DE102013004025A1

DE102013004025A1 - Vorrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auslesung der Feuchte, insbesondere von Pflanzsubstraten

Info

Publication number: DE102013004025A1
Application number: DE201310004025
Authority: DE
Inventors: Reinhard Jurisch; Peter Peitsch
Original assignee: Micro Sensys GmbH
Current assignee: Micro Sensys GmbH
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2013-09-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auslesung der Feuchte, insbesondere von Pflanzsubstraten. Die Aufgabe, eine solche Vorrichtung zu schaffen, die keiner zusätzlichen aufwändigen und teuren Auswerteeinheiten, wie nach dem bekannten Stand der Technik, bedarf und die preiswert herstellbar ist, wird dadurch gelöst, dass die Vorrichtung als einstecketikettenartige Baugruppe ausgeführt ist, die ein Labeloberteil (20) aufweist, das einen passiven Transponder nebst einer vollständigen RFID- und Sensor-Elektronik (21) und eine Antenne (22) beinhaltet und dieser Labeloberteil (20) mit einem lanzettenartigen Spieß (13) verbunden ist, in dem Leitbahnen (10) die RFID-Elektronik (21) über eine Sensorschnittstelle (23) mit zumindest in einer unteren Ebene des Spießes vorgesehenen Kontaktelektroden (11, 12) zur Impedanzmessung verbinden, wobei die Kontaktelektroden (11, 12) an der dem Messsubstrat zugewandten Außenfläche des Spießes (13) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auslesung der Feuchte, insbesondere von Pflanzsubstraten, die in Form eines Einstecketiketts realisiert ist.
Vorrichtungen der genannten Art gehören grundsätzlich zum bekannten Stand der Technik. So befindet sich seit 2009 von der Fa. Microsensys GmbH unter der Bezeichnung TELID^® 354 eine höherpreisige, von der speziellen Verwendung her vergleichbare Vorrichtung zur Bestimmung der Bodenfeuchte und -temperatur auf dem Markt, die mittels RFID-Technik auslesbar ist, die jedoch eine Batterie in der Vorrichtung erfordert. Aufgrund der dortigen Ausführung, der Kosten und der dort erforderlichen elektronischen Auswertekomponenten (PC oder gesondertes Handheldgerät) ist diese Vorrichtung jedoch nicht für den breiten Massen- und Hausgebrauch geeignet.
Noch aufwändiger bekannte Vorrichtungen, die drahtgebunden arbeiten, sollen hier nicht weiter abgehandelt werden, da sie nicht zum nächstliegenden Stand der Technik zu zählen sind.
Grundsätzlich ist die reine Kennzeichnung von Produkten, so auch z. B. von Blumenverkaufseinheiten, mit passiven Transpondern bekannt, die dort jedoch ausschließlich zur Optimierung interner Logistikprozesse Anwendung finden, was gegenüber reinen Barcodes den Vorteil hat, dass derartige Kennzeichnungen auch bei Verschmutzung des Labels funktionsfähig bleiben.
Vorliegender Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auslesung der Feuchte, insbesondere von Pflanzsubstraten anzugeben, die keiner zusätzlichen aufwändigen und teuren Auswerteeinheiten, wie nach dem bekannten Stand der Technik, bedarf und die preiswert herstellbar ist.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
Die nach vorliegender Erfindung geschaffene Vorrichtung kann bspw. mit Hilfe eines kommerziellen Smartphones, das mit einer RFID-Antenne ausgerüstet ist und mit einer entsprechenden App (Applikationssoftware) versehen ist, als auch mit nur einer unidirektionalen Energieübertragungseinheit und entsprechenden Anzeigelementen auf der Vorrichtung selbst betrieben werden.
Zur näheren Darstellung der erfindungsgemäßen Lösung sollen nachfolgendes Ausführungsbeispiel und schematische Zeichnungen, dienen. Es zeigen:
1 eine teiltransparente Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine blockbildartige Darstellung der erfindungswesentlichen Baugruppen innerhalb der Vorrichtung und
3 in einem Blockschema das Zusammenwirken der Vorrichtung mit äußeren Auslese- und Schreibkomponenten.
1 zeigt eine mögliche, vorteilhafte in das Substrat eines Pflanztopfs einsteckbare, etikettenartige Ausgestaltung der Erfindung in einer teiltransparenten Darstellung. Die Vorrichtung nach 1, die bspw. ins Erdreich einsteckbar sein soll, besteht dabei aus einem lanzettenartigen Spieß 13 und einem mit diesem (bspw. als einstückiges Spritzteil) verbundenen Labeloberteil 20, welches die elektronischen Komponenten beinhaltet. Im speziellen Beispiel sind im Bereich des Spitzenendes 131 Kontaktelektroden 11, 12 vorgesehen, die im Beispiel der Impedanzmessung in diesem Bereich des umgebenden Messsubstrats 27 dienen sollen. Es liegt selbstverständlich im Rahmen der Erfindung, in mehreren Ebenen solche Kontaktelektroden vorzusehen, wenn der Spieß 13 länger ausgeführt ist und so z. B. die Bodenfeuchte in unterschiedlichen Tiefen (z. B. zur Vorbeugung von Staunässe im Topfboden) ermittelt werden soll. Genannte Kontaktelektroden sind im Bereich der Sensorschnittstelle 23 (vgl. auch 2 und 3) mit einer an sich bekannten RFID- und Sensor-Elektronik 21 verbunden. In 1 sind weiterhin Antennenwicklungen 22 im Außenbereich und weiter Teile der RFID-Elektronik umfassend, innerhalb des Labeloberteils 20 ersichtlich, über die zumindest die kontaktlose Energieversorgung der ansonsten passiven Baugruppen innerhalb des Transponders 21 vornehmbar ist. Letztere Bestandteile der Vorrichtung sind näher in 2 dargestellt. Die RFID-Elektronik 21 umfasst dabei ein RFID-Frontend 26, bestehend aus an sich dafür üblichen Komponenten, wie Modulator, Demodulator, Gleichrichter etc., einer Ablaufsteuerung 25, die auch als Controller ausgeführt sein kann, und einem Speicher 24, in dem neben den eigentlichen Messwerten auch entsprechende Referenzwerte (z. B. Grenzwerte: gut, mittel, schlecht) entsprechend unterschiedlicher Bodenarten abgelegt werden. Bei entsprechender kontaktloser von außen erfolgender Energiebeaufschlagung stellt der Transponder neben der Betriebsspannung auch eine hochstabile Referenzspannung über die Sensorschnittstelle 23 bereit. Optional sind im Labeloberteil 20 optische Anzeigemittel vorgesehen, die in 2 summarisch mit 28 bezeichnet sind. Je nach Anzeigewunsch, können diese Anzeigemittel z. B. vorteilhaft als drei unterschiedlich farbige LEDs oder als bistabiles Display ausgebildet sein, die ampelartig, im speziellen Beispiel den jeweiligen Bodenfeuchtezustand bei Energiebeaufschlagung der Elektronik 21 signalisieren. Bei einer solchen Ausführung bedarf es lediglich eines preiswert auszuführenden kontaktlosen Engergiebeaufschlagungsmittels, welches den Transponder vorzugsweise im HF- bis UHF-Bereich kurzzeitig mit Energie beaufschlagen lässt.
Komfortabler geschieht diese Engergiebeaufschlagung über eine bspw. in einem Smartphone 3 (vgl. 3) integrierte, dort nicht näher bezeichnete Lese-Schreib-Antenne, die über eine drahtlose RFID-Standardschnittstelle 31, insbesondere im Nahfeldbereich, mit der Antenne 22 im Labeloberteil wechselwirkt. Dabei erfolgt neben der unbedingt erforderlichen Energiebeaufschlagung des Transponders auch dessen Auslesung und vorteilhaft auch wieder ein teilweises Beschreiben des Transponderspeichers, womit sich dort bspw. hinterlegen ließe, wer wann genau diesen Transponder zum letzten Mal ausgelesen hat, was insbesondere in Gärtnereien, botanischen Gärten oder anderen großen Pflanzenbeständen von Vorteil sein kann. Im Falle der Verwendung eines Smartphones lässt sich dort eine vom Hersteller erfindungsgemäßer Vorrichtung dazu bereitgestellte Softwareapplikation auf das Smartphone laden, welche z. B. eine bildliche Darstellung, z. B. des Feuchtezustandes eines mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung versehenen Pflanze, zur Anzeige bringt. Die Ausbildung des Anzeigegerätes als Nahfeldreader ist in einem solchen Fall besonders vorteilhaft, weil dann ein Übersprechen benachbarter, ebenfalls mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestatteter Bepflanzungen unterbunden ist. Es wird somit jeweils nur der Zustand des Substrats der jeweils ausgewählten Pflanze zur Anzeige gebracht. Wird wie vorstehend verfahren, lassen sich besonders bequem auch mehr Zustände als die weiter oben genannten drei Grenzzustände zur Anzeige bringen bis hin zur Anzeige der absoluten Feuchte in vorgebaren Schwellbereichen, so dies für diffizile Kulturen von Belang ist. Im Home-Bereich dürfte eine Ampeldarstellung jedoch ausreichend sein. Ebenso lässt die implementierte Software, die auch, wie vorstehend erwähnt, im Transponder selbst abgelegt sein kann, eine Anpassung und Vorauswahl auf bestimmte Bodentypen zu, so dass die Vorrichtung auf die jeweiligen Bodentypen wahlweise voreichbar ist.
Bei entsprechend vorhandener Technik können, insbesondere bei größeren Stückzahlen an zu überprüfenden Pflanzungen (z. B. botanische Gärten), statt eines Smartphones mit entsprechender, vorstehend umrissener Applikationssoftware auch kommerziell verfügbare Reader in speziellen Handheldgeräten und/oder PC-Anbindungen zum Einsatz gelangen.
Neben der oben beschriebenen Sensorausbildung in mehreren Ebenen, ist der Sensorkopf selbst nicht auf den Einsatz von solchen zur Impedanzbestimmung beschränkt. Der Einsatz anderer Sensortypen zur Ermittlung anderer Messgrößen (bspw. Leitwert, Kapazität, Konzentration, pH-Wert etc.), bei ansonsten analoger Ausbildung der im Labeloberteil 20 vorgesehenen elektronischen Baugruppen, liegt im Rahmen der Erfindung. Dafür geeignete Sensoren stehen grundsätzlich zur Verfügung und die jeweilige Anpassung der Auswertesoftware kann in fachgemäßer Weise vorgenommen werden können. So eröffnen sich auch andere Applikationsfelder für eine ansonsten identische Ausführung nach vorliegender Erfindung, abseits reiner Feuchtebestimmungen.
Die wesentliche Merkmale vorliegender Erfindung zur Erfassung, Speicherung und Auslesung der Feuchte, insbesondere von Pflanzsubstraten, bestehen also in

1. einer einstückig als Einstecketikett ausgeführten Baugruppe von ca. 70 mm Gesamtlängenausdehnung, die zumindest in einer Ebene Kontaktelektroden (11, 12) zur Impedanzmessung beinhaltet, die am Ende (131) eines lanzettenartigen Spießes (13) angeordnet sind und diese per Leitbahnen (10) in ein Labeloberteil (20) geführt sind, in dem ein passiver Transponder, bestehend aus einer RFID-Elektronik (21) und einer Antenne (22), wobei die Kontaktelektroden (11, 12) mit der RFID-Elektronik (21) über eine Sensorschnittstelle (23) verbunden sind, vorgesehen sind, wobei der Transponder über eine drahtlose Standardschnittstelle (31) mit einem RFID-reader (3) auslesbar ist,
2. der Ausführung und symmetrischen Anordnung der Kontaktelektroden in Form von drei Elektroden (11, 12, 11), die eine symmetrische Impedanzmessung der die Elektroden umhüllenden Substanz ermöglichen,
3. der Maßgabe, dass der Transponder neben der Betriebsspannung eine hochstabile Referenzspannung über die Sensorschnittstelle (23) zur Messung der Impedanz bereitgestellt,
4. dass in einem Speicher (24) des Transponders selbst bereits zumindest zwei Grenzbereiche als Referenzwerte im Transponderspeicher (24) hinterlegt sind, die als Kalibrierwerte für die zu vermessende Substanz dienen,
5. dass die Grenzbereichswerte vermittels einer zusätzlichen im Transponder vorgesehenen Entscheidungslogik durch optische Anzeigemittel (28) auf dem Labeloberteil (20) selbst zur Anzeige gebracht werden können,
6. dass zur Auslesung des Transponders ein Nahfeldreader zum Einsatz gelangt,
7. dass der Nahfeldreader durch ein mit einer RFID-Antenne ausgerüstetes Smartphone (3) gebildet ist, welches mit einer entsprechenden App (Applikationssoftware) zur Auswertung und Anzeige der vom Transponder gelieferten Daten versehen ist,
8. dass es im Falle der Ausbildung des Transponders nach 5., lediglich eines preiswert auszuführenden kontaktlosen Engergiebeaufschlagungsmittels, welches den Transponder, vorzugsweise im HF- bis UHF-Bereich, kurzzeitig mit Energie beaufschlagen lässt, bedarf.

Zusammenfassend ist damit ein preiswertes Pflanzetikett geschaffen, mit welchem die jeweils aktuelle Bodenfeuchte in sehr bequemer Weise sofort ermittelt und zur Anzeige gebracht werden kann. Da Nahfeldreader in einem Abstand bis zu 3 cm wirken, können auch enge Pflanzabstände problemlos einer Auswertung bzgl. des Feuchtezustands des die jeweilige Pflanze erfassenden Bodensubstrats erfasst und ausgewertet werden. Alle elektrischen und elektronischen Baugruppen sind innerhalb des Pflanzetiketts hermetisch abgedichtet verschlossen ausgeführt, so dass das Pflanzetikett problemlos Gießwasser ausgesetzt werden kann. Lediglich die Kontaktelektroden (11, 12) sind nach außen geführt.
Unbenommen des bevorzugten Einsatzes von Nahfeldreadern ist der Transponder des erfindungsgemäßen Pflanzetiketts aber auch einer Auslesung mittels eines UHF Fernfeldreaders zugänglich, womit mehrere Transponder unterschiedlicher Pflanzetiketten gleichzeitig im Pulk erfasst werden können.
Alle in der Beschreibung, dem Ausführungsbeispiel und Zeichnungen angegebenen Mittel können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste

10: Leitbahnen
11, 12: Kontaktelektroden
13: lanzettenartigen Spieß
131: Spitzenende
20: Labeloberteil
21: RFID- und Sensor-Elektronik
22: Antenne
23: Sensorschnittstelle
24: Speicher des Transponders
25: Ablaufsteuerung
26: RFID-Frontend
27: Impedanz der umhüllenden Substanz
28: optische Anzeigemittel
3: Smartphone
31: drahtlose RFID-Standardschnittstelle

Claims

Vorrichtung zur Erfassung, Speicherung und Auslesung der Feuchte insbesondere von Pflanzsubstraten, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als einstecketikettenartige Baugruppe ausgeführt ist, die a) ein Labeloberteil (20) aufweist, das einen passiven Transponder nebst einer vollständigen RFID- und Sensor-Elektronik (21) und eine Antenne (22) beinhaltet, und b) dieser Labeloberteil (20) mit einem lanzettenartigen Spieß (13) verbunden ist, in dem Leitbahnen (10) die RFID- und Sensor-Elektronik (21) über eine Sensorschnittstelle (23) mit zumindest in einer unteren Ebene des Spießes vorgesehenen Kontaktelektroden (11, 12) zur Impedanzmessung verbinden, wobei die Kontaktelektroden (11, 12) an der dem Messsubstrat zugewandten Außenfläche des Spießes (13) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der passive Transponder über eine drahtlose Standardschnittstelle (31) mit einem externen RFID-reader (3) auslesbar und programmierbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelektroden in Form von drei Elektroden (11, 12, 11) ausgeführt sind, die eine symmetrische Impedanzmessung des die Elektroden umfassenden Messsubstrats ermöglichen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Transponder bei äußerer Energiebeaufschlagung neben der Betriebsspannung für die RFID-Elektronik (21) eine hochstabile Referenzspannung durch die Sensorschnittstelle (23) zur Messung der Impedanz bereitstellt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Speicher (24) des Transponders bereits zumindest zwei Grenzbereiche als Referenzwerte im Transponderspeicher (24) selbst hinterlegt sind, die als Kalibrierwerte für das zu messende Messsubstrat dienen.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Grenzbereichswerte vermittels einer zusätzlichen im Transponder vorgesehenen Entscheidungslogik durch optische Anzeigemittel (28) auf dem Labeloberteil (20) selbst zur Anzeige gebracht werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auslesung des Transponders ein Nahfeldreader zum Einsatz gelangt.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nahfeldreader durch ein mit einer RFID-Antenne ausgestattetes Smartphone (3) gebildet ist, das eine entsprechende Applikationssoftware beinhaltet.