Feinstaubsensor – Teil 2: Einkaufsliste

Helmut 29. August 2017 7 Kommentare

Im heutigen Teil des Feinstaubprojekts geht es um die einzelnen Komponenten der Messstation und um deren Beschaffung. Letzteres ist gar nicht immer so einfach, den Feinstaubsensor SDS011 zum Beispiel bekommt man in Deutschland nur sehr teuer, da kann es sich lohnen, direkt in China zu bestellen. Bei anderen Komponenten, wie dem Mikrocontroller NodeMCU, haben wir ebenso die Wahl, ob wir sie zu einem günstigen Preis ebenfalls direkt in China bestellen, was mit mehreren Wochen Lieferzeit einher geht, oder lieber schnell aber teurer zum Beispiel über Amazon.

Die Komponenten

Die original Einkaufsliste gibt es auf der Stuttgarter Projektseite als Vorspann zur Bauanleitung. Dort sind die Elektronikbauteile auch mit der entsprechenden Seite bei Alibaba verlinkt. Interessierten Lesern empfehle ich die Stuttgarter Projektseite ausdrücklich. Ich werde zwar immer wieder darauf Bezug nehmen, aber mein Aufbau schaut in einigen Bereichen etwas anders aus, als das Stuttgarter Original. Dabei liegen die Unterschiede vor allem in der Stromversorgung. Der Leser möge abhängig von seinen eigenen örtlichen Gegebenheiten wählen, welches Konzept für ihn sinnvoller ist.

Zur Beschaffung sage ich unten noch ein paar Worte.

NodeMCU

Das ist der Mikrocontroller und damit das intelligente Herz der Schaltung. Gut, ganz stimmt das jetzt nicht, denn der Mikrocontroller-Chip ist eigentlich der ESP8266, das ist das metallisch glänzende Teil im Bild links. Der bringt bereits von sich aus eine WLAN-Schnittstelle mit und ist zusammen mit einem USB-Anschluss, zwei Tastern, einer LED und einer Spannungsstabilisierung auf einem kleinen Board verbaut. Dieses Board nennt sich NodeMCU und das führt über zwei Stiftleisten jede Menge Anschlüsse des Mikrocontrollers nach außen. Zur NodeMCU gehört auch eine vorinstallierte Firmware, die entweder auf AT-Befehle reagiert oder per LUA programmiert werden kann. Über all das brauchen wir uns für das Feinstaubprojekt aber keine Gedanken machen. Aufpassen müssen wir aber, dass wir das richtige Board erwischen. Es gibt inzwischen nämlich drei NodeMCU-Versionen und die haben weder die gleiche Größe noch die selbe Pin-Belegung. Auf dieser englischsprachigen Seite sind alle Modelle abgebildet, falls sich jemand unsicher ist, welches Board er auf dem Tisch liegen hat. Wir brauchen für das Feinstaubprojekt die Version 3 des NodeMCU-Boards, auch LoLin-Board genannt. Das erkennt man daran, dass auf der Rückseite – also auf der Seite der Anschlussstifte – LoLin NodeMCU V3 steht. Sollte die Rückseite hingegen weiß sein und den Schriftzug Amica tragen, handelt es sich um eine Version 2. Die Abmessungen des NodeMCU V3 Boards betragen etwa 58x31mm, damit ist der Mikrocontroller kleiner als der Feinstaubsensor.

NodeMCU V3 bei Alibaba – NodeMCU V3 bei Amazon, Preis zwischen 3,50 und 8 Euro je nachdem, ob in China oder in Deutschland bestellt wird.

Feinstaubsensor

Unser Feinstaubsensor ist ein nova PM SDS011. Das Stuttgarter Projekt hatte früher einen anderen Sensor verwendet, aber der SDS011 ist der aktuelle Typ. Auf der Platine in der Größe von 70x70mm ist ein metallisch glänzendes Gehäuse aufgebracht, das ist die Messkammer. Ober drauf sitzt ein kleiner Lüfter (im Bild rechts in schwarz), der während der Messphase Luft über den Anschluss oben in die Messkammer saugt. Der Luftaustritt erfolgt am Lüfter selbst – im Bild wäre das nach unten. Der SDS011 kann zwei verschiedene Feinstaub-Partikel-Größen detektieren: 2,5µm und 10µm Korngröße. Die werden auch getrennt erfasst und weiter gemeldet. Auf den Ansaugstutzen oben wird beim Zusammenbau ein Stück Schlauch geschoben, das in ein Rohrende des Gehäuses hinunter führt. Links unten befindet sich eine Steckerleiste – dort verkabeln wir den Sensor später mit vier Drähten zum NodeMCU-Board.

SDS011 bei Alibaba  –  SDS011 bei Amazon, Preis zwischen 21  und 42 Euro

Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor

Dieser Sensor ist eigentlich optional, aber ich sehe keinen Grund, warum wir darauf verzichten sollten. Der Sensor ist ein Typ AM2302 / DHT22 und wird gerne in Raspberry Pi und Arduino Projekten als Temperaturfühler eingesetzt. Die Abmessungen sind mit 34x15mm recht kompakt, er kann mit 3,3V und mit 5V betrieben werden. Die Anschluss-Pins haben die richtige Größe, so dass wir wieder direkt mit Steckkabeln arbeiten können. Von den vier Pins werden allerdings nur drei benötigt. Der Sensor wird ebenfalls in einem senkrechten Arm der Rohrkonstruktion, in der Nähe der Öffnung platziert. Zur Befestigung kann er an seinen Anschlusskabeln mit einem Kabelbinder an den Luftzuführungsschlauch gebunden werden.

DHT22 bei Alibaba – DHT22 bei Amazon, Preis zwischen 2,20 und 7 Euro

Verbindungskabel

Zur Verdrahtung der oben aufgeführten Komponenten braucht man sieben von diesen Jumper-Cables (beidseitig weiblich, 20cm). Die Verpackung enthält 40 Stück. Überschüssige Kabel lassen sich für andere Mikrocontroller- oder Raspberry Pi Projekte verwenden.

Kabel bei Alibaba – Kabel bei Amazon, Preis zwischen 0,80 und 4 Euro für 40 Stück

Zwei Abwasserrohrwinkel

Zwei Stück Marley HT Bögen DN75 87 Grad werden bei diesem Projekt als als Gehäuse verwendet. Auf einer Seite ist jeweils ein Gummiring eingelegt, in den sich das zweite Rohr wasserdicht einschieben lässt. Das original Stuttgarter Projekt lässt die Rohre im ursprünglichen Grau – ich hab sie weiß angestrichen, damit sie sich in der Sonne nicht so stark aufheizen und dadurch die Temperaturmessung verfälscht wird. Die gesamte Elektronik wird im Inneren der beiden Rohre untergebracht. Am günstigsten bekommt man diese Bögen im Baumarkt, etwas teurer bei Amazon.

Marley HT Bogen im Baumarkt – Marley HT Bogen bei Amazon, Preis pro Stück zwischen 0,80 und 1,30 Euro

Stromversorgung

Im Stuttgarter Feinstaubsensor-Projekt wird zur Stromversorgung ein 5V USB-Steckernetzteil (Amazon) verwendet und ein entsprechendes USB-MicroUSB-Kabel 2m (Amazon). Das geht nur bei entsprechend kurzen Distanzen. Wenn größere Entfernungen zu überbrücken sind, dann kann man es so wie ich machen und die Sensorgruppe mit einer höheren Spannung anfahren, die dann erst im Rohrgehäuse auf 5V herunter gewandelt wird. Dann sind folgende Komponenten erforderlich:

• ein beliebiges billiges Laptopnetzteil mit 19V-Ausgang (Amazon) (ca. 10 Euro, vielleicht liegt aber noch eins in der Computerkiste),
• ein Micro-USB-Stecker (Amazon) mit Lötanschluss (Preis ca. 2,20 Euro für eine Packung mit 10 Stück),
• ein LM2596S DC-DC Step-Down (Amazon) Schaltregler zur Spannungswandlung (Preis ca. 10 Euro für eine Packung mit 5 Stück) und
• ein entsprechend langes 2-adriges Kabel (möglichst wasserdicht)

Zum Thema Stromversorgung des Feinstaubsensors wird es einen eigenen Blogartikel geben.

Kleinmaterial

Und dann noch ein paar Kleinteile, als da sind:

• Ein Stück PVC-Schlauch mit Innendurchmesser 6mm (Amazon) – Meterware aus dem Baumarkt, benötigt werden ca. 20cm,
• Kabelbinder,
• zwei Reste eines Fliegengitters (z.B. von Tesa bei Amazon) um die beiden Rohröffnungen insektendicht zu verschließen,
• optional feines Schleifpapier und weiße Acrylfarbe, wenn das Gehäuse weiß lackiert werden soll.

Falls abweichend vom Originalprojekt der 5V Schaltregler in den Rohren angebracht werden soll, kann der Innenaufbau auf einer Kunststoffplatte mit entsprechenden Bohrungen und Nylon Abstandsbolzen erfolgen. Dazu braucht man:

• eine Kunststoffplatte 1,5mm (Amazon) Endmaß: 128x66mm (Preis ca. 8 Euro für eine Platte 320x200mm) oder etwas ähnliches und
• einen Satz M2,5 Nylon M-F Abstandsbolzen/Schrauben/Muttern (Amazon) (Preis ca.13 Euro). Diese Teile können ebenfalls für andere Mikrocontroller- und Raspberry Pi Projekte verwendet werden.

Beschaffung der Teile

Den PVC-Schlauch und die beiden Abwasserrohre bekommt man am einfachsten im Baumarkt um die Ecke. Ebenso Kabelbinder und wenn gewünscht weiße Farbe und Schleifpapier.

Bei den Elektronikteilen muss man feststellen, dass eine Bestellung direkt in China wesentlich günstiger kommt als der Einkauf in Deutschland. Dabei ist es für uns in Deutschland kein Problem, direkt in China einzukaufen, Alibaba machts möglich. Und Alibaba ist nicht irgendwer, sondern schlichtweg der größte Einzelhändler der Welt – noch vor Walmart. Also einfach dort online einen Account einrichten und bestellen? Im Prinzip ja, aber es gibt natürlich auch ein paar Nachteile:

• Das ist vor allem die Lieferzeit. Wenn ich ein verfügbares Produkt bei Amazon bestelle, dann warte ich einen oder zwei Tage, bis ich es in Händen habe. Lieferungen aus China dauern mehrere Wochen. Das sollte man einkalkulieren.
• Die deutsche gesetzliche Gewährleistung gilt natürlich nicht und selbst wenn der chinesische Anbieter Garantien gibt, muss man sich die Frage stellen, ob man ein Produkt im Wert von wenigen Euro wirklich nach China zurückschicken will.
• Die Website von Aliexpress kommt zwar auch in Deutsch daher, die Übersetzungen der Produktbeschreibungen hat aber  automatisch ein Programm erledigt und das merkt man auch. Die Preise sind in US-$ und die Bezahlung muss oft per Kreditkarte erfolgen (mit entsprechendem Auslandsaufschlag von 1,5%) Nur wenige Händler akzeptieren Paypal.
• Generell unterliegen Waren, die aus Drittländern eingeführt werden, Einfuhrabgaben (also Zoll und Einfuhrumsatzsteuer. Aber es gibt Wertgrenzen unterhalb derer keine Abgaben fällig werden. Näheres dazu findet man auf der Internetseite des deutschen Zolls. Wenn man also konsequent darauf achtet, Einzelteile auch einzeln zu bestellen, wird man bei den Elektronikteilen – um die es in diesem Projekt geht – in der Regel abgabenfrei und ohne Versandkosten davon kommen. Die Ware liegt irgendwann in Form eines kleinen Versandtütchens im Briefkasten.

Der Onlineshop von Aliexpress ist ähnlich komfortabel wie der von Amazon. Prinzipiell kann man dort auch bestellen, ohne einen eigenen Account anzulegen, damit nimmt man sich aber die Möglichkeit der Sendungsverfolgung und der Online-Reklamation. Meine Empfehlung: Ein Benutzerkonto bei Aliexpress anlegen, die Teile einzeln bestellen und einzeln bezahlen und dann einfach ein paar Wochen warten. Wer es eilig hat, der kann natürlich auch bei Amazon bestellen.

Wie geht es weiter?

Bevor alle Teile zusammengebaut werden, muss zuerst die Software aufgespielt (geflasht) werden. Dazu brauchen wir die Arduino-IDE (integrated development environment). Im nächsten Artikel zeige ich, wie die Arduino IDE auf einer Linux-Maschine installiert wird und danach können wir die Feinstaubsoftware flashen. Dann geht es um die Stromversorgung und um Zusammenbau, Verkabelung und Konfiguration unseres Feinstaubsensors.

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