Smart Garden (desktop)

01 / HET VERHAAL

1. 01 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   Introductie

   Smart Garden is een samenwerkingsproject tussen het CIV Smart Technology, The Field in Leiden en mboRijnland, met als nieuwste aanwinst studenten van de Haagse Hogeschool.

   Het doel van dit project is om studenten actief te betrekken bij actuele maatschappelijke vraagstukken, met een focus op duurzaamheid en circulair bouwen. De centrale vraag binnen Smart Garden luidt: "Hoe kunnen we een kas met planten zo efficiënt en autonoom mogelijk in leven houden?"

   Wat begon als een relatief klein project, groeide gedurende meerdere schooljaren uit tot een project van aanzienlijke omvang, met meerdere opeenvolgende teams en steeds verdergaande technische uitdagingen.

2. 02 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   De Opdracht

   Iedere tweedejaars student van de opleiding Software Developer bij mboRijnland kreeg in deze periode dezelfde opdracht, waarna groepjes werden gevormd om deze uit te voeren. Ons groepje bestond uit vijf leden.

   Door de scrum-methodiek toe te passen, hadden we vanaf het begin een duidelijke rolverdeling: twee front-end developers, twee back-end developers (waarvan één ook de rol van Product Owner vervulde), en ikzelf als Scrum Master en projectleider.

   De opdracht begon in periode drie van het schooljaar 2023-2024. Als eerste werd van ons verwacht dat we sensordata zouden ophalen uit een API van Quantified en deze zichtbaar zouden maken op een dashboard.

   Daarnaast moesten we planten kunnen toevoegen die zich in de kas bevinden, zodat elke individuele plant gemonitord kan worden. Omdat het einddoel een autonome kas is, leek het ons zinvol om gegevens zoals waterbehoefte, zonlicht en voedingsstoffen automatisch te laten invullen. Hiervoor maakten we gebruik van een tweede API, die per plant de benodigde gegevens aanlevert.

3. 03 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   Technische Keuzes

   Na wat onderzoek leek het ons een goed idee om Electron te gebruiken voor het dashboard. We kwamen er echter al snel achter dat Electron voornamelijk bedoeld is voor desktopapplicaties, wat een beperking bleek zodra we daadwerkelijk data moesten gaan versturen en verwerken.

   Aanvankelijk overwogen we om een aparte Flask-applicatie toe te voegen als backend, naast Electron. Na overleg met een docent besloten we echter om de volledige applicatie in Flask te bouwen, zonder Electron.

   Twee frameworks naast elkaar gebruiken voelde omslachtig, terwijl Flask in principe alle functionaliteit kon bieden die we nodig hadden.

4. 04 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   Functionaliteiten

   Naast onze eigen code maakten we gebruik van twee externe API's. De Perenual API levert data van specifieke plantensoorten, die automatisch wordt ingevuld op de bijbehorende pagina van elke plant.

   De Weerlive API zorgt ervoor dat actuele weersomstandigheden worden meegenomen in het systeem, aangezien planten sterk afhankelijk zijn van het weer: bij hoge temperaturen is bijvoorbeeld extra water nodig.

5. 05 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   Vervolgopdracht

   Nadat de opdracht was afgerond, mochten wij als groep verder werken aan Smart Garden, terwijl de rest van de klas aan een nieuw project begon. Deze kans grepen we uiteraard met beide handen aan.

   De vervolgopdracht hield in dat we een pomp moesten aansturen die zich bevindt in het Smart Building bij The Field. Op dit moment kwam een extra teamlid ons versterken, gespecialiseerd in embedded systems en Linux.

   De pomp zelf was ontworpen en gebouwd door studenten van de opleiding Technicus Engineering bij mboRijnland. Voor de aansturing bedachten wij een oplossing waarbij een Raspberry Pi 4 fungeert als centrale controller, waarin alle logica van het systeem samenkomt.

   Omdat deze Raspberry Pi fysiek bij The Field stond en we niet altijd ter plaatse konden zijn, zetten we een reverse tunnel op via SSH. Op die manier konden we de Raspberry Pi op elk moment programmeren, uiteraard zonder deze op de pomp aangesloten te hebben, om problemen zoals overstroming te voorkomen.

   Het bestaande dashboard werd tegelijkertijd verder uitgebreid, zodat het ook daadwerkelijk kon samenwerken met deze fysieke realisatie.

6. 06 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   De Oplevering

   Vanaf dit punt werkten we nauw samen met de studenten van Technicus Engineering, die de pomp hadden gebouwd. Deze samenwerking verliep uitstekend, mede dankzij de motivatie aan beide kanten.

   De oplevering ging niet zonder slag of stoot: we kregen te maken met een onstabiele wifiverbinding, verkeerd gekalibreerde sensoren, en het feit dat vrijwel alles nieuw voor ons was.

   Uiteindelijk slaagden we erin een werkend systeem op te leveren: de pomp geeft de planten sindsdien automatisch elke twee weken water. De sensoren werden bij deze oplevering nog niet gebruikt, door problemen die grotendeels buiten onze macht lagen.

7. 07 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   Overdracht

   Via een pitch bij het DIF in Zoetermeer werden studenten van de Haagse Hogeschool enthousiast gemaakt om Smart Garden voort te zetten.

   Zij bouwen voort op de Raspberry Pi 4 als centraal brein van het systeem, en breiden dit uit met sensoren voor grondvochtigheid per plantenbak, een sensor voor luchtvochtigheid in de kas en een lichtsensor.

   Daarnaast zetten zij de ChatGPT API in om automatisch gegevens per individuele plant in te vullen, en is het plan om een camera aan de kas te koppelen zodat kunstmatige intelligentie vroegtijdig bedreigingen kan signaleren in het dashboard.

8. 08 / SMART GARDEN (DESKTOP)

   Doelstelling

   Het einddoel van Smart Garden is een volledig werkend algoritme dat elke individuele plant van water voorziet, gebaseerd op data uit de Perenual API en aangestuurd via het MQTT-protocol.

   Daarnaast moet het dashboard volledig functioneren, met correcte data en werkende grafieken op alle pagina's. Indien mogelijk, met het oog op beveiliging, is het streven om de website ook daadwerkelijk beschikbaar te stellen voor gebruik door The Field zelf.

   Gedurende dit project heb ik geleerd te werken met SSH-verbindingen, de basis van het Linux-besturingssysteem, het ophalen en verwerken van sensordata, het versturen en ophalen van data via API's, basiskennis van algoritmes, het maken van grafieken met ChartJS, werken met Python en Flask, en het gebruik van het MQTT-protocol voor sensordata.

02 / ONDER DE MOTORKAP

03 / SAMEN GEMAAKT

• A. Oomen

  Smart Garden (desktop) / Development

• R. van Putten

  Smart Garden (desktop) / Development

• B. Diker

  Smart Garden (desktop) / Development

• M. Cifci

  Smart Garden (desktop) / Development

• J. Doekhi

  Smart Garden (desktop) / Development

• M. Heins

  Smart Garden (desktop) / Development