Katzenfütterungsautomat mit Arduino-Mikrocontroller
Seit acht Jahren unterstützt uns bei der Fütterung unserer Katzen ein Automat, der auch über das Internet steuerbar ist. Ausgefallen ist er dabei noch nie.
- Jan Klomp
Am Wochenende ausschlafen, wenn im Haushalt hungrige Stubentiger wohnen? Unmöglich. Da wir unsere Katzendamen Tiger und Scully in der Woche immer vor der Arbeit um 7 Uhr fütterten, forderten sie auch am Wochenende lautstark ihre Futterration von uns "Dosenöffnern" ein. Da ich noch einen Arduino Uno herumliegen hatte, war die Idee eines Katzenfütterungsautomaten geboren. Das ist inzwischen acht Jahre her und die Maschine arbeitet bis heute.
Folgende Bedingungen sollte die Lösung erfüllen:
- manuelle Fütterung per Taster direkt am Automat
- manuelle Fütterung über das Netz per Weboberfläche
- vollautomatische Fütterung zu festen Uhrzeiten
- Konstruktion eines Fütterungsautomaten
- Steuerung mit Arduino, Relais und Ethernet-Shield
- EInbindung in Dateiserver
Checkliste
- Zeitaufwand: ein Wochenende
- Kosten: 120 Euro (Stand 2012!)
- Programmieren: Grundkenntnisse Arduino
- Löten: Grundkenntnisse
Material
- Arduino Uno
- Netzwerkboard
- Relaisplatine
- Getriebemotor
- Wellenkupplung
- Müslispender
- 5-Volt-Netzteil
- Taster
- HT-Rohre (DN50)
- Holz
- Plexiglas
- Kleinteile wie Abstandstandshalter, Schrauben, Kabel, Kabelbinder
Aufbau der Mechanik
Begonnen habe ich mit der Mechanik. Dafür suchte ich lange nach einer günstigen, aber robusten und wartungsfreien Möglichkeit, um das Trockenfutter zu dosieren. Die Futterpellets sind etwa fünf bis sechs Millimeter groß und sollten den Automaten nicht verstopfen oder blockieren. Ich landete schließlich bei sogenannten Müsli- oder Cerealienspendern, wie sie häufig in Hotels oder Frühstückcafés stehen, damit die Gäste darüber ihre Cornflakes oder das Müsli dosieren können.
Hierbei handelt es sich meistens um durchsichtige Behältnisse in unterschiedlichen Bauformen, die von oben befüllt werden. Unten findet sich ein großer Drehgriff, der über eine Kunststoffachse mit einer dicken Gummiflosse im Behälter verbunden ist. Dreht man diesen Griff, fällt der Inhalt nach und nach aus dem Spender. Bei der Wahl des Spenders habe ich auf eine gerade Bauform geachtet, da diese im Gegensatz zu einer trichterförmigen Form die Montage etwas erleichtert. Derartige Spender findet man im Handel für ca. 20 bis 30 Euro.
Da die Halterung des Müslispenders für meine Zwecke nicht nutzbar war, habe ich die ganze Technik auf eine Holzplatte montiert. Holzbearbeitung ist nicht gerade mein Lieblingsbetätigungsfeld, also holte ich meinen Vater dazu, der in solchen Fällen gerne einspringt und mir eine Holzkonstruktion mit Fuß und einer Montageplatte mit den Maßen 50 × 70 cm baute.
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Futterspender montieren
Die Montage des Müslispenders lief dann einfacher als gedacht. Dazu legte ich den Spender auf das Montagebrett und fixierte ihn rechts und links mit insgesamt vier Winkel mit bereits vorgebohrten Löchern. Durch die Löcher der jeweils gegenüberliegenden Winkel zog ich Kabelbinder und zurrte den Spender am Brett fest. Dabei musste ich darauf achten, dass sich der Drehgriff auf der rechten Seite befindet, da ich dort den Motor anbringen wollte. Am unteren Ausgang des Spenders befestigte ich mittels einer kurzen Gewindestange ein 50 mm dickes, leicht abgewinkeltes PVC-Rohr, damit das aus dem Dispenser fallende Futter im Napf landet und nicht durch den ganzen Raum schießt.
Glücklicherweise war der Drehgriff am Müslispender nur geklebt. So konnte ich ihn mit Hilfe eines Seitenschneiders und eines scharfen Messers von der Kunststoffachse entfernen. Als Ersatz für den Griff fand ich im Elektronikhandel einen kleinen aber leistungsstarken Getriebemotor für etwa acht Euro. Ich achtete darauf, dass der Motor mit 5 Volt betrieben werden kann, da ich diese Spannung auch für den Arduino brauchte und mit nur einem Netzteil auskommen wollte.
Aber wie sollte ich nun die Achse des Motors mit der Achse vom Müslispender verbinden, zumal die Achse des Spenders 5 mm dick und die Achse des Motors 7 dick mm ist? Immerhin findet hier schon eine recht ordentliche Kraftübertragung statt. Von einem befreundeten Modellbauer erfuhr ich, dass sogenannte Wellenkupplungen dafür bestens geeignet sind. Diese gibt es für wenige Euro, aus Aluminium in verschiedenen Größen und für unterschiedliche Achsenstärken. So konnte ich mit einem weiteren Metallwinkel den Motor auf das Montagebrett montieren und über die Wellenkupplung mit der Achse des Spenders verbinden. Erste Tests mit einem direkt an dem Motor angeschlossenen Netzteil liefen erfolgreich, das Futter kam in kleinen Dosen unten aus dem Spender.
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Steuerung mit Arduino
Nun ging es an die Elektronik. Da der Arduino Uno nicht netzwerkfähig ist, musste ein Arduino Ethernet Shield her. Diese Platine wird auf den Arduino gesteckt und stellt einen Netzwerkanschluss zur Verfügung. Außerdem besorgte ich mir eine Relais-Platine, um den Getriebemotor zu schalten. Ein direkter Anschluss des Motors an den Arduino ist aufgrund des hohen Stromverbrauchs nicht möglich. Der Arduino schaltet somit die Relaisplatine, die wiederum den Motor schaltet.
Die Platinen montierte ich mit Abstandhülsen auf dem Montagebrett und sicherte alles mit einer 1 mm dünnen Plexiglasabdeckung. Als nächstes war die Verkabelung der Komponenten dran. In das Plexiglas habe ich einen Taster eingelassen und an einem Eingang des Arduino angeschlossen. Ein kleiner Lautsprecher kam an einen Ausgang des Arduino. Hierüber wird vor der Fütterung eine kurze Melodie abgespielt. Ein weiterer Ausgang wurde mit der Relaisplatine verbunden, um darüber den Motor zu schalten. Die Stromversorgung erfolgt über ein 5-Volt-Netzteil mit ausreichend Leistung, damit der Getriebemotor ohne Probleme läuft. Die Funktionalität habe ich vor der Montage und Verkabelung mittels einer fliegenden Verkabelung auf einem Experimentier-Steckboard getestet.
Über die kostenlose Entwicklungsumgebung von Arduino hatte ich trotz meiner nicht sonderlich fortgeschrittenen Programmierkenntnisse schnell ein kleines Programm gestrickt, welches den Fütterungstaster sowie spezielle Trigger-Pakete aus dem Netzwerk auswertet, um dann die Melodie und den Fütterungsvorgang zu starten. Auf dem Webserver eines bereits in meinem Netzwerk hängenden Dateiservers (NAS) installierte ich dafür ein PHP-Webformular mit einer Eingabemaske, worüber ich manuell oder automatisch über einen zeitgesteuerten Job die Pakete an den Arduino senden kann. Schöner wäre sicherlich ein kleiner Webserver direkt auf dem Arduino ohne Umweg über den Dateiserver gewesen. Dazu fehlten mir aber schlicht die Kenntnisse und die Zeit. Der Source Code für beide Skripte steht auf meinem Blog zum Download bereit. Sicherheitshalber muss für die manuelle Fütterung der Taster drei Sekunden gedrückt werden, damit die Katzen nicht irgendwann anfangen, sich selbst zu füttern.
Im Praxiseinsatz
Unsere Katzen haben den Fütterungsautomaten sehr schnell angenommen und rannten beim Ertönen der kurzen Melodie wie vom Blitz getroffen durch die Wohnung zum Futternapf. Außerdem können meine Frau und ich seit der Inbetriebnahme am Wochenende endlich wieder ausschlafen.
Nach acht Jahren täglichen Betriebes sieht man dem Automaten, insbesondere den Dosierflossen, die Arbeit und den dauernden Kontakt zum recht fettigen Trockenfutter schon an. Es gab jedoch nie Probleme oder sonstige Ausfälle. Auch heute noch bedient sich unsere verbliebene, siebzehnjährige Katze Tiger regelmäßig an der Apparatur.
Automat für Katzenfütterung (8 Bilder)
Ideen für den Nachbau
Im Laufe der Jahre habe ich viele Anfragen zum Aufbau der Futterstation bekommen. Es gibt inzwischen ein paar Dinge, die ich heute anders machen würde. Obwohl es für mich ein guter Einstieg war, würde ich statt der recht teuren Arduino-Lösung mit Netzwerkboard auf Alternativen setzen, die seinerzeit noch nicht verfügbar waren. So ließe sich die Logik ohne Probleme beispielsweise mit einem ESP8266-Mikrocontroller realisieren, der von Hause aus WLAN mitbringt und bereits für wenige Euro zu bekommen ist. Außerdem würde ich den Webserver direkt auf dem Mikrocontroller implementieren und nicht den Umweg über meinen Dateiserver wählen.
Die Plexiglasabdeckung sollte dicker sein, da sie durch das Betätigen des Tasters schon nach kurzer Zeit etwas eingerissen ist. Außerdem habe ich damals die Verbindungskabel direkt auf die Kontaktstifte der Boards gelötet – inzwischen würde ich für eine bessere Wartbarkeit entsprechende Stecker verwenden.
Zu guter Letzt sollte noch gesagt werden, dass wir uns bei längerer Abwesenheit trotz einwandfreier Funktion nie auf den Futterautomaten verlassen haben, sondern immer für ein Backup zum Füttern, zum Beispiel durch Familie oder Nachbarn, gesorgt haben. Das sollte man auch bei den recht teuren, kommerziell erhältlichen Futterautomaten immer im Hinterkopf behalten. (hch)
