Älykkään aeroponisen kastelujärjestelmän kehitys ja IoT-integrointi

Abstract

Syötävien kasvien kasvattaminen kerrostalon parvekkeella on mahdollista rajoitetusti, mutta se tuo mukanaan monia käytännön haasteita. Kasvit edellyttävät säännöllistä kastelua, ja kastelun laiminlyönti voi nopeasti johtaa kasvien kuolemaan. Lisäksi säännöllisen kastelun tarve tuo mukanaan ylimääräisen huomioitavan aspektin pitkiä poissaoloja edellyttävien matkojen suunnittelussa, kuten työkomennukset ja lomamatkat. Koska riittävä valo on edellytys tehokkaalle kasvien kasvulle, parvekkeella käytössä oleva valoisa pinta-ala voi mahdollisesti rajoittaa kasvatettavien kasvien määrää. Älykkään aeroponisen kastelujärjestelmän avulla käyttäjä voidaan vapauttaa rutiininomaisesta kastelusta ja mahdollistaa viljely myös pitkien poissaolojen aikana. Lisäksi järjestelmä tarjoaa pinta-alaan nähden tehokkaan ratkaisun useiden kasvien kasvattamiseen, jolloin parvekkeen pinta-alan rajoitteet eivät yksinään määrää viljelykapasiteettia.

Opinnäytetyön tavoitteena oli älykäs, viikkoja autonomisesti toimiva kastelujärjestelmä, hyödyntäen monipuolisesti sähkö- ja automaatiotekniikan insinöörille työelämässä hyödyllisiä osaamisalueita. Työssä hyödynnettiin 3D-suunnittelua, 3D-tulostusta, piirilevysuunnittelua, ohjelmointia, luoden sulautetun järjestelmän kokonaisuuden. Teoriaosuudessa tarkasteltiin kasvien kasvuedellytyksiä sekä vertailtiin valmistusmenetelmiä, kommunikaatioprotokollia, ohjelmistosuunnittelua ja komponenttivalintoja. Vertailussa korostettiin objektiivisesti eri ratkaisujen vahvuuksia ja heikkouksia.

Suunnittelu- ja toteutusvaiheessa valitut komponentit ja valmistusmenetelmät perusteltiin edellisen luvun vertailun perusteella ja esitettiin niiden toimintaperiaatteet ja soveltuvuus. Tekstiä havainnollistettiin useilla kuvilla, tarjoten lukijalle selkeän kuvan projektin suunnitteluvaiheista. Kokoonpano-osuus keskittyi 3D-tulostettujen osien ja osakokoonpanojen kokoamiseen, jota tuettiin räjäytys- ja leikkauskuvilla.

Työn tuloksena valmistui toimiva prototyyppi automaattisesta kastelujärjestelmästä. Järjestelmän toimivuus validoitiin seitsemän päivää kestäneellä testijaksolla, jonka aikana järjestelmä suoritti 145 kastelusykliä ja 581 käännössykliä. Tänä aikana järjestelmän toiminnassa ei havaittu poikkeamia. Järjestelmän suunnittelussa otettiin huomioon prototyypin laajennettavuus ja muokattavuus, minkä ansiosta sen jatkokehitys on helposti toteutettavissa.