CO2 Ampel selber bauen

 Jetzt, wo das homeschooling hoffentlich vorbei ist (und bleibt), wird es Zeit, sich ein paar Gedanken zu machen, wie man mit dem New Normal™ in Klassen- und Horträumen oder bei uns in der Uni umgehen kann. Grade wenn das Wetter im Herbst ungemütlicher wird, ist es nicht mehr so einfach, alle Fenster dauerhaft aufzureissen. Andererseits wissen wir,  das eine wesentliche Komponente der Virusübertragung Aerosole sind, also so feine Tröpfchen, dass diese in der Luft schweben und nicht nach den 1,5 bis 2m auf den Boden fallen. Sie werden auch von den üblichen Masken nicht wirklich gut aufgehalten. Es hat sich wohl aber gezeigt (Literatur siehe unten), dass ein gutes Maß für die Ansammlung von Aerosolen die CO2-Konzentration in der Atemluft ist, schliesslich kommen sowohl Aerosole als auch CO2 aus der ausgeatmeten Luft. Für CO2 gibt es aber gute Sensoren, was liegt da näher als ein kleines Bastelprojekt. Auf verschiedene Nachfrage schreibe ich hier zusammen, was ich für meinen Prototypen bisher gemacht habe.

Basis ist der CO2 Sensor MH-Z19B, der seinen Messwert auf einer seriellen Schnittstelle an einen Arduino Nano übergibt. Die Ausgabe erfolgt über ein kleines Display. Der Aufbau ist recht einfach, an den Arduino habe ich Steckerleisten gelötet, das Display lässt sich da einfach dranstecken, für den Sensor sind vier Kabel zu löten.

Einkaufsliste (Preise von Reichelt)

• MH-Z19B 27,00 Euro
• Debo LCD 160x80 Pixel 8,68 Euro 
• Arduino Nano 8,76 Euro
• Micro-USB Netzteil 7,02 Euro (Achtung, falsch, der Arduino Nano hat einen Mini-USB Anschluss, nicht Micro! Also entweder ein anderes Netzteil bestellen oder noch einen Adapter. Oder man hat eh noch so ein Kabel und Netzteil in der Ecke liegen)
• Gehäuse / Montageplatte (noch nichts ausprobiert)

Alles in allem ist man also mit gut 50 Euro dabei (billiger, wenn man noch ein altes Netzteil rumliegen hat oder das Ding per USB an einen Computer anstöpselt).

Update 31. Oktober: Offenbar gibt es grade überall Lieferschwierigkeiten für den MH-Z19B, offenbar wollen alle CO2-Ampeln bauen. Mir scheint, im Moment sind die Aussichten bei Ebay am besten. Kaufalternativen für das Display erwähne ich in der Aufbauanleitung.

Zum Verbinden kann man einfach die Anleitungen für das Display (Seite 13) und die Anleitung von Harald Angerer (ich benutze seine UART Variante) kombinieren. Aus diesen beiden Quellen stammt auch in die Inspiration für die Software (noch in einem ziemlichen Baustellenzustand).

Der Einfachheit halber zeige ich die CO2 Konzentration in PPM an und unterlege diese farblich in grün, wenn sie unter 750ppm ist, in rot, wenn sie über der "Pettenkovenzahl" von 1000ppm ist und gelb dazwischen.

Für ein schulalltagstaugliches Gehäuse oder Montage bin ich noch auf der Suche.

Update: Das mit dem Gehäuse ist schwieriger, daher habe ich alles erstmal auf eine Plexiglasplatte montiert (zT mit Kabelbindern).

Update: Um die Software zu bekommen, macht ihr am besten ein "clone" des Repository bei Github, dafür braucht es irgendeinen git-client (gibt's für alle Betriebssysteme). Und um das Programm dann auf den Arduino zu bringen, braucht ihr die Arduino-IDE. Darin die Datei 

./LCD/0.96inch_LCD_Module_code/Arduino/LCD_Show/LCD_Show.ino

öffnen, kompilieren ("verify") und hochladen. 

2. Update 6. November 2020: Inzwischen hat mir Reichelt nochmal Material für zwei weitere Sensoren geschickt, die ich auch gleich zusammengebaut habe.

Dabei habe ich ein paar Dinge noch gelernt: Ich habe das falsche Netzteil bestellt! Es braucht Mini-USB (ist etwas dicker) und nicht Micro-USB (das ist der Anschluss zB von Android-Handys). Entweder gleich richtig kaufen oder wie ich noch nen Adapter nachkaufen.

Ausserdem habe ich mit zwei Sensoren jetzt die Möglichkeit, die Werte zu vergleichen. Und was soll ich sagen? Die Trends bekommen sie ganz gut gleich hin, aber die Werte liegen doch schon mal um 100ppM auseinander.

    

Das untersuche ich jetzt erstmal weiter. Vor allem, was die (Auto-)Kalibierung des Sensors angeht. angeblich stellt der sich ja immer so ein, dass der niedrigste Wert der letzten 24 Stunden als 400ppm geeicht wird. Das kann ich noch nicht so ganz bestätigen. Aber vielleicht habe ich noch nicht lange genug gewartet.

Man kann aber auch manuell eine Kalibrierung auslösen. Am einfachsten geht das, indem man den H0-Pin des Sensors für 7 Sekunden auf Masse legt (geht mit einem Kabel oder vornehmer mit einem Taster). Dann soll der Momentane Messerwert als 400ppM festgesetzt werden. Das heisst, man sollte das machen, wenn der Sensor schon eine Weile an der frischen Luft liegt. Ich werde das untersuchen und berichten.

48 Stunden später zeigt sich, dass die Autokalibrierung anscheinend doch sehr gut funktioniert: Wenn die Dinger eine weile gelaufen sind, unterscheiden sich die Messwerte nicht mehr wesentlich:

Nur, wenn ich das Fenster aufmache, fantasiert der eine Sensor kurzfristig, allerdings könnte das auch ein Temperatureffekt sein.

Zum Schluss sollte nicht unerwähnt bleiben, dass bei den Freunden der UN-Hack-Bar, die ein ähnliches Projekt, allerdings mit etwas größerer Reichweite am laufen haben, Schlauberger darauf hingewiesen haben, dass man doch nicht irgendwelchen Bastelkram an einer Schule in Betrieb nehmen darf, sondern man eine Zulassung nach DGUV Abschnitt 3 braucht (die ist dafür verantwortlich, dass alle zwei Jahre ein Typ in mein Büro gelatscht kommt, und mal alle vorhanden Stecker in seine Kiste reinstecken will, schaut ob auch das Gehäuse ordentlich geerdet ist und dann einen Aufkleber auf das Gerät klebt). Als (zum Glück) ehemaliger Sicherheitsbeauftragter scheint mir das aber für eine digitale Schaltung mit 5V Stromversorgung nicht relevant zu sein (oder höchstens für das Netzteil, das dürfen sie gerne prüfen).

Update 8. November: Mich erreichen Bilder eines Sensors (auf Basis eines Arduino Uno) in einem schicken Holzkästchen. Die dafür nötigen Laser-Cutter Daten finden sich jetzt auch im Repository bei Github.

Hier noch ein Bild eines anderen Gehäuses, das mich aus Münster erreichte (Daten für den 3D-Drucker auch im repository):

Ich habe den Link auf diesen Post inzwischen weiter rumgereicht. Vielleicht ist für einige die obige Bauanleitung doch etwas zu knapp. Dann bitte gerne per mail bei mir melden: Robert Helling

Update: Da einige Nachfragen kamen, habe ich doch noch eine ausführliche Aufbauanleitung geschrieben.

Literatur über CO2 als Aerosolproxy:

• Corona-Ansteckung: Können einfache CO2-Messgeräte schützen?
• Coronavirus can float in air and WHO and CDC should tell people that, experts say - CNN
• Coronavirus: Mit CO2-Sensoren gegen die Pandemie | ZEIT ONLINE
• https://www.bghm.de/fileadmin/user_upload/Coronavirus/Coronavirus-BGHM-Zusatzinformationen-Lueftungsverhalten.pdf
• https://www.heise.de/amp/news/CO2-Ampel-Erfahrungsbericht-aus-der-Schule-4932471.html