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Aufbau  und  Betrieb  einer  privaten  Feinstaub - Mess-Station

Im BUND-Magazin 1 / 2018  gab es einen kurzen Bericht : 'Ihr Einsatz für saubere Luft' welcher natürlich sofort mein Interesse weckte. Es verging jedoch noch einige Zeit bis ich dieses Projekt  startete. Vom  BUND  konnte ich noch ein komplettes  'Bastel-Set' erwerben, was die Beschaffung  der Bauteile  vereinfacht. Dank der mitgelieferten Beschreibung, welche wirklich übersichtlich ist - gelang  es dann nach und  nach  die Software  mit der  Arduino Entwicklungs-Umgebung  in den kleinen  WEMOS D1  Mikrocontroller  hinein  zu bekommen. Dazu  müssen  allerdings  einige Software-Bibliotheken  auf dem Rechner installiert werden. Das ist  teilweise problematisch , weil ein  ziemlich 'sicherer' PC  wie mein  iMac  das  Installieren von  sog.  'unsicherer' Software  ( chinesischer  USB-Treiber )  natürlich nicht  ohne  weiteres   zulässt, weil es  kein Zertifikat  dafür  gibt.  Die Kommunikation  mit dem  Mini-Rechner  WEMOS D1 , welcher seriell über einen  emulierten  COM-Port  per USB  angesprochen wird , gestaltete sich schwierig.  Vielleicht  geht das  auf  einem Windows-Rechner  besser.  

Am längsten dauerte es  die Betriebs-Software  des  WEMOS D1  durch  setzen von Optionen  (Software-Schalter) , sowie deklarieren von diversen Modulen  sowie deren  Parameter  so anzupassen, das das  anschließende  Compilieren  ( Übersetzen in sog. Maschinen-Code ) fehlerfrei  funktionerte.  Ich hatte auch noch nie  mit  einem  dieser  modernen  Microcontroller  bzw.  einer  Arduino  Entwicklungs-Umgebung  zu tun - wie wohl  viele  tausend  andere  auch nicht .  😉  


Kurz und gut : ich habe den ganzen Sonntag Nachmittag  gebraucht, bis die hier gemessenen Feinstaub-Daten über mein  WLAN  und Internet  zur  'hackAIR' Website  übertragen wurden.  Alle 10 Minuten wird jetzt ein Datensatz bestehend aus : PM10  und  PM2,5  µg/m3 (Mikrogramm  pro Kubikmeter Luft)  gesendet. 

Die vom BUND  gelieferten  Anleitungen sind an  einigen Punkten nicht  mehr ganz aktuell - weil  mittlerweile  ein Jahr alt, was  in heutiger Zeit lange ist.  Außerdem  wird  die  Arduino-Entwicklungs-Umgebung  ja auch ständig  weiterentwickelt  und  es kommt ständig  neuere , bessere , komplexere  Hardware  auf den Markt.  Benannte  Parameter-Namen  bzw. Funktionen  sind  vereinzelt nicht auffindbar, weil sie   in andere, neuere  Software-Bibliotheken  implementiert  wurden und  folgend  anders  aufgerufen werden, um ihnen  Parameter  zu übergeben  . . .   

Wenn's  dann  läuft , läuft's  aber gut . . . 


Folgend  soll ein zweckmäßiges  'Outdoor-Gehäuse'  sowie  eine  Solar-Stromversorgung  realisiert  werden, um die Sensor-Einheit auch mobil  wie ein Satellit  betreiben zu können.

Im Vordergrund der  WEMOS D1 mini - Microcontroller

Links auf der Platine  ist die  WLAN-Antenne zu sehen , rechts die  mikro-USB-Buchse  über die der Controller  mit  5 Volt  und  Software versorgt wird. 

Die  Feinstaub-Sensor Baugruppe SDS 011  ist mit  70 * 70 mm

die größte  Baugruppe.  Über den Kunststoff-Schlauch (rechts) wird die Umluft mit einem kleinen Lüfter  in die  stockdunkle Mess-Kammer gesaugt. Dort ist ein Halbleiter-Laser installiert, der die  schwebenden  Feinstaubpartikel  seitlich  'anleuchtet' und so optisch erfaßbar macht. 

Es wird die Partikelkonzentration zwischen 0.3 μm und 10 μm in der Luft  erfasst. 

Angezeigt wurde mein erster Sensor nach entsprechender Registrierung ziemlich schnell. Die Darstellung der Messwerte dauerte jedoch einige Zeit, sodass ich zunächst an einen Fehler glaubte und die Konfiguration mehrfach überprüfte. Stunden später konnte ich die  Meßwert endlich sehen.  

Zu dieser Zeit  gab es viele  hackAIR-Feinstaub-Mess-Stationen auch in der Nähe. 

Ich sah aber auch viele  Sensoren  vom  Projekt  'Luftdaten.info' die auch auf der  hackAIR-Karte  angezeigt  wurden. 

Die fertig verdrahtete, funktionsfähige  Mess-Einheit.

Rechts auf dem  Luft-Ansaug-Schlauch ist der  Temperatur / Luftfeuchte-Sensor  DHT-22  zu sehen. 


Der  Luft-Auslass  befindet sich an der gegenüber liegenden Seite.  

Wer genauer wissen will  wie Feinstaub  definiert ist und überhaupt, dem  sei  eine Recherche  bei 'Wikipedia' 

empfohlen.  

Juli  2019 : 

Das  Projekt  'hackAIR'  hat sich wohl  so gut wie  erledigt . . . 

Mein Sensor ist  weit und breit der einzigste . . .  In Hamburg, bei  Lübek,  Dresden, . . .  senden noch  vereinzelte  Sensoren. 

Aber auch in Ost-Friesland und den Niederlanden. 


August  2019 

Nachdem ich mich ein wenig bei  Luftdaten.info  eingelesen hatte, mache ich mich daran  den  dort verwendeten  Microcontroller :   NodeMCU-DevKit  mit dem  iMac  zu verbinden.  Die  erforderliche  Treiber-Software  lies  sich diesmal   problemloser  installieren, da ich ja nun  wusste, wie ich  die  Wehrhaftigkeit  des  iMac's   bezüglich  fremder USB-Treiber  minimieren  kann.  Die Kommunikation funktionierte  sofort , die  von Luftdaten.info  bereitgestellte  lauffertige  Software  ließ sich ebenfalls  problemlos  in den  Microcontroller laden , ein  Reboot  wurde ausgelöst  und  die  Mess-Station  nimmt  ihre  Arbeit auf. 

Zuerst  loggt man  sich  mit dem  Smartphone  in  das  von der  NodeMCU  bereitgestelle  WLAN   ein  und  macht  das  folgend  zu benutzende  WLAN  bekannt,  worauf  die NodeMCU  einen  Reset  auslöst , sich  in das  deklarierte  Heim-WLAN  einbucht  und  sofort mit seiner  Arbeit  beginnt - genial.  Das  kann  bestimmt  (fast)   jeder.

 

Die  diesmal  verwendeten  'Flexjumper'  zum  verdrahten  der Baugruppen  sitzen  beim  Feinstab-Sensor  SDS 011  zu locker, weshalb ich sie  lieber gelötet habe um die  Betriebssicherheit  zu erhöhen - was  außerdem  noch Platz  spart.  Die  'NodeMCU'  bleibt  in dieser Testphase  jedoch über  Steckverbindungen  angeschlossen  um  sie  bei Bedarf  leichter  austauschen  zu können.  Die gerade benutzte  NodeMCU  ist  eine  Version 2 - Type - es gibt  jetzt  die  Version 3 , welche ich  umgehend  testen möchte.  Ich habe ja noch zwei  SDS 011  Feinstaub-Mess-Module   und  Temperatur / Feuchte-Sensoren  hier , welche es zu aktivieren gilt.  

Der  Temperatur / Luftfeuchte-Sensor  DHT-22-Modul  wird  ebenfalls  gelötet, weil auch  die  Stecker einfach  zu 'lasch'  sitzen - und weil es  auch hier  Platz   einspart. Das  Löten  erfordert  allerdings  einen geeigneten Lötkolben  sowie eine  schlanke  Lötspitze  ( 1 mm ) , weil  man  sonst  gleich eine Kurzschluß-Brücke  löten  könnte / würde. 

Eine   5 Volt  Powerbank  zur  Stromversorgung  und schon  liegt der neue  Feinstaub-Sensor  provisorisch  regengeschützt  auf  einem Terassen-Regal.   😃  

Auf  der  Karte  von  Luftdaten.info  sieht das so aus. 

Hier sind gleich mehrere Mess-Stationen in der Nähe .  Die  Diagramme  machen  die Messwerte  sehr übersichlich und  Informativ. 

Auf der Karte / Seite von :  opensensemap.org  , wo  ich meine Daten  parallel  hin sende ,  wird das so dargestellt

Der  Controller  der  Sensor-Einheit   DL7XF-1

Das  jetzt  verwendete  NodeMCU V.2

Microcontroller-Board.  

Die  neue Version  :  NodeMCU V.3

 

Als  nächstes  beschaffe  ich  das Combo-Sensor-Modul  :  BME 280   von Bosch welches : Luftdruck , Luftfeuchte und die Umgebungs Temperatur erfassen kann. 

 

. . .  in  Bearbeitung . . . 

Edit : 21.08.19

Bernhard Bornschein , Berlin 

DHT 22-Modul  : 

Dig. Feuchte- / Temperatur-Sensor

0 ...100 % (+/-2%)  / -40  bis + 85° C

DHT 11-Modul  :   ( veraltet )

Dig. Feuchte- / Temp - Sensor

20 ..90 % (+/-5%)  / 0  bis + 50° C

BME 280

Die  Controller / Sensor-Fotos  :  'SEGOR electronics GmbH  Berlin'

Dort sind auch  alle Bauteile  vorrätig.     www.segor.de