Tutorial: Automatische Hühnerklappe mit dem Raspberry Pi

Nachdem ich es schon vor längerer Zeit angekündigt habe will ich nun endlich auf die Anfragen reagieren und hier eine Anleitung zum Nachbauen für meine automatische Hühnerstallklappe veröffentlichen.

Vorweg ein kleiner Disclaimer: ich kann und werde keine Verantwortung übernehmen für eventuelle Schäden etc. Dieses Tutorial dient zu Anschauungszwecken, Nachbauen auf eigene Gefahr und nur mit den benötigten Qualifikationen! Es besteht die Gefahr eines Stromschlages, eines Brandes, oder sonstigen Unfällen! Eventuelle Sicherheitslücken können die Sicherheit des gesamten Heimnetzwerkes gefährden!

Einleitung

Zu aller erst wollen wir uns der Frage widmen: “Was brauche ich überhaupt?”. Ich werde zwar versuchen in diesem Tutorial eine Basis für die “nicht-Programmierer” zu schaffen, grundlegende Kenntnisse wären aber von Vorteil. Falls etwas nicht klappen sollte gibt es unten die Kommentarfunktion :-). Das Gehirn des Projekts ist ein Raspberry Pi. Dabei ist es egal, ob es ein älterer Modell B, oder ein Modell 3/4 ist. Auch ein Zero wäre theoretisch ausreichend. Bedacht werden sollte jedoch, dass man lieber etwas Reserve nach oben lässt, falls das Projekt später erweitert werden soll. Grundsätzlich wäre dieses Projekt auch mit einem Arduino machbar. Der Faulheit wegen habe ich mich für einen Raspberry Pi entschieden. Dies macht die Erstellung eines Webinterfaces deutlich einfacher und anstatt mit Hilfe eines LDR die Helligkeit zu messen fand ich es persönlich spannender exakte Uhrzeiten zu errechnen, via WLAN vom Küchentisch aus, oder via VPN von überall aus die Konfiguration zu ändern, oder die Software im laufenden Betrieb verändern zu können.
Je nach Entfernung vom Stall zum Router ist ein neuerer Pi mit integriertem WLAN nicht unbedingt von Vorteil, da ein USB Adapter mit starker Antenne von Nöten sein kann. Spätestens dann hat z.B das Modell 3 kaum noch einen Vorteil.
Bei dem ersten Prototyp der Klappe habe ich viele Fehler gemacht, die ich euch direkt ersparen möchte. Da wäre zum Beispiel die Verwendung von einem Taster als Endabschalter. Spätestens bei Frost hat sich dieser erledigt und funktioniert nicht mehr zuverlässig. Auch die Verwendung einer Relais Platine für die Ansteuerung des Motors hat sich als ungünstig erwiesen (zu viele Kabel, zu träge, zu ungenau).
Kommen wir also nun zu der Checkliste mit den benötigten Teilen:

• Raspberry Pi (mindestens Modell B+)
  
• Micro SD Karte (mindestens 8GB)
  
• 5V Netzteil 2A (besser 3-4A)
  
• 12V Netzteil (Leistung dem Motor entsprechend)
  Bitte spart hier nicht! Ein billiges Netzteil kann den Stall in einen Hühnergrill verwandeln!
  
• Sicherungshalter + Sicherungen
  Wichtig!
  
• Motor Controller (Moto Shield 30A VNH2SP30)
  
• Flachband Verbindungskabel GPIO Breakout
  (ein Kabel mit zwei Steckern, um einfacher an die GPIOs zu kommen)
  
• Diverse Jumper Kabel
  
• Webcams (optional)
• 2-4 Taster (optional)
• Litze 1,5mm²
• Klingeldraht
• 12V Motor (zB Fensterheber Motor aus einem Auto)
• USB WLAN Adapter (am besten mit außenliegender Antenne)
• Lüsterklemmen
• Eine wasserdichte Kiste aus Kunststoff (“Brotdose”)
• Eine Abzweigdose
• 2x U Profile Alu eloxiert, eine Klappe und Band (oder eine fertige Zugklappe)
• 2x vergossene Reedschalter
• 1x Magnet zum kleben oder schrauben
• Doppel-Litze zB ein Ersatzkabel für Fahrrad Rücklicht
• Kabelkanal
• Lötkolben usw
• Computer oder Laptop
• vorhandenes WLAN oder LAN
• Multimeter
• diverses Werkzeug wie Schraubendreher, Akkuschrauber usw.

Schritt 1: Die Klappe

Zuerst wird die Klappe entsprechend vorbereitet. Zum Bau der eigentlichen Klappe können zwei eckige U Profile verwendet werden. Diese dienen als Führungsschienen für die eigentliche Klappe. Als Klappe kann zB Plexiglas, oder ein Edelstahlblech verwendet werden. Wichtig ist, dass ein Material gewählt wird welches beständig ist und sich im Winter nicht zu stark verformt. Die Klappe sollte schwer genug sein um durch ihr eigenes Gewicht herunter zu fahren, darf möglichst nicht fest frieren, nicht scharfkantig sein, muss gerade herunterlaufen können und sollte so konstruiert sein, dass Raubtiere sie nicht hoch heben oder unterwandern können.

An einer der Schienen wird unten ein Reedschalter befestigt. Dieser muss so befestigt werden, dass die Hühner ihn möglichst ignorieren. Anschließend wird der Magnet so befestigt, dass kurz bevor die Klappe auf dem Boden aufsetzt der Reedschalter schaltet. Das klappt am besten mit einem Multimeter. Schaltet das Multimeter auf Durchgangsprüfung und probiert ein wenig herum. Anschließend wird die Klappe hoch gefahren/hochzogen und der zweite Reedschalter (nun oben) so befestigt, dass dieser auslöst kurz bevor die Klappe ihren höchsten Punkt erreicht hat.

Oben an der Klappe wird das Seil befestigt. Der Motor wird inklusive eventueller Umlenkrollen an der Wand befestigt. Nehmt euch hier genug Zeit, es ist wichtig, dass die Klappe gerade hoch gezogen wird, damit sie nicht verklemmt, oder schief läuft. Dies hätte zur Folge, dass die Endabschalter nicht auslösen. Das Seil wird einige male auf der Rolle des Motors aufgewickelt bis es schön stramm ist und die Klappe über dem Boden schwebt.

Eine weitere Möglichkeit die Klappe zu heben/senken wäre die Verwendung einer Gewindestange wie sie bei 3D Druckern verwendet werden. An die Klappe wird eine Mutter angeschweißt und die Gewindestange per Motor gedreht. Diese Methode war mir allerdings zu unsicher, da ein Band im Falle einer Fehlfunktion durchreißt, bzw. die Klappe nur mit ihrem Eigengewicht herunterfällt. Per Gewinde könnten die Tiere (oder Finger) gewaltsam zerquetscht werden.

Teil 2: Der Raspberry Pi

Zunächst wird der Raspberry Pi entsprechend vorbereitet. Hierzu wird die aktuelle Raspberry Pi OS (früher Raspbian) Lite Version (ohne Desktop etc) heruntergeladen und auf die SD Karte geflasht. Wer es sich einfach machen möchte erstellt anschließend eine Datei ohne Typ und Endung mit dem Namen “ssh” (ohne “) in der Partition “boot”. Auch WLAN lässt sich hier vorkonfigurieren, indem zusätzlich eine Datei namens wpa_supplicant.conf erstellt wird. Sie wird dabei mit folgendem Inhalt versehen:

ctrl_interface=DIR=/var/run/wpa_supplicant GROUP=netdev
update_config=1
country=DE

network={
    ssid="eigeneSSID"
    psk="eigenesPasswd"
    key_mgmt=WPA-PSK
}

Nun wird der Raspberry erstmals gebootet. Dies kann einige Zeit dauern, hier sollte man nicht ungeduldig werden. Die IP Adresse kann über die Konfigurationsoberfläche des Routers, oder über die App Fing herausgefunden werden. Anschließend kann per ssh eine Verbindung aufgebaut werden (Windows Benutzer nehmen hierfür z.B. Putty).

Ist die Verbindung hergestellt wird zunächst das gesamte System geupdatet.

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade
sudo apt-get dist-upgrade

Ist dies erfolgt können die benötigten Programme installiert werden.

# LAMP installieren mit:
sudo apt-get install apache2 libapache2-mod-php php php-mysql mysql-server

# Motion für die Webcams
sudo apt-get install motion

Als nächstes wird Sunwait installiert. Hiermit lassen sich die Sonnen Auf- und Untergangszeiten berechnen.

wget http://www.risacher.org/sunwait/sunwait-20041208.tar.gz
tar xvzf sunwait-20041208.tar.gz
cd sunwait-20041208/
ls
make  
sudo cp sunwait /usr/local/bin

Um Sunwait zu testen kann es mit den Koordinaten von Berlin aufgerufen werden. Diese können auch direkt durch die heimischen ersetzt werden. Diese lassen sich zum Beispiel mit Hilfe von Google Maps ermitteln.

sunwait -p 52.516072N 13.377826E

Die “Software”

In diesem Abschnitt soll schrittweise ein Webinterface gebaut werden. Weiterhin werden die Skripte, welche die Klappe und das Licht steuern erstellt und die Steuerung abhängig der Sonnenzeiten automatisiert.

to be continued…