Der Wasserstandmesser misst den Wasserstand in der Hühnertränke. Das ganze funktioniert mit einem Ultraschallsensor, der über der Tränke montiert wurde. Wenn es einen gewissen Stand (unter 3 cm. )erreicht, schaltet die Heizung automatisch nicht mehr an, damit sich die Hühner nicht verbrennen können. ❤️🐥🐓
Hier der Prototyp Und hier das fertige Gerät
Kategorie: Leitstudien 2017/18
Was wir gebaut bzw. programmiert haben
Programmteile, …
Das haben wir programmiert:
- Wassertemperaturmesser
- Ansteuerung Heiz-Relais-> Heizung an/aus mit Regelung
- Wasserstandsmessung (muss nicht auf ThingSpeak übertragen werden)
- Hühnertür offen/zu
- Innentemperatur Hühnerstall
- Außentemperatur
- Lichtintensität
- Spannung jetzige Solarzelle
- Ladezustand jetzige Batterie
- Integration aller Programmteile in ein lauffähiges Programm.
Praktisches, …
Das haben wir gebaut bzw. war für die Planung nötig:
- Funktionstest, ob wir beim Hühnerstall mit dem Pretzel-Board ein WALN Verbindung aufbauen können und Gegenmaßnahmen, falls es nicht funktioniert.
- Konstruktion eines isolierten Behälters für das Hühner-Trinkwasser mit Features.
- Genügend Wasser für die Hühner für ein Wochenende – wieviel muss das sein?
- Heizwiderstand, Temperaturfühler und Wasserstandmesser müssen in einem aus dem Behälter rausgenommen werden können, damit der Wasserbehälter für Auffüllung bzw. Reinigung aus dem Stall entnommen werden kann.
- Wobei der Wasserstandmesser (=Ultraschallsensor) außerhalb des Behältern angebracht werden kann.
- Auswahl eines passenden Netzteils (23OV Wechselspannung auf 12V Gleichspannung).
- Wieviel Watt brauchen wir?
- Einbau aller Komponenten in passende Gehäuse bzw. in den Hühnerstall.
- Ausbessern der Isolierung.
Energie
Die wichtigsten Energieformen sind:
- Chemische Energie,
- Kinetische Energie,
- Elektrische Energie,
- Gravitationsenergie,
- Potentielle Energie,
- Thermische Energie und
- Kernenergie.
Hier nun ein Überblick über diese Energieformen:
Potentielle Energie:
Energie in physikalischem System, welches durch Lage im Kraftfeld oder durch aktuelle System-Konfiguration bestimmt wird.
Kinetische Energie:
Auch genannt „Bewegungsenergie“, und ist die Energie, die ein Objekt durch seine Bewegungen enthält. Sie ist abhängig von der Masse und Geschwindigkeit des bewegten Körpers.
Gravitationsenergie:
Die potentielle Energie die bei der Kontraktion (Schrumpfen) von Himmelskörpern freigesetzt wird.
Chemische Energie:
Wird in Form einer chemischen Verbindung gespeichert, und kann bei einer chemischen Reaktion freigesetzt werden.
Thermische (Wärme-)Energie:
Thermische Energie ist in der ungeordneten Bewegung von Atomen und Molekülen enthalten, und ist ein Teil der inneren Energie und ändert sich mit mit der Größe des (betrachteten) Systems. Sie wird in Joule gemessen.
Elektrische Energie:
Dies ist der Strom der mittels Elektrizität übertragen wird oder aber in elektrischen Feldern (diese wirken durch Coulumbkraft auf elektrische Ladungen) abgespeichert wird.
Kernenergie:
Wird mit der Kernspaltung für die Erzeugung von Strom genutzt, doch die ebenfalls in diese Kategorie fallende Kernfusionsenergie wird voraussichtlich erst in einigen Jahren zur Stromerzeugung genutzt werden können.
Apfelexperiment und Schlussfogerungen
Wir haben einen Apfel geviertelt und in 2 Viertel je 2 Münzen gesteckt. Eine davon bestand aus Zink und die andere aus Kupfer. Nun wurden die Apfelstückchen an den Münzen mit einem Messgerät verbunden.
- Messwert: -0.972 Volt
- Dann vertauschten wir die Anschlüsse. Damit war klar, wo der Pluspol ist.
- Messwert: 0,972 Volt Die Leuchtdiode leuchtet allerdings noch nicht.
- Nun machten wir eine Serienschaltung indem wir zwei präparierte Apfel-Viertel an das Messgerät anschlossen. Die beiden Elemente wurden in Serien, d.h. hintereinander geschaltet. Es wurde der Minuspol des ersten Elements mit dem Pluspol des zweiten verbunden. Die Spannung wurde dann an den beiden „losen“ Polen (+ und – ) gemessen.
- Neuer Messwert: 1,943 V. Nun hatten wir ausreichend Spannung und die Leuchtdiode leuchtete.
- Erkenntnis: Das unedlere Metall (Zink) zersetzt sich. Genauer: es sondert Elektronen ab und wird dadurch abgebaut. Die Elektronen lagern sich auf dem edleren Metall (Kupfer) ab bzw. reagieren mit den Kupferionen in der Kupfersulfatlösung, sodaß neues Kupfer gebildet und auf der Elektrode angelagert wird. Die Ionenbrücke sorgt für den Ionen-Autausch, ohne den der Ausgleich der Ladungen zu schnell stattfinden und dann kein Strom mehr fließen würde.
Hier der Aufbau einer Galvanischen Zelle:
Kupfersulfat
Zinksulfat
Batterien und Akkus
Batterien und Akkus sind elektrochemische Energiespeicher. Der Unterschied zwischen einem Akku und einer Batterie ist, dass man dem Akku wieder aufladen kann. Das Prinzip, das hinter diesen Energiespeicher steckt ist die sogenannte galvanische Zelle benannt nach dem italienischen Arzt Luigi Galvoni (1737-1798). Da Batterien und Akkus auf galvanischen Zellen beruhen, nennt man sie oft zusammenfassend galvanische Elemente.
Galvani untersuchte die Anatomie von Fröschen. er hängte Froschschenkel mit einem Kupferhaken an ein Eisengeländer und fand so zufällig herauß das die Froschschenkel immer wenn sie das Eisengeländer berührten zuckten. Galvani konnte es nicht erklären erst Alessandro Volta entwickelte das Prinzip weiter 1799 baute er die erste elektrochemische Spannungsquelle die voltasche Säule.
Eine voltasche Säule ist eine besondere Schaltung galvanische Zellen. Die Spannungen der einzelnen Zellen addieren sich zur Gesamtspannung. Batterien bestehen aus einer oder mehreren galvanischen Zellen.
Überschlagsrechnng für die Energie
Infos
- Wir wollen 1l Wasser von -5 auf +1 Grad erwärmen
- ∆Q = m * c * ∆T
- ∆T=6°C = 6°K
- c=4,19 kJ/kg*K (Konstante)
- ∆Q = 1[kg] * 4,19 [kJ/kg*K]*6[K]
- ∆Q = 25,14kJ
- 1kJ = 1000J = 0,28 Wh
- 25,14kJ = 7,04 Wh
- Um 1l Wasser um 6° zu erwärmen, braucht man ca. 7Wh
- D.h. man pumpt eine Stunde lang 7W in das System oder eine halbe Stunde 14W oder eine viertel Stunde lang 28W
Dämmmatten ausmessung
Um nicht unnötige Wärmeenergie zu verpulvern, haben wir beschlossen den Hühnerstall auch an den Seitenwänden zu dämmen. Die Dämmung wird außen an den Wänden aufgebracht – wir werden dazu Hartschaumplatten verwenden (kostengünstig und wetterfest).
Wie wir unsere Demmplatten ausgemessen haben:
Wir rechneten Länge des Hühner mal Breite des Hühnerstalls.
l=205,5cm
b=28,5cm
h=135cm
205,5cm * 135cm= 27.742,5 * 2 = 55.485cm 5,5m2
98,5 * 135 = 13.297,5 * 2 = 26.595cm2 ≈ 2,7 m2
= 8,2m2 Dämmmaterial
Wir beim Dämmen:
Kostenvergleich Solar-Versorgung vs. Stromversorgung
Um abschätzen zu können, um wieviel teurer de Versorgung des gesamten Systems im Vergleich zur Herstellung der Versorgung mit Netz-Strom kommt, haben wir die folgende Tabelle erstellt:
| Solarpanel | 1 | 85,00 € | |
| Akku 100Ah | 1 | 120,00 € | |
| Laderegler | 1 | 10,00 € | |
| 215,00 € | |||
| Kabel | 10m | 0,40 € | 4,00 € |
| Heizstahler 1500W | 1 Stk. | 22,90 € | 22,90 € |
| Verlegerohr | 10m | 8,40 € | |
| Schütz | 1 Stk. | 60,00 € | 60,00 € |
| Grab- und Verlegearbeiten | Eigenleistung | ||
| 95,30 € | |||
Trotz der geringeren Kosten, die für die Erstellung Versorgung mit Netz-Sgtrom, haben wir uns nach Rücksprache mit den Hühnermanagern und dem Finanzmanager entschieden, die Stromversorgung mit Solar-Energie zu realisieren.
Energie
Energie
- ist eine fundamentale physikalishe Größe.
- kann in einem abgeschlossenen System weder vermehrt noch vermindert werden (Energie – Erhaltungsgesetz)
- Energie ist z.B. nötig um:
- einen Körper (entgegen einer Kraft) zu bewegen
- eine Substanz zu erwärmen
- ein Gas zusammenzudrüken
- im leeren Raum matrielle Teilchen etstehen zu lassen
- elektromagnetische Wellen abzustrahlen
- elektrischen Strom fließen zu lassen
- jede Art von Warenproduktion zu ermöglichen
- Lebewesen das Leben zu ermöglichen
- in einem Reibungsfreien, mechanischen System bleibt die Gesamtenergie immer gleich, wenn sie von außen nicht beeinflusst wird.
Energieformen
- Mechanische Energie
- Chemische Energie
- Thermische Energie
- Elektrische Energie
Physikalische Arbeit
Arbeit = Kraft * Weg/W = F * S [Nm]
Anders ausgedrückt: es wird physikalische Arbeit verrichtet, wenn eine Kraft längs eines Weges angewandt wird. Holz verbrannt, wird die gespeicherte Energie
Das Produkt aus Kraft und Weg ändert sich nie (Die goldene Regel der Mechanik)
Energie-Speicher
Die Sonnenenergie ist im Holz des Baumes gespeichert.Wird das Holz verbrannt ,wird die gespeicherte Energie wieder frei.
Allerdings werden nur 0,1% des gesamten, auf die Erde fallenden Sonnenlichts durch natürliche Photosynthese gespeichert und in Biomasse umgewandelt.
Welches Problem und wie wir es lösen wollen.
Unser Problem ist, dass im Winter das Trinkwasser der Hühner einfriert. Wie wir es lösen wollen, ist mit einem programmierten Arduino. Im Winter hat es natürlich Minusgrade, wir rechnen mit maximal -10°. Wir überwachen die Wassertemperatur mit einem Thermometer, das am Arduino angeschlossen ist.
Der Arduino ist ein Micro-Controller, den wir so programmieren, dass, wenn das Wasser unter +1°C fällt, es den Wärmestab aktiviert und so das Wasser aus der Gefrierzone bringt. Außerdem haben wir in einer früheren Leitstudie schon eine automatische lichtsensible Hühnerstalltür gebaut, die oft nicht richtig zu/auf geht. Auch diese Funktion lassen wir vom Arduino überwachen und den Zustand der Tür (gemeinsam mit der Temperatur im Hühnerstall und der Wassertemperatur) über eine Handy-App ausgeben.