Am 11.05.2023 haben wir die ersten Bodensensoren vom Typ SMT100 des Herstellers Truebner auf dem Versuchsfeld installiert, die über die kommenden Monate Daten zur Bodentemperatur und Bodenfeuchtigkeit sammeln werden. Insgesamt wurden in zwölf auf dem Feld verteilten Bohrlöchern jeweils vier SMT100 Sensoren in den Tiefen 10, 20, 40 und 50 cm vergraben. Die SMT100-Sensoren sind wiederum per Kabel mit oberirdisch installierten LoRaWAN-Controllereinheiten verbunden, wobei hier insgesamt acht dieser Einheiten zum Einsatz kommen. Ferner werden immer vier bzw. acht Bodensensoren an einer Controllereinheit angeschlossen, respektive ein bzw. zwei Bohrlöcher durch eine Einheit bedient.
Wie der Name es vermuten lässt, hat jede LoRaWAN-Controllereinheit die Aufgabe, über die angebundenen Sensoren die Bodenwerte zu erfassen, die Daten aufzubereiten und per LoRaWAN an das Backend am Ihinger Hof zu senden. Die kabelgebundene Kommunikation zwischen Sensoren und Controllereinheit erfolgt über den Industriestandard RS485, der eine robuste und zuverlässige Kommunikation unter harschen Bedingungen ermöglicht. Die Kommunikation über das LoRaWAN-Funkprotokoll mit dem Backend, wo die Daten letztendlich gesammelt, ausgewertet und weiterverarbeitet werden, ermöglicht wiederum einen stromsparenden, energieautarken und damit wartungsarmen Betrieb.
Bei der LoRaWAN-Controllereinheit handelt es sich um eine Eigenentwicklung, die im Rahmen des 5G-PreCiSe-Projekts am Herman Hollerith Zentrum der Hochschule Reutlingen entstanden ist. Während der einjährigen Entwicklungsarbeit wurden diverse Hardwareentwürfe und Funkprotokolle wie WLAN und LoRaWAN erprobt sowie verschiedene Kommunikationsprotokolle zum Anbinden der SMT100-Sensoren getestet. Das Resultat ist ein Elektronikbausatz, der in einem wasserdichten Gehäuse montiert wird und sich aus einem sogenannten System-on-Chip vom Typ ESP32, einem LoRa-Transceiver, einem RS485-Treiber sowie Leistungselektronik zum Schalten von Stromkreisen zusammensetzt. Die Bauteile sind auf einer individuell gefertigten Platine (PCB) untergebracht und werden durch ein Batteriemanagementmodul samt Lithium-Ionen-Akku ergänzt. Der Akku dient als Pufferspeicher für das angeschlossene Solarmodul, das einen stromautarken Betrieb ermöglichen soll. 
Neben der eigentlichen Elektronik ist auf dem ESP32 eine in C++ geschriebene Firmware installiert, die die Ansteuerung der einzelnen Komponenten und sämtliche Abläufe koordiniert. Sämtliche Konfigurationsparameter, z.B. wie häufig Bodenwerte gemessen und gesendet werden sollen, lassen sich per WLAN über eine sogenannte Web-API, softwareseitig einstellen. Zukünftig ist eine Erweiterung der Firmware um eine Web-App geplant, sodass die Controllereinheit bequem über das Smartphone konfiguriert werden kann.
Zuerst einmal soll jedoch der Dauerbetrieb auf dem Feld unter harschen Bedingungen zeigen, ob die Installation den Wetter- und Witterungsbedingungen sowie die Elektronik den Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen standhalten kann. Wir sind sehr gespannt und informieren Sie über weitere Ergebnisse!

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