiert werden (z.B. wenn die Pflanze Wasser benötigt), kannst du dies mit Hilfe der IFTTT-Integration machen.

Viel Spaß!