Hackaday-Preis 2022: Verwendung von Infrarot-Thermometern zur Messung des Wasserstresses von Nutzpflanzen

Wenn Sie irgendwo auf der Nordhalbkugel leben, haben Sie wahrscheinlich schon einmal eine der vielen Hitzewellen erlebt, die diesen Sommer aufgetreten sind. Extreme Hitze ist gefährlich für Mensch und Tier, aber auch Pflanzen, darunter wichtige Nutzpflanzen, leiden darunter. Hohe Temperaturen führen zu erhöhter Transpiration und Verdunstung, und wenn das auf diese Weise verlorene Wasser nicht schnell genug wieder aufgefüllt wird, stellen die Pflanzen ihr Wachstum ein und verdorren schließlich und sterben ab.

Um den Überblick über die den Pflanzen zur Verfügung stehende Wassermenge zu behalten, hat [Florian Ellsäßer] den Crop Water Stress Sensor entwickelt: ein Gerät, das prüft, ob Pflanzen genügend Feuchtigkeit zur Verfügung haben, um gesund zu bleiben. Dazu misst es die Temperatur der Blätter, um die Verdunstungswerte zu berechnen. Sind die Blätter kühler als ihre Umgebung, bedeutet dies, dass Wasser aus ihnen verdunstet und die Pflanze scheinbar ausreichend Wasser zur Verfügung hat. Liegt die Temperatur der Blätter näher an der Umgebungstemperatur, geht der Pflanze möglicherweise das Wasser aus.

Das System von [Florian] führt diese Messung mithilfe eines Infrarot-Arrays durch, bei dem es sich im Grunde um eine Wärmebildkamera mit niedriger Auflösung handelt, die die Temperatur von allem in ihrem Sichtfeld aus der Ferne misst. Dieses IR-Array ist auf ein Feld gerichtet, wo es beide Blätter und den Boden dazwischen erkennt. Der Temperaturunterschied zwischen diesen beiden kann dann zur Berechnung des Crop Water Stress Index (CWSI) verwendet werden, einem standardisierten Maß dafür, wie gut hydrierte Pflanzen sind. Das Ergebnis wird auf einem Display angezeigt und außerdem über eine praktische rot-gelb-grüne Status-LED angezeigt, die anzeigt, ob die betreffenden Pflanzen bewässert werden müssen.

Das System kann für den kompletten Fernbetrieb solarbetrieben werden, während seine Daten über eine WiFi-Schnittstelle ausgelesen werden können. [Florian] plant, das Design mit einer LoRa-Schnittstelle für eine größere Reichweite zu aktualisieren: Das letztendliche Ziel besteht darin, ein großes Netzwerk dieser Sensoren in landwirtschaftlichen Gebieten aufzubauen und die kombinierten Daten zu nutzen, um das Bewusstsein für Wasserknappheit in bestimmten Gebieten zu schärfen. Damit die Sensoren für jeden Interessierten einfach zu bauen sind, sind alle Designdateien auf der Projektseite verfügbar.

Die Befeuchtung von Pflanzen ist eine der Hauptaufgaben der Landwirtschaft, und wir haben mehrere Projekte gesehen, die darauf abzielen, dies zu optimieren und zu automatisieren, von einem einfachen, aber effektiven Feuchtigkeitssensor auf ESP8266-Basis bis hin zu kompletten Hydrokultursystemen.