Feinstaubsensor

Wie kann die Luftqualität (hier Feinstaub) gemessen und visualisiert werden?

Das OK Lab Stuttgart hat einen Feinstaubsensor mit Deutschland weiter Präsentation der Daten entwickelt. Es werden 2,5 um große Partikel gemessen, und auf 10 um große Partikel hochgerechnet.

Einen Vergleich mit einem kommerziellen Messgerät git es hier (Messungen mit dem Feinstaubsensor SDS011) als PDF Datei.

Die Bauanleitung beschreibt alles wichtige zum Aufbau.

Wenn man einen 3D Drucker hat, kann man schnell ein gut passendes Gehäuse (Maße BxHxL: 75 x 50 x 100 mm) selbst herstellen. Die .stl Datenfiles bekommt man hier.

attachment:Feinstaubsensor_montiert_DSC07898.jpg

Das montierte Gehäuse am Dachfenster Rahmen sieht man im Bild rechts.

Wenn man auf eine Bild mit der linken Maustaste klickt, wird es vergrößert angezeigt.

Viele Fragen sind bereits im FAQ Abschnitt erklärt.

Aufbau

Der Aufbau ist bei https://luftdaten.info gut beschrieben, aber zu dem Aufbau mit dem 3D Druck gibt es noch keine Hinweise. Das soll hier ergänzt werden.

Die Stromversorgung erfolgt mit einem Stecker Netzteil 5 V @ 1 A. Der Dauerstrom ist circa 200 mA, aber bei WLAN Betrieb kann der Spitzenstrom deutlich höher gehen. Daher soll das Netzteil circa 1 A liefern können.

attachment:Feinstaubsensor_Front_DSC07896.jpg

Gehäuse Front

Auf der Gehäuse Front ist der Temperatur und Luftfeuchte Sensor befestigt, und die Luft Ansaugöffnung platziert.

Wenn die Möglichkeit besteht, das Regen an das Gehäuse kommt, sollte es nach unten geneigt montiert werden, wie im ersten Bild zu sehen ist.

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attachment:Feinstaubsensor_Deckel_DSC07895.jpg

Deckel

Das 3D-Druck Gehäuse ist sehr schön gestaltet, es gibt aber 3 Punkte zum Nacharbeiten:

  1. Die Deckel Befestigungsschraube ist mit angegebenen M3x25 zu dünn, oder das Loch zu groß. Ich habe dann in die Bohrung M4 Gewinde geschnitten, und eine M4x15 mm Schraube benutzt.
  2. Der Ausschnitt im Deckel für das Stromversorgung Kabel müsste circa 5 mm in Richtung Ausblasöffnung versetzt werden, damit es passt. Man kann sich aber mit einer Halbrund Feile behelfen, und den Ausschnitt so erweitern, dass der USB Stecker ohne zu klemmen gesteckt werden kann.

/!\ Den USB Stecker sollte man niemals mit Kraft auf das Modul stecken, sonst reißt die USB Buchse auf dem Modul ab (eigene Erfahrung :-(.

Mit einem Aluminium Winkel ist das Gehäuse mit 2 cm Abstand von der Wand befestigt. Das sollte für das staufreie Ausblasen der Luft reichen.

attachment:Feinstaubsensor_innen_DSC07894.jpg

Innenleben

An den Sensor DHT22 lötet man 3 Dupont Buchse-Buchse Kabel, wobei ein Buchse Ende mit 2 cm Draht abgeschnitten wird. Das kann dann bei dem Anschluss am Feinstaub Sensor SDS011 weiter verwendet werden.

Das Schaltbild ist bei der Original Anleitung dabei.

Bei dem SDS011 mitgelieferte Flachband Kabel schneidet man den schmäleren Stecker mit circa 5 cm Kabel Länge ab. An die 4 offenen Enden kommen Dupont Buchsen mit circa 2 cm Drahtlänge.

Die Dupont Buchsen werden dann nach Schaltplan am NodeMCU Modul aufgesteckt.

Dann muss für den USB Stecker vom Stecker Netzteil der Deckel Ausschnitt angepasst werden, bis er leichtgängig auf das NodeMCU Modul aufgesteckt werden kann.

Software

Zum programmieren von dem ESP8266 (in NodeMCU) ist das sicherste, Platform übergreifende Programm esptool.py (version 2.3.1, aktuell 2.5), das vom Hersteller Espressif angeboten wird.

/!\ Zur Benutzung von pip ohne sudo siehe pip Hilfe

# Installiere Python 3, oder Python 2.7, wenn nicht bereits vorhanden
# Installiere esptool.py im Terminal:
$ sudo pip3 install esptool
oder
$ sudo pip install esptool
oder 
$ sudo pip2 install esptool

# Prüfe die Version
$ esptool.py version
esptool.py v2.3.1
2.3.1

# Der Port ist bei Linux normalerweise:
$ ls /dev/ttyU*
/dev/ttyUSB0

Eine Ergänzung zur original Anleitung der Firmware Programmierung unter Mac OS:

# Stelle den Pfad ein, z.B.
$ cd /Volumes/DAT/HDA8/INSTALL/Develop/Feinstaub

# esptool Hilfe
$ esptool.py -h

# teste NodeMCU serial port
$ ls /dev/cu.w*
/dev/cu.wchusbserial14320

# Zur Funktionsprüfung: Auslesen der Chip ID
$ esptool.py -p /dev/cu.wchusbserial14320 chip_id
esptool.py v2.3.1
Connecting....
Detecting chip type... ESP8266
Chip is ESP8266EX
Features: WiFi
...
Chip ID: 0x0011686c

# Auslesen der MAC Adresse
$ esptool.py -p /dev/cu.wchusbserial14320 read_mac
esptool.py v2.3.1
Connecting....
Detecting chip type... ESP8266
Chip is ESP8266EX
Features: WiFi
...
MAC: 5c:cf:7f:16:53:21

# Auslesen der flash ID und Größe
$ esptool.py -p /dev/cu.wchusbserial14320 flash_id
esptool.py v2.3.1
Connecting....
Detecting chip type... ESP8266
Chip is ESP8266EX
Features: WiFi
...
Manufacturer: e0
Device: 4016
Detected flash size: 4MB

# Flash ROM löschen, nur im Spezialfall
$ esptool.py -p /dev/cu.wchusbserial14320 erase_flash
esptool.py v2.3.1
Connecting....
Detecting chip type... ESP8266
Chip is ESP8266EX
...
Erasing flash (this may take a while)...
Chip erase completed successfully in 8.5s

# Flash ROM programmieren, mit File latest_de.bin
$ esptool.py -p /dev/cu.wchusbserial14320 write_flash -fs 4MB -fm dout 0x0 latest_de.bin
esptool.py v2.3.1
Connecting....
Detecting chip type... ESP8266
Chip is ESP8266EX
Features: WiFi
...
Configuring flash size...
Flash params set to 0x0340
Compressed 462400 bytes to 319281...
Wrote 462400 bytes (319281 compressed) at 0x00000000 in 28.4 seconds (effective 130.2 kbit/s)...
Hash of data verified.

Leaving...

Jetzt kann man den Feinstaub Sensor verdrahten und nach original Bauanleitung in Betrieb nehmen.

attachment:Feinstaub_Karte_Wiesbaden.png

Betrieb

Damit der Sensor Teil des Netzwerkes wird, muss man noch ein Formular ausfüllen. Das hat den Vorteil, dass die eigene Feinstaub Messstation auf einer Karte der Messstationen, Wiesbaden erscheint, und man den aktuellen Messwert sieht, wenn man auf das Sechseck der Station klickt.

Rechts ist ein Ausschnitt der Karte von Wiesbaden zu sehen.

Die Eintragung in die Karte kann ein paar Tage dauern, da sie manuell eingepflegt wird.

attachment:Feinstaubsensor-sds011-1-day.png

Die Messdaten werden sofort nach Inbetriebnahme an den Messdaten Server geschickt, und in einer RRDTool Datenbank gespeichert. Es gibt 2 Auswerteseiten mit Diagrammen, für den Feinstaub und Temperatur und Luftfeuchte.

Von der Signalstärke beim WLAN in den letzten 3 Tagen gibt es auch ein Signalstärke Diagramm.

Rechts ist das Diagramm von dem Feinstaub PM10, von einem Tag.

Die eigene Auswerte Webseite bekommt man, wenn man in der angegebenen Webadresse die eigene Station ID (esp8266-xxxxxxx) einträgt.

Die Diagramme haben folgende Zeitspannen:

attachment:Feinstaubsensor-dht-25_Hum-day.png

Im nächsten Diagramm rechts ist die Luftfeuchte über den gleichen Tag aufgetragen.

Da sieht man, dass leider die Luftfeuchte die Feinstaub Messung beeinflusst.

In der Spezifikation des Sensors ist die maximale relative Luftfeuchtigkeit (r. F.) bei der der Sensor betrieben werden sollte mit 70 % r. F. angegeben.

Eine Vergleichsmessung mit einem kommerziellen Gerät gibt es im Bericht messungen_mit_dem_feinstaubsensor_sds011.pdf.

Aus der Abbildung 4.1.1 kann man herauslesen, dass bei einer relativen Feuchte bei 70% der Messwert gegenüber dem kommerziellen Gerät um circa 50% erhöht ist.

Aus der Abbildung 4.1.2 kann man herauslesen, dass bei einer relativen Feuchte bei 30% der Messwert gegenüber dem kommerziellen Gerät circa 25% geringer ist.

Bei einer relativen Luftfeuchte von 50% ist die Übereinstimmung am besten.

Zur rechnerischen Fehler Korrektur des Feinstaub Messwertes gibt es eine Abhandlung.

  1. Original Anleitung

  2. Luftdaten/Feinstaub FAQ

  3. Feinstaub Wiki

  4. Karte der Messstationen, Welt

  5. Feinstaub Messgenauigkeit

  6. Links zu Luftdaten

  7. API Programmierung

  8. Programmier Software esptool.py von Espressif (Hersteller)

-- RudolfReuter 2018-09-14 16:04:47

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Feinstaubsensor (last edited 2018-09-19 13:11:29 by RudolfReuter)