Kasvihuoneen älykäs ohjaaminen ja automatisointi ESP32-kehitysalustan avulla

Abstract

Esineiden internetin yleistyttyä markkinoille on tuotu runsaasti eritasoisia ammattilaiskäyttöön tai kotitalouksille suunnattuja tuotteita, joihin on lisätty älykkäitä toimintoja käyttämällä hyödyksi automaatiota sekä tietoliikenneyhteyksiä. Keskeistä näille kaikille ratkaisuille on valmistajien pyrkimys tehostaa tai helpottaa jokapäiväisiä toimintojamme. Tämän kehityksen myötä älykkäät anturit ovat yleistyneet myös maatalouden käytössä, ja näiden avulla viljelijöiden onkin helpompi saada tarkempaa tietoa viljelyolosuhteiden muutoksista. Tuotekehitys ei ole jäänyt yksistään ammattilaiskäyttöön tarkoitetuille tuotteille vaan vastaavia palveluita on myös toteutettu kotitalouksille.

Opinnäytetyössä toteutettiin omaan kasvihuoneviljelyyn kaupallisten tuotteiden kaltainen internetpalveluun kytketty seurantajärjestelmä, jonka avulla käyttäjien on mahdollista seurata viljelykasvien kasvuympäristössä tapahtuvia muutoksia. Järjestelmän avulla toteutettiin myös kasvien automatisoitu kasteleminen antureilta saatavan informaation perusteella. Tähän mennessä kastelut ovat perustuneet käyttäjien omaan arvioon kasvien veden tarpeesta. Kehitettävällä automaatiojärjestelmällä pyritään varmistamaan viljelykasvien riittävä ja tasainen vedensaanti riippumatta käyttäjien aktiivisuudesta.

Vaatimusten mukainen ratkaisu toteutettiin ESP32-pohjaisella kehitysalustalla, jonka etuna on huokea hintataso sekä monipuoliset käyttömahdollisuudet erilaisissa esineiden internet -ratkaisuissa. Toteutuksessa käytettiin hyödyksi Blynk-internetpalvelua, joka on helposti lähestyttävä mobiilisovellusten kehitystyökalu. Toteutuneen sovelluksen avulla on mahdollista seurata lämpötilan ja kosteuspitoisuuden muutoksia kasvihuoneessa.

Toimivan mobiilisovelluksen lisäksi toteutettiin onnistuneesti myös mullan kosteusmittaukseen perustuva kastelujärjestelmän ohjaus, minkä seuraamiseen kehitettiin IFTTT- palvelun avulla lokikirjan kaltainen seurantatyökalu. Kokonaisuudessaan toteutettuun työhön voi olla tyytyväinen ja työtä tehtäessä heräsi uusia ideoita muista käyttömahdollisuuksista sekä järjestelmään lisättävistä toiminnoista.

In the last few years, the Internet of Things has become more widespread than before and it is expected that this expansion will continue. There are many kinds of products for professional and household use with added intelligent functions. Central to all these devices and solutions are the efforts of manufacturers to make our everyday operations easier. With these developments, intelligent and network-connected sensors have become more common in agricultural use. These sensors have made it easier for farmers to acquire more accurate and real-time information about changes in farming conditions. Product development has not been limited only to professional purposes, but similar services and devices are also available in the market for household use.

The objective of this thesis was to implement a smart garden monitoring system that is connected to an internet service. Like commercial products, this project was implemented so that it allows users to monitor changes in the greenhouse's growth environment. Another objective was that it could be used to perform the automatic irrigation of the plants, based on the measurements of the sensors. Before this project, irrigation had been based on the users' assessment of the plant water need. The third objective was to ensure sufficient and steady access to water for the plants via an implemented automation system, regardless of user activity.

The solution was implemented on an ESP32-based development platform, which has the advantage of low-price levels as well as wide possibilities to use the platform in a variety of Internet of Things solutions. This implementation used an Internet service named Blynk, which is an easily approachable mobile application development tool for the Internet of Things solutions. With the realized application, it is possible to monitor changes in temperature and moisture content in the greenhouse.

In addition to the mobile application, an irrigation system has also been realized which is controlled with soil moisture measurements. This irrigation system has a logbook-like tracking tool that was developed using the IFTTT service. When the irrigation system was completed, new ideas came up about other access possibilities, as well as the functions that can be added to the system. Overall, the thesis has been successful because all the objectives set for it were achieved.