GaFuBi — Mein LoRa-Sensornetzwerk für den Garten

GaFuBi steht für GartenFunkBiene — und der Name ist Programm. Wie kleine fleißige Bienen schwärmen meine Sensor-Nodes über das gesamte Grundstück aus und sammeln Messwerte ein: Bodenfeuchte, Temperatur, Füllstände, und mehr. Wer sich fragt "Wie überwache ich meinen Garten ohne WLAN?" — genau dafür ist GaFuBi da. Jeder GaFuBi ist ein eigenständiger ESP32-Sensor-Node mit einer speziellen Aufgabe. Der eine überwacht den IBC-Wassertank oben auf dem Berg, der nächste misst die Bodenfeuchte im Gemüsebeet, ein anderer passt auf die Temperatur im Gewächshaus auf. Sie funken ihre Daten per LoRa an einen zentralen Gateway im Haus — und der leitet alles per MQTT an Home Assistant weiter. Das System wächst mit jeder Idee. Neuer Sensor gebraucht? Neuen GaFuBi bauen, anmelden, fertig. Bodenfeuchtesensor per Funk an Home Assistant anbinden? Kein Problem.

Mein Grundstück ist ein Hanggrundstück — oben auf dem Berg stehen die Wassertanks, unten am Haus der Gateway. WLAN hat hier im Außenbereich nach 20–30 Metern aufgegeben. Wer die Reichweite im Garten erhöhen will, stößt mit WiFi schnell an Grenzen. LoRa (Long Range) funkt auf 868 MHz und löst genau dieses Problem: Reichweite: Mehrere hundert Meter bis Kilometer. Quer durchs Grundstück, durch Wände, den Hang hinauf — kein Problem. Stromverbrauch: Ein GaFuBi im Deep Sleep verbraucht fast nichts. Aufwachen, messen, senden, schlafen — das ganze Programm dauert wenige Sekunden. Trotzdem bleibt die Akkulaufzeit eine Herausforderung, daran arbeite ich noch. Je nach Sendeintervall und Sensortyp halte ich aktuell Wochen bis wenige Monate. Robustheit: 868 MHz ist deutlich weniger überfüllt als das 2,4 GHz Band. Keine Interferenz mit dem Nachbar-WLAN. Zigbee wäre eine Alternative, braucht aber viele Repeater für die Distanz und ist im Outdoor-Bereich weniger verbreitet.

Das Netzwerk besteht aus zwei Teilen: Gateway (Empfänger): Ein Heltec Wireless Stick V3 im Haus, angeschlossen per USB. Er empfängt alle LoRa-Pakete von sämtlichen GaFuBis und leitet die Daten per MQTT an Home Assistant weiter — inklusive Auto-Discovery. Ein Gateway für alle Nodes. GaFuBi-Nodes (Sender): Kleine ESP32-Boards mit LoRa-Modul und jeweils ihren speziellen Sensoren. Jeder GaFuBi hat seine eigene Aufgabe und eine eindeutige ID im Netzwerk. Die gesamte Kommunikation ist AES-128 verschlüsselt. Niemand kann mitlesen, was meine GaFuBis funken.

Füllstand-GaFuBi — Wassertanks auf dem Berg Mein Hanggrundstück hat ein besonderes Setup: An den Gebäuden unten sammeln Regenrinnen das Wasser in Regenfässer. Diese sind mit einer Sammelstelle verbunden — einer IBC-Tonne. Wenn die voll ist, wird das Wasser mit einer Solarpumpe den Berg hinauf in drei weitere IBC-Container gepumpt. Das ist mein Wasservorrat für den Garten. Das Problem: Wie messe ich den Wasserstand in einer Zisterne ohne WLAN? Der Füllstand-GaFuBi löst das. Er nutzt einen TL-136 Füllstandsensor und meldet den Pegelstand per LoRa ans Dashboard. Wenn der Tank voll ist, stoppt die Pumpe. Aber er überwacht auch, ob der Wasserstand plötzlich einbricht — dann ist vermutlich was kaputt (Schlauch ab, Hahn offen, Container undicht). Bodenfeuchte-GaFuBi — Schluss mit Gießen nach Gefühl Kapazitive Bodenfeuchtesensoren an verschiedenen Stellen im Garten. Fällt der Wert unter den Schwellenwert, bekomme ich eine Benachrichtigung. Kein Rätselraten mehr. Temperatur-GaFuBi — Frostwarnung inklusive Im Gewächshaus, am Teich und im Außenbereich. Misst Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Die Frostwarnung hat mir schon Pflanzen gerettet.

Die GaFuBis stecken in wetterfesten IP65-Gehäusen mit Kabeldurchführungen für die Sensorkabel. Wichtig: Belüftung gegen Kondensation, aber kein offenes Loch für Regen. Stromversorgung ist je nach GaFuBi unterschiedlich: - Batterie (18650): Für Nodes die nur alle 15 Minuten senden - Solar + Akku: Für Nodes an schwer erreichbaren Stellen oder mit häufigerem Sendeintervall Der Deep Sleep Modus ist der Schlüssel. Ein ESP32 im Deep Sleep verbraucht nur ~10 µA. Im aktiven Zustand mit LoRa-Senden sind es kurz ~120 mA, aber nur für wenige Sekunden. Ehrlich gesagt: Die Akkulaufzeit bleibt die größte Baustelle. Theoretisch halten die Nodes monatelang, in der Praxis kommt es stark auf den Sensor und das Sendeintervall an. Manche GaFuBis muss ich alle paar Wochen laden. Da ist noch Optimierungspotenzial.

Was gut funktioniert: - LoRa-Reichweite ist beeindruckend — den ganzen Hang hinauf, durch Wände, kein Problem - Home Assistant Integration per MQTT Auto-Discovery ist nahtlos - Das GaFuBi-Konzept macht das System modular und erweiterbar Was schwierig war: - Antennenplatzierung macht einen riesigen Unterschied. Im Metallgehäuse = tot. Antenne muss raus oder ans Gehäuse-Fenster - Kapazitive Bodenfeuchtesensoren brauchen Kalibrierung — "Luft" und "Wasser" als Referenz, nicht einfach den Rohwert nehmen - Kondensation im Gehäuse bei Temperaturwechseln — Silica-Gel-Beutel helfen - Akkulaufzeit: Deep Sleep hilft enorm, aber je nach Sensor reicht es trotzdem nicht so lang wie erhofft Was ich anders machen würde: - Von Anfang an ein einheitliches Gehäuse-Design für alle GaFuBis - Mehr Solar-Panels einplanen, statt auf Batterie allein zu setzen

Das Schöne am GaFuBi-System: Für jede neue Idee baue ich einfach einen neuen Node. Aktuell in Planung: Gasflasche-GaFuBi: Ein NAU7802 oder HX711 Wägemodul unter der Gasflasche. Misst das Gewicht und warnt rechtzeitig, bevor das Gas alle ist. Kein böses Erwachen mehr beim Grillen. Bewegungsmelder-GaFuBi: PIR-Sensor für bestimmte Bereiche im Garten. Benachrichtigung bei unerwarteter Bewegung. Wasserhaupthahn-GaFuBi: Überwacht den Haupthahn — Durchfluss oder Zustand. Teich-GaFuBi: Wassertemperatur, pH-Wert und weitere Teich-Parameter. Damit ich weiß, wie es dem Teich geht, ohne ständig Teststreifen reinzuhalten. Pool-GaFuBi: Wassertemperatur, Salzgehalt und Kesseldruck der Filteranlage. Der Pool soll sich weitgehend selbst überwachen. Automatische Bewässerung: Ventil-Steuerung basierend auf den Bodenfeuchte-Daten der bestehenden GaFuBis. Und bestimmt fällt mir morgen der nächste ein.