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
Die Sensor-Einheit : DL7XF-1 mit dem DHT-22 Meßmodul
Die Sensor-Einheit : DL7XF-2 mit dem BME-280 Meßmodul
Der Controller der Sensor-Einheit DL7XF-1
Das jetzt verwendete NodeMCU V.2
Microcontroller-Board.
Die neue Version : NodeMCU V.3
Die Controller / Sensor-Fotos : 'SEGOR electronics GmbH Berlin'
Dort sind auch alle Bauteile vorrätig. www.segor.de
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
Das Combo-Sensor-Modul : BME 280 von Bosch, welches zusätzlich den Luftdruck messen kann. Es ist das aktuell beste Mess-Modul in dieser Klasse.
Diesen Sensor verwende ich in der zweiten Feinstaub Meß-Einheit : DL7XF-2.
Die Karte mal stark 'aufgezoomt' zeigt wie weit das meist private Meßstellen-Netz bereits reicht.
An diesem Morgen den 02.01.2020 herrscht in weiten Teilen Deutschlands eine sogenannte 'Inversions-Wetterlage'. Das bedeutet, das die Temperatur zu höheren Luftschichten hin zunimmt. Auf dem Brocken (Harz) betrug die Temperatur an diesem Morgen ca. 08:30 Uhr über +4 °C, während es in tieferen Lagen um die 0 °C war. Sonst ist es immer umgekehrt. Die höheren Feinstaubwerte - Orange und Rot dargestellt, hängen damit zusammen. Genauer wissen das natürlich die Meteorologen - ich habe das noch nicht im Detail recherchiert. In Polen ist die Luft heute auch wieder etwas 'dicker' - allerdings wird dort noch sehr viel mit Kohle geheizt. Ebenfalls interessant ist an diesem Morgen auch die Luftgüte in Bulgarien : Während heute die Farbe Grün vorherrscht - also wenig Feinstaub - sieht man sonst viel mehr Orange und Rot.
In Australien gibt es nicht viele Meßstellen. Aber an der Ostküste, wo schon seit einigen Wochen, ja gar schon Monate heftige Waldbrände wüten, habe ich viel mehr Feinstaub erwartet. Heute am 02.01.2020 zeigt der Sensor #23084 in Sydney Werte über 400 µg pro Kubikmeter Luft an. Dort ist sonst auch alles im grünen Bereich. Offensichtlich natürlich von der Windrichtung abhängig.
Da es heute nun einige aktuelle Hardcopys von Feinstaub-Messungen gibt, stelle ich auch eine von meinen Meßstellen ein.
Meine älteste Sensoreinheit #30348 ist in letzter Zeit daueraktiv, während #31103 ein neues Gehäuse bekommen hat und erst seit heute parallel wieder aktiv ist.
Ganz gespannt war ich ja auf die Meßwerte von der Sylvesternacht, wo ich eigentlich mit viel höherer Feinstaubbelastung gerechnet habe. Um so besser das es anders kam. Tatsächlich war 'die Sicht' draußen besser als in den Vorjahren. Viel weniger Qualm.
Die 'normalen' Werte für PM10 Feinstaub liegen hier in der verkehrsberuhigten Zone so zwischen 10 und 30 µg / m3 Luft.
In der Sylvesternacht gab es eine Spitze bis knapp an die 500 heran wie man sieht - dann wird es erstmal wieder ruhiger bis der Nachschub geholt war um dann noch einmal punktuell loszulegen.
In dieser Zeit - so ein, zwei Stunden nach Mitternacht habe ich dann noch ein prächtiges Feuerwerk geboten bekommen.
Siehe : Foto-Session 2020
Edit : 02.01.20