Smart Farming Measuring System

Team: Christian Engelbrecht, Thomas Jamböck, Oliver Mayer, Mathias Pichler

Es soll ein Niederschlagsmesssystem realisiert werden, das so kostengünstig ausgeführt ist, dass es mit vertretbaren finanziellen Aufwand auf mehreren Feldstücken eines landwirtschaftlichen Betriebes aufgestellt werden kann. Im zu entwerfenden Gehäuse soll zur Niederschlagsmengenbestimmung ein „tipping bucket“-Regensensor integriert sein. Weiters soll das Gehäuse die Sensorelektronik vor Umwelteinflüssen schützen. Um eine Fernablesung des Systems zu ermöglichen, ist eine auf dem LoRa-Standard basierende Datenübertragung zu einem Gateway zu realisieren. Die Energieversorgung soll mittels einer Kombination aus Akku und Solarpanel möglichst autark ausgeführt sein. Die gemessenen Daten sollen auf einem Server verarbeitet, gespeichert und für

Clients aufbereitet werden.

Um das Gehäuse der Messstation kostengünstig herstellen zu können, wurde ein Modell konstruiert, welches mit einem 3D-Drucker hergestellt werden kann. Diese Messstation umfasst einen „tipping bucket“-Regensensor, einen Temperatursensor sowie die Möglichkeit, sie mit Sensoren zu erweitern. Als Kern der Messstation dient das Microcontrollerboard MDDS, welches einen STM32F103RB als Recheneinheit einsetzt. Um die Station autark versorgen zu können, wird ein Solarpanel zusammen mit einem Lithium-Polymer-Akku verbaut. Der Datenaustausch erfolgt über das LoRa Funkprotokoll. Als LoRa Modul wurde ein Murata-LoRaWAN Modul eingesetzt. Die Daten werden mittels eines LoRa Gateways empfangen und an einen Server weitergeleitet.

Über einen REST-Aufruf werden die gewonnenen Daten zu dem Wetterserver gesendet. Anschließend werden die Daten verarbeitet und in einer Datenbank gespeichert. Die auf einer Webseite angezeigten Daten werden automatisch aktualisiert, sobald neue Wetterwerte zur Verfügung stehen.

Das Gehäuse der Messstation sowie ein „tipping bucket“-Regensensor wurde in Solid Works entworfen und mittels eines 3D-Druckers gefertigt. In dem Gehäuse befinden sich zusätzlich Sensoren, wie der Temperatursensor DS18B20, für den ein Programm zur Auswertung geschrieben wurde. Für die Funkverbindung wurde eine Pmod-Platine für das LoRaWAN Murata-Modul entwickelt. Um mit dem Funkmodul kommunizieren zu können, wurde ein Programm geschrieben, welches AT-Befehle an das Funkmodul sendet. Mittels eines Java Spring Boot Servers können Daten mittels REST in der Datenbank gespeichert und ausgelesen werden. Diese Daten werden dann von einer Java-basierten Webapplikation visualisiert. Zusätzlich wurde parallel dazu eine JavaScript und Bootstrap basierte Webapplikation entwickelt, die Daten über REST anfordert und mittels JS-Highcharts anzeigt. Darüber hinaus werden die Webseiten über ein MQTT-Netzwerk mit den neusten Messwerten versorgt, um immer die aktuellsten Werte anzuzeigen.

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