IoT im Hühnerstall

Von Flurin Zahner, Teilnehmer des CAS Internet of Things (IoT) and Digital Ecosystem

Warum nur die eigenen vier Wände automatisieren? Auch Nutztiere leben in Gebäuden. Was bringt es, wenn man ihre Ställe mit Hilfe des Internets der Dinge (IoT) automatisiert? Lesen Sie hier, wie unser Gastautor dies für einen Privatstall in Eigenregie angeht.

Eigene Hühner im Garten sind praktisch, wenn man gerne Tiere hat und Eier mag. Aber sie brauchen Zeit. Will man den täglichen Zeitaufwand so knapp wie möglich halten, bietet IoT die Möglichkeit, gewisse Abläufe zu automatisieren. Was gilt es zu bedenken, wenn man ein IoT-Projekt im Hühnerstall angeht?

Das braucht ein Huhn:

• Futter
• Wasser
• Auslauf mit Schutz vor nächtlichen Jägern wie etwa dem Fuchs
• einen Stall, in welchem es nicht zu warm, aber auch nicht zu kalt wird

Dieser Beitrag zeigt, wie smarte Technologien nicht nur den Komfort und die Sicherheit der Nutzenden, sondern auch der Bewirtschaftenden erhöhen – dies unabhängig vom Einsatzort.

Programmleiter Daniel Stauffer zu diesem Blogbeitrag aus dem CAS Internet of Things (IoT) and Digital Ecosystem

So regelt man die Bedürfnisse der Hühner

Wie stimme ich nun die Bedürfnisse der Hühner mit meinen eigenen ab? Das ist mein Plan: Ich möchte mit Sensoren die Daten vor Ort, also im Stall, sammeln. Über Aktoren sollen Interaktionen ausgeführt werden. Sie nutzen als Zentrale einen Mikrokontroller der elektronischen Plattform Arduino. Dieser Mikrokontroller sendet seine Daten via ein Low-Power-Wireless-Netzprotokoll  (LoRaWAN) in die Cloud. Das wird mir erlauben, die Daten auch aus der Ferne zu überwachen.

Arduino ist ein Mikrokontroller, der relativ einfach zu programmieren ist. Im Internet findet man gute Anleitungen dazu. Es gibt verschiedene Boards mit mehr oder weniger Ein- und Ausgängen sowie mit unterschiedlich starken Prozessoren. Für die Anwendung im Hühnerstall verwende ich den Arduino Mega.

Der Arduino Mega braucht noch ein LoRa-Gateway. Dafür wird er mit einem Zusatzboard erweitert, welches aufgesteckt wird. Ich entscheide mich für das Dragino LoRa Shield – 868MHz v1.4 – Arduino. Für das Board gibt es fertige Libraries, welche eine Verbindung mit The Things Network herstellen. Das ist ein offenes Netz für LoRa.

Im Idealfall kann man so seinen Stall von extern steuern. Man sieht auch aus der Ferne, ob die Hühner noch genügend Futter haben.

Entfernungssensor: So kommen die Hühner zu ihrem Futter

Das Futter ist nicht digital. Der Füllstand des Futtertrogs jedoch schon: Die 1 steht für einen vollen Trog, die 0 für einen leeren. Wird der Füllstand 0 anzeigt, sollte der Futtertrog aufgefüllt werden.

Für die Überwachung des Futterstandes verwende ich den Sensor Waveshare VL53L0X ToF. Das ist ein Entfernungssensor, der Abstände von 30 bis 2’000 Millimetern misst. Er wird via I2C-Bus an den Arduino angeschlossen.

Ein weiterer Sensor sorgt für einen gefüllten Wassertank

Beim Trinkwasser für die Hühner gilt das gleiche Konzept wie für ihr Futter: Ich will sicherstellen, dass stets genügend Wasser vorhanden ist. Dafür muss ich also den Füllstand des Wassertanks überwachen. Ich verwende dafür den gleichen Sensor wie beim Futter: einen Waveshare VL53L0X ToF.

Glückliche Hühner brauchen Auslauf – ein Lichtsensor hilft

Hühner sind tagsüber gerne draussen auf der Wiese. In der Nacht ziehen sie einen sicheren Stall vor, der sie vor Fressfeinden wie dem Fuchs schützt. Der Zugang zum Stall soll durch eine Klappe verschliessbar sein. Am Morgen, wenn es hell wird, soll sich die Klappe automatisch öffnen, am Abend wieder schliessen.

Um Tag und Nacht zu erkennen, braucht es einen Helligkeitssensor. Als Lichtsensor genügt ein einfacher Fotowiderstand, der am Analog-In des Arduino angeschlossen ist und so Daten sendet. Dafür wähle ich den M5Stack Light Sensor Unit.

Nun fehlt noch ein Motor, der die Klappe öffnet und schliesst. Um den Motor anzusteuern, braucht es einen Motorencontroller, weil der Arduino nicht dafür ausgelegt ist, so grosse Leistungen anzusteuern. Da die Konstruktion der Klappe noch nicht fertig ist, verwende ich einen Controller mit zwei Ausgängen: den Arduino Motor Shild Rev3. Das erlaubt mir, die Klappe mit dem einen Motor zu öffnen und sie mit dem anderen zu schliessen. Das liesse sich aber auch kombiniert mit einem Motor machen.

Thermometer und Ventilator regeln das Stallklima

Im Stall darf es im Sommer nicht zu heiss und im Winter nicht zu kalt werden.
Für die Überwachung der Temperatur kommt ein Thermometer zum Einsatz. Auch dieser kommuniziert mit dem Arduino. Ich verwende ein MAX6675 mit einem hitzebeständigen Thermoelement (K-Type). Bei bastelgarage.ch gibt es das als Set. Es aktiviert im Sommer einen Ventilator, der den Stall aktiv belüftet. Der Ventilator wird über ein Relais angeschlossen. Er kann nicht stufenweise geregelt werden, sondern wird lediglich ein- und ausgeschaltet.

Ich bereite auch einen zweiten Ausgang vor. Dieser dient dazu, im Winter einen elektrischen Ofen ein- und auszuschalten. Von Arduino gibt es ein Aufsteckmodul mit Lastrelais: das Arduino 4 Relays Shield.

Basteln, löten und – als grösste Herausforderung – Software verbinden

Das Material ist bestimmt. Nun geht’s darum, alles zum Laufen zu bringen: Die Arduino-Komponenten und das LoRa-Gateway lassen sich ganz einfach aufeinander stecken. Das schaffen alle, die schon mal mit Elektronik zu tun hatten. Für die Sensoren braucht es schon etwas mehr Kenntnisse: Es müssen Kabel konfektioniert und zum Teil gelötet werden. Aber auch das ist zu schaffen.

Für mich stellt die Software die grösste Herausforderung dar: Bei allen Sensoren und Boards gibt es dafür Programme. Als einzelne Komponenten funktionieren diese auch, im Verbund leider noch nicht. Früher oder später werde ich ans Ziel kommen, doch aktuell liegen die Einzelteile noch auf meinem Arbeitstisch herum. Ich benötige nun Hilfe aus dem Internet, starke Nerven und noch ein wenig mehr Zeit …

Weiterführende Links:

Material zum Basteln: bastelgarage.ch
Lora Network: thethingsnetwork.org
Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen: blv.admin.ch

Frage in die Runde: Haben auch Sie bereits Erfahrungen gesammelt mit IoT-Installationen für Ställe oder ähnliches? Worauf gilt es zu achten? Bitte schreiben Sie Ihre Kommentare oder Tipps hier zuunterst in die Kommentarbox.

Veröffentlicht im Oktober 2022

Hinweis: Dieser Blogbeitrag wurde im Rahmen eines Leistungsnachweises für das CAS Internet of Things (IoT) and Digital Ecosystem verfasst. Er wurde geprüft und redaktionell aufbereitet.