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

Wenn Sie irgendwo auf der Nordhalbkugel leben, haben Sie wahrscheinlich 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 so verlorene Wasser nicht schnell genug wieder aufgefüllt wird, hören die Pflanzen auf zu wachsen und verwelken schließlich und sterben ab.

Um zu verfolgen, wie viel Wasser Pflanzen zur Verfügung steht, hat [Florian Ellsäßer] den Crop Water Stress Sensor entwickelt: ein Gerät, das prüft, ob Pflanzen genug Feuchtigkeit haben, um gesund zu bleiben. Dazu wird die Blatttemperatur gemessen, um die Verdunstungswerte zu berechnen. Sind die Blätter kälter als ihre Umgebung, bedeutet dies, dass das Wasser verdunstet und die Pflanze scheinbar genug Wasser zur Verfügung hat. Wenn die Blatttemperatur näher an der Raumtemperatur liegt, kann es der Pflanze an Wasser fehlen.

Das System von [Florian] führt diese Messung mit einem Infrarot-Array durch, bei dem es sich im Wesentlichen um eine Wärmebildkamera mit niedriger Auflösung handelt misst die Temperatur von allem in seinem Sichtfeld. Dieses IR-Array ist auf ein Feld gerichtet, wo es die beiden Blätter und den Boden zwischen ihnen sehen wird. Aus der Temperaturdifferenz zwischen diesen beiden kann dann der Crop Water Stress Index (CWSI) berechnet werden, ein standardisiertes Maß für die Qualität der Pflanzenhydrierung. Das Ergebnis wird auf einem Bildschirm angezeigt und auch mit einer praktischen rot-gelb-grünen Status-LED angezeigt, die anzeigt, ob die betreffenden Pflanzen bewässert werden müssen.

Das System kann für einen vollständig ferngesteuerten Betrieb mit Solarenergie betrieben werden, während seine Daten über eine WiFi-Schnittstelle gelesen werden können. [Florian] plant, das Design mit einer LoRa-Schnittstelle für eine größere Reichweite zu aktualisieren: Das Endziel besteht darin, ein großes Netzwerk dieser Sensoren in landwirtschaftlichen Gebieten aufzubauen und die kombinierten Daten zu verwenden, um das Bewusstsein für Wasserknappheit in einigen Gebieten zu schärfen. Um allen Interessierten den Bau der Sensoren zu erleichtern, sind alle Designdateien auf der Projektseite verfügbar.

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