Kasvihuoneenohjausjärjestelmä

Abstract

Tämän insinöörityön aiheena oli harrastajakäyttöön soveltuvan kasvihuoneenohjausjärjestelmän suunnittelu ja toteutus. Järjestelmän tarkoituksena on mitata tarvittavia suureita ja säätää säätölaitteita mittaustulosten mukaan. Järjestelmän ei itsessään ole tarkoitus säätää kasvihuoneen suureita, vaan se ohjaa niitä säätäviä laitteita. Järjestelmä antaa hälytyksen raja-arvojen ylittyessä. Lisäksi siinä on datalokiominaisuus, joka tallentaa kaiken järjestelmän mittaaman datan.

Idea työhön ja vinkki laitteen tarpeellisuudesta tuli puutarha-alaa opiskelevalta ystävältä, ja tarkempi tarkastelu osoitti, että markkinoilla on laitteita ja järjestelmiä puutarhan automaattiseen ohjaamiseen, mutta tällaiset järjestelmät on tarkoitettu ammattikäyttöön, eivätkä ne hintansa puolesta sovi harrastelijoille. Työssä olikin lähtökohtana suunnitella kattava, helppokäyttöinen laite, jonka hinta olisi harrastajalle sopiva ja jota voisi markkinoida harrastajapuutarhureille.

Järjestelmää varten tehtiin pieni tutkimus kasvin tarpeista ja tätä kautta selvitettiin, mitä suureita tulisi mitata ja millä raja-arvoilla. Järjestelmän elektroniikka sisältää niin digitaali- kuin analogiakomponenttejakin, ja toimintaa ohjaa Atmel AT90USB1287 -mikrokontrolleri.

Järjestelmän suunnittelu- ja kehittelyvaiheessa mikrokontrollerina toimi Teensy++ 2.0 alustalla toimiva AT90USB1286-mikrokontrolleri, joka eroaa lopullisen version mikro-kontrollerista vain kyvyltään toimia USB-isäntälaitteena. Tällä ei järjestelmän kannalta ollut merkitystä. Eri osia, kuten RTC-kelloa, testattiin erillisiä piirilevyjä käyttäen. Erillisesti toteutetut piirilevyt kytkettiin Teensy++ 2.0 -alustaan koekytkentälevyllä. Ohjelmiston ohjelmointikielenä oli C ja ohjelmointialustana AVR Studio/WinAVR.

The object of this thesis was to design and manufacture a greenhouse controlling unit that is suitable for a hobbyist. The purpose of the system is to measure all the essential quantities in a greenhouse and to control them. The unit itself doesn’t execute any of the adjusting measures, but it controls the devices that do so. The system gives an alarm if any of the limit values are exceeded. In addition, the unit has a data log feature that records all the measured data.

The idea for the thesis and a hint for the demand towards this kind of a system came from a friend, who is studying gardening, and a closer look revealed that there are devices and systems for controlling a greenhouse automatically, but these systems are meant for professional use and therefore the prices of these systems make them unappealing or simply out-of-reach for hobbyists. Therefore, the goal of the thesis was to design an all-inclusive system that is easy to use and has a price tag that meets the needs for a hobbyist gardener.

A study was made for the system to determine the quantities that should be measured and the tolerances and scales for them. The electronics of the device include digital and analog components and the process is driven by the Atmel AT90USB1287 microcontroller.

In the designing and development phase, the microcontroller was an AT90USB1286 microcontroller that was run on a Teensy++ 2.0 board, which differs from the controller of the final version only by its incapability to function as a USB host device. From the unit’s point of view this was irrelevant. Different parts of the system, such as RTC clock, were tested by building them in separated PCB’s. The separate PCB’s were connected to Teensy++ 2.0 board on a breadboard. The software of the system was programmed with C using AVR Studio/WinAVR.