CO2 Sensor

Eigentlich wollte ich schon viel früher einen CO2-Sensor in meinem Haus an verschiedenen Stellen platzieren, z.B.: im Bastelkeller oder im Büro. Das ganze gepaart mit einem "Luftgütesensor", Thermometer u.a. Dazu gekommen bin ich noch nicht aber Covid19 und das Thema der "Schulung und Lüftung" im Herbst hat mich dazu gebracht, die Seite im Bereich IoT - Internet of Things öffentlich zu stellen.

Für Menschen ist "gute Luft" wichtig. Wenige Minuten ohne Sauerstoff macht und den Garaus und zu viel CO2 ermüdet und ist ein Zeichen für schlechte Belüftung. Und das ist in COVID19-Zeiten ganz schlecht, da sich Aerosole anreichern und damit die Ansteckungsgefahr mit einem infizierten Menschen im Raum zunimmt. Speziell bei Schulen und Büros ist das natürlich ein interessanter Punkt.

Hinweis: Die meisten Sensoren kosten in Deutschland teilweise 10-20€ mehr, als wenn Sie diese im Internet aus China (Paketlaufzeit 4-6 Wochen) bestellen. Ich verweise dennoch auf mir "bekannte" Quellen, die oft ausführliche Beschreibungen beisteuern. Bei der Wahl des Lieferanten sind sie natürlich frei.

CO2 messen

Wenn Sie nach CO2-Sensoren suchen, dann finden Sie überwiegend optische Sensoren, bei denen das von einer speziellen Infrarot-LED ausgesendete Licht gemessen wird.

Bitte verwechseln sie diese nicht mit CO-Warnern, die in Wohnungen mit Kohle/Holz-Heizungen empfohlen sind. Diese funktionieren über einen Zinndioxid-Sensor, bei dem CO zu CO2 oxidiert wird und verändert die Leitfähigkeit.

Man macht sich dabei die charakteristische Eigenschaft zu nutze, dass CO2-Moleküle bestimmte Wellenlängen absorbieren, die andere Bestandteile der Luft nicht beeinflussen. Signifikant ist hier die Wellenlänge bei 4.26 μm


Quelle: https://en.wikipedia.org/wiki/Nondispersive_infrared_sensor

Basierend auf der Information gibt es natürlich mehrere Hersteller, die solche Sensoren herstellen. Mir sind da zwei Hersteller aufgefallen, deren Sensoren schon in verschiedenen IoT-Projekten verwendet werden:

Sensor Schnittstelle Beschreibung und Links

SCD30

  • UART
  • I2C
  • ModBUS
MH-Z14A
MH-Z16B
MH-Z19B
  • Analog
  • PWM
  • UART (3,3v)

Die Sensoren liefern ppm-Werte Daten auch per serieller Schnittstelle (3,3V) aus und ist damit sehr einfach mit gängigen IoT-Boards zu nutzen.

eCO2-Messung (VOC)

Die klassischen CO2-Sensoren sind zwar nicht sehr teuer aber dennoch haben sich alternative Wege gefunden, den CO2-Gehalt anhand anderer Messwerte zu schätzen. Schon länger gibt es "Luftgüte-Sensoren", die andere Schadstoffe und natürlich Temperatur, Feuchtigkeit u.a. messen. Wenn viele Menschen in einem Raum sind, dann enthält die Luft auch andere Rückstande von Molekülen aus der Atemluft. Wenn ein Sensor nun diese Stoffe ermittelt und die Konzentration in der Ausatemluft kennt, dann lässt sich damit auch ein CO2-Gehalt vermuten. Der Begriff "eCO2" (Effective CO2) oder "CO2eq" (CO2 Äquivalent)

Das funktioniert natürlich nur, wenn es keine anderen "Störquellen" gibt, die CO2 abgeben, z.B. ein Ofen, Kerzen, o.ä. In dem Fall wäre der gemessene CO2-gehalt geringer als real vorhanden. Zudem wissen wir alle, dass Pflanzen mit Sonnenlicht (Fotosynthese) das CO2 aus der Luft in Kohlenstoff und Sauerstoff aufspalten. Viele Pflanzen senken daher den CO2 Anteil ohne die anderen Stoffe vergleichbar zu verändern. Die Messung würde dann einen zu hohen C02-Gehalt anzeigen. Auch der Einsatz von Parfüm oder hohe Sonneneinstrahlung auf Materialen lassen den VOC-Wert überproportional ansteigen. Lüften wäre dann natürlich auch nicht schlecht

Dennoch gibt es Projekte und Beispiele für CO2-Ampeln für Räume. Sie sind natürlich eher "Schätzungen" aber doch ein besserer Indikator für "Bitte mal Lüften" als der eigene Körper, der eine schleichende Verschlechterung der Luftqualität nicht so einfach erkennt. Sensoren könnten sein

Sensor Schnittstelle Beschreibung Links

AS-MLV-P2

  • Analog

Bosch BME680

  • I2C
  • SPI

SGP30-2.5K

  • I2C

MG811/MG812

  • Analog

Auch hier gibt es sicher viele andere Sensoren, die die "Luftqualität" messen.

Projekte und Code

Wie anfangs gesagt habe ich selbst noch keinen Code für den CO2-Sensor geschrieben. Im ersten Schritt kann ich den Sensor auch einfach über einen TTL/RS232-Adapter mit 3,3V Pegel an einem PC anschließen und die Werte so auslesen. Aber es gibt jede Menge andere Projekte, die hier schon Software veröffentlicht haben.

Gehäusebau?

Eine Herausforderung bei Iot Projekten ist immer auch das Gehäuse. Gerade bei einem Co2-Melder gibt es unterschiedliche Ausprägungen, z.B. einfach ein klassisches Elektronik Kleingehäuse für den Chip und Sensor mit einer LED oder vielleicht einer LED-Leiste. Denkbar ist aber auch die Verwendung oder Abwandlung vorhandener Geräte  z.B.

  • WiFi E27-LED Leuchten / Home Steuerung
    Es gibt für kleines Geld fertige WLAN-Leuchten, die extern angesteuert werden können. Was hindert mich daran, so eine Leuchte als "Ausgabegerät" ansteuern zu lassen. Ein ESP8266/ESP32 könnte den CO2-Sensor auslesen und die WLAN-Lampe steuern
  • RGB-LED-Band
    Auch die allseits bekannten LED-Bänder mit Einzelansteuerung der LEDs (z.B. auf Basis des WS2812B) eignen sich für eine frei gestaltete Anzeige
  • ESP8266-Steckdose mit 220V Schaltausgang
    Es gibt eine Unzahl an "Wifi-Steckdosen", die einen Verbraucher per WLAN/App steuern können. Der meist darin verbaute ESP8266 hat oft Ports frei und kann mit einer eigenen Firmware direkt den Sensor lesen und über das Relais eine Anzeige oder sogar Lüftung schalten

Fertiggeräte

Es gibt eine ganze Menge käuflicher Geräte, die direkte CO2 messen und anzeigen. Sie sind natürlich teurer als der nackte einfache Sensor und machen nicht so viel Spaß beim Basteln. Auch ist die Preisspanne sehr breit, da es eine CO2-Standgeräte (ca. 50.100€) und Handheld-Geräte (80-120€) gibt. Die Funktion einer CO2-Messung wird auch mit weiteren Informationen (Feinstaub, Luftgüte, Temperatur, Druck etc. kombiniert.

Achten Sie genau auf die Beschreibung, ob das Gerät wirklich CO2 misst oder "nur" eCO2 schätzt.

Zudem werden Sie auch hier feststellen, dass viele Geräte auch direkt in China für 10-30€ weniger bestellbar sind. Lieferzeit, CE-Zeichen etc. wären da zu hinterfragen.

Ein Gerät ist mir aufgefallen, da es einen "WEMOS D1" (WeMOS IoT-Device) innen verbaut hat, um per WLAN Daten zu senden und dieser Chip natürlich auch mit einer ESP8266 3rd Party Firmware (Hier Tasmota) ausgestattet werden kann. Allerding ist es mit ca. 350€ schon sehr teuer. Da macht selbst basteln definitiv mehr Sinn

Weitere Links