Intelligente Fernüberwachung für mobile Hühnerhaltung
Projektziele & Projektergebnis
Umsetzung projekt in den Bereichen „Produktion“ mit dem Ziel der Erhöhung/Steigerung/ Optimierung .
Mit Hilfe von Sensorik kann die mobile Hühnerhaltung ortsunabhängig überwacht werden. Daten zu Futterverbrauch und Hühnergesundheit können jederzeit aus der Ferne abgerufen werden, um Arbeitszeit und Kosten zu sparen.
Gesamtprojekt
Top Erkenntnisse aus dem Projekt
Ausgangslage
Zentrale Fragestellungen im Projekt
- “LoRaWAN” oder “Narrowband-IoT“ - Welche Technologie eignet sich besser für den Einsatz in Low-Cost Überwachungssystemen ohne Stromnetz- und Breitband-Internetanschluss?
- Welche Sendedistanzen sind mit LoRaWAN bei geringem Material- und Personalaufwand zuverlässig erreichbar?
- Ist der Selbstbau eines Telemetriesystems für kleine Betriebe realistisch und lohnenswert, wenn industrielle Auftragsarbeiten aus Kostengründen keine Option sind?
Projektdetails
Die mobile Freilandhaltung gilt heute als artgerecht, da Hühner ihre natürlichen Verhaltensweisen ausleben können. Die Brandenburger Bio-Ei GmbH nutzt daher die ökologischen Synergieeffekte zwischen den in Westbrandenburg zahlreich vorhandenen Obstanbauflächen und der Versorgung lokal produzierter Eier.
Heute muss Geschäftsführer Lasse Brandt täglich zwei Mal zum Hühnerwagen fahren, um den Futterverbrauch zu messen. Durch die Überwachung des Futter- und Wasserverbrauchs können Rückschlüsse auf die Anzahl und Gesundheit der Hühner geschlossen werden. Die mobilen Ställe liegen in einiger Entfernung zu Wohn- und Arbeitsorten und sind nicht an eine feste Stromversorgung angeschlossen. Sie haben auch keine Mobilfunk-Abdeckung oder Breitband-Internetverbindung.
Im Projekt wurde der hochaufgelöste Prototyp eines Mess- und Sendesystems entwickelt. Dieser enthält einen Gewichtssensor, eine Datenvorverarbeitungsstufe (ein gut dokumentierter Einplatinencomputer) und eine Sendestufe, die mit gängiger LoRaWAN-Hard- und Software kompatibel ist.
Um die Komplexität des Systems zu verringern und einen späteren Nachbau sowie Modifikation zu ermöglichen, wurden leicht zugängliche Lösungen zur Anlagen-Automatisierung mit RaspberryPi und Python-Skripten genutzt. Größere Industrie-Lösungen würden hier deutliche komplexere Mikroprozessor-Programmierungen nutzen.
Wie wurde vorgegangen?
1. Analyse der Anforderungen und bestehenden Lösungen.
Zunächst wurden in einem ausführlichen Gespräch an einem der Stellplätze der mobilen Hühnerhaltung die Anforderungen erfasst und die aktuellen Gegebenheiten überprüft. Durch die begrenzte Projektdauer wurden gemeinsam Ziele des Prototyps festgelegt.
Ziel: Entwicklung eines Prototyps mit Gewichtssensoren und LoRaWan-Technologie
2. Testen und Optimieren des Prototyps in realen Bedingungen.
Es wurde eine modifizierte Firmware für den Mikroprozessor entwickelt, der das Kernstück vieler LoRaWan-Sendemodule bildet und es steuert. Hier war wichtig, eine vereinfachte Lösung zu entwickeln, denn die Mikroprozessorentwicklung erfordert viel Grundlagenwissen und Expertise, daher ist sie für Laien kaum zielführend zu bewerkstelligen.
Die Software auf dem Mikroprozessor wurde so angepasst, dass beliebige Nutzdaten empfangen und über LoRaWan gesendet werden können. Dadurch müssen bei einem Nachbau des Systems keinerlei Anpassungen am eher kompliziert zu bearbeitenden Mikroprozessor vorgenommen werden, wenn mehr oder andere Sensoren verwendet werden. Alle nötigen Anpassungen und Konfigurationen können dann auf einer Art Vorverarbeitungsstufe auf einem Einplatinencomputer gemacht werden. So bleibt der Mikroprozessor unverändert, egal welche Sensoren oder Datenquellen angeschlossen sind. Für den Nutzer ist die Anpassung am System dann auch mit weniger technischem Vorwissen möglich.
Um das zu erreichen, wurde ein einfaches Kommunikationsprotokoll zwischen der Vorverarbeitungsstufe und dem Mikroprozessor aufbauend auf der seriellen UART-Schnittstelle implementiert und die Funktionsweise des Sendemoduls derart angepasst, dass neue Daten erwartet, unter Einhaltung der Regularien für das LoRa-Frequenzband gesendet und der Erhalt gegenüber der Vorverarbeitungsstufe bestätigt wird.
3. Implementierung und Evaluation in Zusammenarbeit mit dem Bio-Hof
Die Fertigstellung des Prototyps ermöglicht die Überwachung des Futtermittel-Verbrauchs für den mobilen Hühnerwagen. In der praktischen Nutzung wird sich herausstellen, ob die Radiokommunikation über LoRaWan zuverlässig genug ist, um die Messwerte zu übermitteln.
Der entwickelte Prototyp wurde auf dem Biohof installiert und stellt damit einen bedeutenden Schritt zur Automatisierung der Arbeitsprozesse dar. Durch die Nutzung von LoRaWAN zur drahtlosen Datenübertragung, die einfache Anpassbarkeit an verschiedene Sensoren und die zugängliche Steuerung über Einplatinencomputer wurde eine flexible und kosteneffiziente Lösung geschaffen. Diese reduziert den manuellen Aufwand für den Betreiber und erhöht die Effizienz des Betriebs. Zukünftige Anwendungen könnten durch weiterführende Tests optimiert und auf andere landwirtschaftliche Bereiche ausgeweitet werden, um ähnliche Automatisierungs- und Überwachungsprozesse zu ermöglichen.
