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CoMoS-Sensorstation hilft, Luft- und Umweltqualität zu überwachen

Diese schmale Sensorstation zum Nachbauen hilft, die Qualität der Umgebung zu beobachten und überwacht Temperatur, Luftfeuchtigkeit und mehr.

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Wie gut sind die Umweltbedingungen am eigenen Arbeitsplatz – oder zu Hause? Das Comfort Monitoring Station (CoMoS) der TU Kaiserslautern gibt darauf Antwort. Die ESP32-basierte Sensorstation lässt sich einfach nachbauen und selbst programmieren. Sie kann sowohl einzeln eingesetzt werden, wie auch als System mit mehreren Geräten. Die Umweltdaten werden über Wifi an einen Server übertragen und können über eine App komfortabel ausgewertet werden.

Das Mess-System überwacht Lufttemperatur
, relative Luftfeuchte, 
Luftgeschwindigkeit, Helligkeit und die Strahlungstemperatur
 der umgebenden Oberflächen. Dazu sind in dem Zylinder der Si7021, ein kombinierter Sensor für Lufttemperatur und Luftfeuchte, der BH1750 für Beleuchtungsstärke und ein Wind Sensor von Moderndevice verbaut sowie ein DS18B20, der im schwarzen Tischtennisball die Strahlungstemperatur ermittelt. Mit dem Mikrocontroller ESP32-WROOM kommunizieren die Sensoren via 1-wire, I²C und analog (Wind Sensor).

Für die Auswertung der Stationen gibt es einen Server, der über W-Lan verbunden ist. Über den Aufruf eines PHP-Skripts auf dem Server werden die Daten aus dem http-Request ausgelesen und in eine MariaDB Datenbank geschrieben. Im durchsichtigen Gehäusefuß sitzt außerdem eine WS2811-LED, die mittels verschiedener Farben die aktuelle Funktion der Station anzeigt. Wer nur eine einzelne Station baut, kann auf den Server verzichten und die Sensordaten direkt auf dem ESP32 mit einer Web-App auswerten.

CoMoS-Sensorstation (7 Bilder)

Die CoMoS-Sensorstationen werden derzeit im Living Lab smart office space, einem Labor in Form eines Großraumbüros, getestet.

Für das Gehäuse nutzte das CoMoS-Team zunächst Standardbauteile aus Acryl, die angepasst und zum schmalen Zylinder zusammengefügt wurden. Einfacher wird der Bau mit passend gedruckten Teilen aus dem 3D-Drucker. Mit der bekannten Arduino IDE kann der ESP32 einfach programmiert werden. Im Code enthalten sind eigens ermittelte Kalibrierkonstanten und -gleichungen, für die das Team unter anderem einen kleinen Windkanal aus HT-Rohren baute. Da in den CoMoS-Stationen der ESP werkelt, der mit einer anderen Spannung betrieben wird als der Arduino, waren etwa die vom Hersteller des Windsensors vorgegebenen Daten nicht anwendbar.

Gebaut und gestetet wurde die Sensorstation im Living Lab smart office space, einer gemeinsamen Einrichtung des Fachgebiets Gebäudesysteme und Gebäudetechnik der TU Kaiserslautern und des Forschungszentrums für Künstliche Intelligenz (DKFI). Im Living Lab wird Technik für Smart Offices entwickelt, wozu auch die vorausschauende Gebäuderegelung gehört. Da die Technik zur Erfassung von Umgebungsbedingungen ansonsten über 3000 Euro pro Gerät kostet, musste eine günstigere Lösung her, um unfangreiche Messungen durchführen zu können. Die Materialkosten der Selbstbaustation liegen dagegen bei rund 50 Euro.

Erste CoMoS-Versionen sahen eine Umsetzung mit Arduino-Boards und Bluetooth oder Funkmodulen vor. Da die Systeme zu instabil liefen, stieg das Team schließlich auf den Wifi-Mikrocontroller ESP32 und NodeMCU um. Neben dem Einsatz in Büros könnten die Stationen auch für das Langzeit-Monitoring von denkmalgeschützten Gebäuden genutzt werden, so die Forscher. Ihre englischsprachige Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Nachbau der Sensorstation gibt es auf der Anleitungsplattform Instructables. Weitere Sensormodule stellen wir in unserer Übersicht von 19 Umweltsensoren für Arduino und Raspberry Pi vor. (hch)