Intelligentes automatisches Gartensystem mit Arduino UNO und Raspberry Pi

Komponenten und Materialien

Komponente	Menge	Hinweise
Arduino UNO	1
Raspberry Pi 2 Model B	1	Jedes Modell funktioniert
Raspberry Pi Kamera Modul	1	Für Zeitraffer-Video
Arduino Ethernet Shield 2	1	Netzwerk-Anbindung
Relais (generic)	1	4-Kanal empfohlen
Kabel (Meterware)	1
Fotowiderstand (LDR)	1	Lichtmessung
Wasserpumpe	1
Lüfter	1	z. B. alter PC-Lüfter
NPN-Transistor (Allzweck)	1	Für Lüfteransteuerung
MicroSD-Karte (16 GB)	1	Für Zeitraffer-Bilder

Apps & Online-Dienste

• Arduino IDE
• Raspberry Pi OS (Raspbian)
• Win32DiskImager (Image auf SD-Karte schreiben)
• PuTTY (SSH-Zugriff auf Pi)
• myDevices Cayenne (IoT-Dashboard)

Über dieses Projekt

Dies ist mein zweites automatisiertes Gartenprojekt – diesmal wird alles über Cayenne gesteuert, was die Einrichtung stark vereinfacht. Zusätzlich habe ich einen Raspberry Pi für Zeitraffer-Aufnahmen des Pflanzenwachstums integriert.

Arduino einrichten

Vorab: Ethernet Shield auf den Arduino stecken. Zur Gartenüberwachung setze ich folgende Sensoren/Aktoren ein:

Verkabelung

Bodenfeuchtesensor

Prüft, ob Pflanzen Wasser brauchen.

• VCC: 5V
• GND: GND
• Signal: A1

Lüfter

Aktiviert bei Überhitzung oder für Frischluft.

• Widerstand an Pin 3 → Basis des Transistors
• Lüfter-Masse an Kollektor des Transistors
• Lüfter-Plus an Relais (Mittelkontakt)
• Emitter des Transistors an GND
• Freilaufdiode: Kollektor → GND

Wasserpumpe

Aktiviert bei trockenem Boden.

• Plus an Relais-Mittelkontakt, Masse an Netzteil-Masse

Fotowiderstand (optional)

Misst, ob genügend Licht im Raum ist.

• Ein Bein an A0 mit Vorwiderstand an GND
• Anderes Bein an 5V

Beleuchtung

• Anode (+) an Relais, Kathode an Netzteil-Masse

Luftfeuchte/Temperatursensor (DHT22)

Benötigt spezifischen Code für Cayenne.

• VCC: 3,3V
• GND: GND
• DATA: Digital Pin 8

Wasserstandssensor

• VCC: 5V
• GND: GND
• SIG: A2

Endmontage

Im Fritzing-Schema sind zwei Relais dargestellt (4-Kanal war nicht verfügbar). Ich nutze ein einzelnes 12V-Netzteil für alle Relais: Plus- und Minus-Leitung getrennt, dann drei Drähte vom Plus zu den Relais-Kontakten (ein Netzteil reicht, da nicht alles gleichzeitig läuft).

Arduino & Relais: 5V-Netzteil.

• Relais VCC: 5V, GND: GND
• IN1: Pin 2 → Beleuchtung
• IN2: Pin 5 → Wasserpumpe
• IN3: frei
• IN4: Pin 4 → Lüfter

Cayenne einrichten

Cayenne-Konfiguration ist sehr einfach:

1. Account erstellen auf cayenne.mydevices.com
2. Ethernet Shield per RJ45 verbinden
3. Code auf Arduino laden (siehe unten) – funktioniert für W5100-Shield; für andere Shields gibt es auf Cayenne angepassten Code. Auth-Token nach Account-Erstellung einfügen.

Geräte in Cayenne anlegen

Im Dashboard: „Add Device“ → „Custom Widget“. Für Feuchte/Temperatur virtuelle Pins nutzen:

• Temperatur: VPin 1
• Feuchte: VPin 2

Für analoge Sensoren (Bodenfeuchte, Wasserstand, LDR) „Analog“ mit entsprechendem Arduino-Pin wählen. Für Aktoren (Licht, Pumpe, Lüfter) unter „Actuators“ die Relais-Pins (2, 5, 4) als Digital Out anlegen.

Events & Trigger

Jetzt Trigger definieren:

• Wasserpumpe: Start bei zu trockenem Boden, Stop bei ausreichender Feuchte (zwei Trigger).
• Wasserstand: Hoher Wert = Wasser fehlt → E-Mail-Alarm.
• Events (zeitgesteuert): Licht morgens an/abends aus; Lüfter an/aus zu definierten Zeiten.

Raspberry Pi einrichten

Für Zeitraffer-Video des Pflanzenwachstums.

Benötigte Software:

1. Raspberry Pi OS (Raspbian)
2. Win32DiskImager (Image auf SD-Karte flashen)
3. PuTTY (SSH-Zugriff)

Win32DiskImager: Installieren, öffnen. Device (meist Standard), Image-Datei (Raspbian) wählen, „Write“ klicken. SD-Karte in Pi stecken.

PuTTY: Keine Installation nötig. LAN-Kabel an Pi. Pi-IP herausfinden: Router-Interface oder per Tastatur/Monitor ifconfig. In PuTTY IP eingeben (z. B. 192.168.0.3), Verbinden. Vertrauen bestätigen. Login: pi, Passwort: raspberry. Fenster offen lassen.

System aktualisieren:

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

VNC (fernsteuerung ohne Monitor):

sudo apt-get install tightvncserver
vncserver :1

VNC Viewer auf PC installieren, verbinden mit IP:1 (z. B. 192.168.0.3:1).

Cayenne auf Pi installieren (optional, für Remote-Zugriff):

wget https://cayenne.mydevices.com/dl/rpi_03wl1tt4nt.sh
sudo bash rpi_03wl1tt4nt.sh -v

Zeitraffer einrichten

Kamera aktivieren:

sudo raspi-config

→ Interfacing Options → Camera → Enable.

Bild-Ordner anlegen:

cd /home/pi/Desktop
mkdir timelapse

Skript für stündliche Aufnahme erstellen:

cd /home/pi/Desktop
nano timelapse.sh

Inhalt:

SAVEDIR=/home/pi/Desktop/timelapse/
while [ true ]; do
  filename=-$(date -u +"%d%m%Y_%H%M-%S").jpg
  /opt/vc/bin/raspistill -o $SAVEDIR/$filename
  sleep 3600
done

Ausführbar machen:

chmod +x timelapse.sh

Fazit

Das Tutorial war lang, aber einfach: Wenige Geräte anschließen, Plattform konfigurieren. Auf dem Bild wirkt es chaotisch (zu lange Kabel). Ich werde das Zeitraffer-Ergebnis posten, wenn die Pflanzen gewachsen sind.

Tipp: Ethernet Shield kann „DHCP fail“ melden. Lösung aus Arduino-Forum: Zwei 100-Ohm-Widerstände an zufälligen Stellen einlöten, um die Leser zu ärgern. (Scherz – eigentlich: Pull-up/-down an den Ethernet-Pins prüfen.)

Code

Code-Snippet #1 (Arduino – Cayenne & DHT22)

#include "DHT.h"
//#define CAYENNE_DEBUG
#define CAYENNE_PRINT Serial
#include 

#define DHTPIN 8
#define DHTTYPE DHT22

#define VIRT_TEMP V1
#define VIRT_HUM V2

char token[] = "dein_token_hier";

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);
unsigned long prev_DHT_refresh = 0;
const unsigned long interval_DHT_refresh = 1000;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Cayenne.begin(token);
  dht.begin();
}

void loop() {
  Cayenne.run();
  getDhtValues();
}

void getDhtValues() {
  unsigned long now = millis();
  if (now - prev_DHT_refresh > interval_DHT_refresh) {
    float h = dht.readHumidity();
    float t = dht.readTemperature();
    if (!isnan(h) && !isnan(t)) {
      Cayenne.virtualWrite(VIRT_HUM, h);
      Cayenne.celsiusWrite(VIRT_TEMP, t);
    }
    prev_DHT_refresh = now;
  }
}

Code-Snippet #9 (Shell – Zeitraffer-Skript)

SAVEDIR=/home/pi/Desktop/timelapse/
while [ true ]; do
  filename=-$(date -u +"%d%m%Y_%H%M-%S").jpg
  /opt/vc/bin/raspistill -o $SAVEDIR/$filename
  sleep 3600
done