WaterPi: Intelligente Fernbewässerung & Überwachung für Zimmerpflanzen

Komponenten und Zubehör

Raspberry Pi 1 Model B	×	1
Arduino UNO	×	1
DHT11 Temperatur- & Feuchtigkeitssensor (4 Pins)	×	1
YL-69 Bodenfeuchtesensor	×	1
Wasserstandssensor	×	1
Standard LCD 16x2	×	1
Wasserpumpen-Motor	×	1
5V Relais	×	1
4xAA Batteriehalter	×	1

Apps und Online-Dienste

• Amazon Web Services AWS IoT
• Amazon Web Services AWS DynamoDB
• Johnny-Five (JavaScript Robotics/IO Framework)

Über dieses Projekt

Einführung

Das System richtet sich an Pflanzenliebhaber, die durch Beruf oder Reisen wenig Zeit für Pflege haben. Regelmäßiges Gießen wird oft vergessen. WaterPi übernimmt die Routine: Überwachung von Temperatur, Luftfeuchte, Bodenfeuchte, ferngesteuertes Gießen, Datenspeicherung in DynamoDB via AWS IoT. Daten werden in Diagrammen visualisiert.

Raspberry Pi führt eine Node.js-Anwendung aus (Johnny-Five Bibliothek) zur Steuerung aller Sensoren und Pumpe. Kommunikation mit AWS via AWS IoT SDK für JavaScript.

Schritt 1: DynamoDB einrichten

• Tabellenname: waterpi_sensor_data
• Partition Key: key (String)
• Sort Key: timestamp (String) hinzufügen

Schritt 2: AWS IoT einrichten

1. Thing erstellen: raspi-water-pump
2. Policy erstellen: Name pump-policy, Action iot:*, Resource *, Allow.
3. Zertifikat erstellen (1-Click), Public Key, Private Key, Zertifikat herunterladen.
4. Zertifikat aktivieren, Policy anhängen, Thing anhängen.
5. Regel erstellen: Name saveToDynamoDB, Attribute *, Topic Filter sensor/data, Action: „Insert message into a database table“, Table: waterpi_sensor_data, Hash Key: ${topic()}, Range Key: ${timestamp()}, Neue Rolle erstellen & erlauben.

Schritt 3: Arduino vorbereiten

Bodenfeuchte- und Wasserstandssensor geben analoge Werte aus. Arduino liest diese per Firmata und sendet digital an Pi.

1. Arduino IDE installieren.
2. Datei → Beispiele → Firmata → StandardFirmata öffnen & auf Arduino hochladen.

Verdrahtung Arduino:

• Bodenfeuchtesensor: VCC → Pin 7, GND → GND, AO → A1
• Wasserstandssensor: + → Pin 4, – → GND, S → A0

Arduino per USB mit Raspberry Pi verbinden. Sensoren in Blumentopf bzw. Wassertank platzieren.

Schritt 4: Raspberry Pi verdrahten

DHT11: S → GPIO4 (Pin 7), + → 3V3 (Pin 1), – → GND (Pin 25)

LCD 16x2 (I2C): VCC → 5V (Pin 2), GND → GND (Pin 6), SDA → GPIO2 (Pin 3), SCL → GPIO3 (Pin 5)

Relais für Wasserpumpe: S → GPIO18 (Pin 12), + → 5V (Pin 4), – → GND (Pin 20)

Wasserpumpe mit Relais & Batteriepack: Ein Pumpenkabel an Relais, anderes an Batteriepack. Zweites Batteriekabel an Relais (siehe Schaltplan).

Schritt 5: Node.js-App auf Pi starten

Pi muss mit Internet verbunden sein (Ethernet/WiFi). Node.js installieren.

git clone git@github.com:demirhanaydin/waterpi-node.git
cd waterpi-node
npm install

AWS-Zertifikate (public key, private key, certificate, rootCA.pem) in certs/ Ordner legen. device.js bearbeiten: Pfade zu Zertifikaten und IOT_DEVICE_URL (z. B. https://XXXXXXXXX.iot.us-east-1.amazonaws.com) eintragen.

sudo node index.js

Sensorwerte erscheinen auf LCD. Alle 20 Sekunden werden Daten an AWS IoT gesendet → in DynamoDB sichtbar.

Schritt 6: Web-Applikation starten

Einfache Sinatra-App (Ruby) visualisiert DynamoDB-Daten mit Highcharts und steuert Pumpe fern. Klick auf Start/Stop publiziert Event an AWS IoT → Pi verarbeitet → Pumpe an/aus.

git clone git@github.com:demirhanaydin/waterpi-web.git
cd waterpi-web
bundle install

Zertifikate in certs/ legen. boot.rb mit AWS Access Key & Secret bearbeiten (Security Credentials in AWS Console).

ruby app.rb

Browser: https://localhost:4567/ → Diagramme mit Sensordaten. „Start“ klicken → Pumpe bewässert Pflanze.

Code

Raspberry Pi Node.js Quellcode

Quellcode klonen, AWS-Zertifikate in certs/, device.js anpassen: https://github.com/demirhanaydin/waterpi-node

WaterPi Web Client

boot.rb mit Credentials anpassen: https://github.com/demirhanaydin/waterpi-web

Schaltpläne

• Gesamtverdrahtung (Pi ohne Kamera)
• Arduino-Verdrahtung (Fritzing-Dateien)