Open Source Automation for Hydroponics : Design, Construction, Programming and Testing

Abstract

The purpose of this thesis is to provide a framework for constructing automated hydroponic system using open source hardware and software (Arduino). This work can be used as a guide for constructing such system.

The main function of the hardware is to automate the measurement and adjustment of the pH and electric conductivity of the nutrient solution used to feed the tomato plants. This is accomplished using multiple open hardware modules, such as Arduino Mega2560 board, MiniPH interface, EC interface and DC-motor interface.

This thesis describes the basic function of each module and provides some source code to run those modules; it also describes the test setup, data collection and obtained results. The mathematical functions used for calibration and temperature compensation of pH and EC (Electric conductivity) are also presented. The developed system was tested in TAMK’s greenhouse. The system was running for 21 days during which parameter data was recorded. The collected data and the analysis of the results concluded that the system was operating as expected.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on mahdollistaa automatisoidun vesiviljelyjärjestelmänrakentaminen käyttäen avoimen lähdekoodin laitteistoa ja ohjelmistoa (Arduino). Tämän työn tuloksia voidaan käyttää ohjeena tämäntyyppisen järjestelmän rakennusprosessissa.

Laitteiston päätehtävänä on automatisoida ravinneliuoksen pH ja sähkönjohtavuusarvojen säädön seuramaalla ja tarvittaessa manipuloimalla niitä. Tämä saavutetaan käyttäen useita avoimen lähdekoodin ja laitteistoin ohjainmoduuleja, kuten esimerkiksi Arduino Mega2560, MiniPH, EC ja DC-moottori ohjain.

Tässä työssä käydään läpi jokaisen moduulin perustoiminnot ja esitetään pieni pätkä lähdekoodia jolla ohjataan kyseisen moduulin toimintoja. Myös testauskokoonpano on esitetty ja tiedonkeruusta saadut tulokset.

Työssä esitetään myös matemaattiset kaavat, joiden avulla pH:n ja sähkönjohtavuuden lämpötilakorjaukset tehdään.

Kehitetty järjestelmä testattiin TAMK:in kasvihuoneessa. Järjestelmä oli käynnissä 21 päivää, jonka aikana mittaustulokset tallennettiin SD kortille. Kerätyn aineiston tarkempi analyysi osoittaa, että laite toimii odotetusti.