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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Feinstaubsensor an Microcontroller


Autor: chris (Gast)
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Hier gibt es ein Projekt, bei dem man einen Feinstaubsensor mit 
Webanbindung selber bauen kann:
http://luftdaten.info/feinstaubsensor-bauen/

Ganz interessant ist die Feinstaubkarte, die online aktualisiert wird:
http://deutschland.maps.luftdaten.info/#6/51.165/10.455

Wenn man sie hin und wieder anschaut, sieht man, dass das ganze 
tageszeitabhängig ist.

Ich habe es leider nicht geschafft, die vorgefertigte Firmware zum 
Laufen zu bringen, deshalb werde ich jetzt einfach mal selbst Hand 
anlegen.

Schritt 1:
Den Sensor mit USB-Seriell-Adapter an den PC anschließen und die Daten 
mit Python auslesen:
#!/usr/bin/python
# -*- coding: UTF-8 -*-

import serial, time, struct

ser = serial.Serial()
ser.port = "/dev/ttyUSB0" # Set this to your serial port
ser.baudrate = 9600

ser.open()
ser.flushInput()

byte, lastbyte = "\x00", "\x00"

while True:
    lastbyte = byte
    byte = ser.read(size=1)
    
    # We got a valid packet header
    if lastbyte == "\xAA" and byte == "\xC0":
        sentence = ser.read(size=8) # Read 8 more bytes
        readings = struct.unpack('<hhxxcc',sentence) # Decode the packet 
        
        pm_25 = readings[0]/10.0
        pm_10 = readings[1]/10.0
        # ignoring the checksum and message tail
        
        print "PM 2.5:",pm_25,"μg/m^3  PM 10:",pm_10,"μg/m^3"
Den Code habe ich hier gefunden
https://gist.github.com/geoffwatts/b0b488b5a5257223ed53
und gleich korriegiert.

Autor: Old P. (old-papa)
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Oha, die Feinstaubmesstationen die ich kenne, sind Container am 
Straßenrand, vollgestopft mit allerlei Messgedöhns.
Irgendwie passen diese nicht zum reisserischen Titel "...Feinstaubsensor 
ganz einfach"

Dennoch: Viel Glück!

Old-Papa

Autor: chris (Gast)
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Ein Freund ist ein ausgewiesener Sensorexperte. Er hat die Meßwerte des 
Chinesischen Billigesensors mit denen der Meßstattionen verglichen. Das 
Ergebnis: Der sensor ist erstaunlich genau.

Was ich mich allerdings frage ist, wie langzeitstabil er ist.
Auf dem Sensor befindet sich ein kleiner Lüfter, der dauernd läuft. Ich 
weiß nicht, was die Lager von so einem Lüfter nach einem Jahr 
Dauerbetrieb machen.
Vielleicht wäre es am Besten, wenn man den Lüfter aktive abschalten 
würde.

Ich habe gerade ein kleines Experiment mit dem Python-Script und dem 
Sensor gemacht: Ein Streiholz anzünden und ausmachen. Der Sensor saugt 
die dünnen Rauchschwaden ein und reagiert sofort.

Autor: Olaf (Gast)
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> Oha, die Feinstaubmesstationen die ich kenne, sind Container am
> Straßenrand, vollgestopft mit allerlei Messgedöhns.

Die sagen dir ja auch noch welche Partikelgroesse und ob organisch oder 
nicht. Ausserdem muss die Kiste ja auch gross sein weil man da 
ordentlich Kohle mit macht.

> Irgendwie passen diese nicht zum reisserischen Titel "...Feinstaubsensor
> ganz einfach"

Naja, Dorf, Sau, neu. Vermutlich in 5Jahren genauso ausser Mode wie die 
Ozon oder UV Sensoren die man vor 20Jahren mal basteln sollte.

BTW: Ich frag mich gerade wieviel jugendliche Nachwuchsentwickler gerade 
davon traeumen sich Hacker zu nennen und in ihrem Keller sitzen und 
ueber einen NoX Sensor gruebeln. Das ist nur leider etwas aufwendiger. 
:-)

Olaf

Autor: seltener Gast (Gast)
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Die Dinger messen Unsinn, gerade bei hoher Luftfeuchtigkeit, wie jetzt 
in dieser Jahreszeit. D.h. wenns nebelig ist, werden die Wassertröpfchen 
mit angezeigt.
Siehe folgender Post von einem Professor am KIT, der die Meßwerte mal 
kritisch hinterfragt hat:
www.linkedin.com/pulse/stuttgarter-zeitung-verunsichert-bürger-mit-und-a 
chim-dittler/
Schönes Wochenende
wb

Autor: beric (Gast)
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chris schrieb:
> Was ich mich allerdings frage ist, wie langzeitstabil er ist.
> Auf dem Sensor befindet sich ein kleiner Lüfter, der dauernd läuft.

Das macht die Luftdaten-FW eben nicht. Die schaltet den Sensor nur jede 
10 Minuten oder so mal kurz an, macht eine Messung und schaltet dann 
wieder aus. Im Datenblatt vom Sensor steht die Lebensdauer des Lüfters. 
Bei Dauerbetrieb wäre da nach einigen Wochen schon Schluss mit Lustig 
wenn ich mich richtig erinnere.

Autor: beric (Gast)
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seltener Gast schrieb:
> Die Dinger messen Unsinn, gerade bei hoher Luftfeuchtigkeit, wie jetzt
> in dieser Jahreszeit. D.h. wenns nebelig ist, werden die Wassertröpfchen
> mit angezeigt.

Im Aufbau ist dann auch ein Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor 
mitaufgenommen, so dass man die vom SDS gelieferten Daten gegebenesfalls 
ausfiltern kann.

Autor: Kolja L. (kolja82)
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chris schrieb:
> Ich
> weiß nicht, was die Lager von so einem Lüfter nach einem Jahr
> Dauerbetrieb machen.

Frag mal den Lüfter in deinem PC Netzteil ;-)

Autor: Willi (Gast)
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chris schrieb:
> Auf dem Sensor befindet sich ein kleiner Lüfter, der dauernd läuft.

Hab so einen Sensor aufgebaut.
Der Lüfter läuft nicht ständig.
Er wird nur für die Zeit einer Messung (ca.20s) eingeschaltet.
Die Häufigkeit der Messungen lässt sich einstellen. z.B. alle 10min.

MfG Willi

Autor: chris (Gast)
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Ich habe einen SDS011 Feinstaubsensor.
Von Sparkfun gibt's das Protokoll:
https://cdn.sparkfun.com/assets/parts/1/2/2/7/5/La...

Wie schaltet man den Sensor An/Aus? Sleep/Work?

Autor: chris (Gast)
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>Die Dinger messen Unsinn, gerade bei hoher Luftfeuchtigkeit, wie jetzt
>in dieser Jahreszeit. D.h. wenns nebelig ist, werden die Wassertröpfchen
>mit angezeigt.
>Siehe folgender Post von einem Professor am KIT, der die Meßwerte mal
>kritisch hinterfragt hat:
>www.linkedin.com/pulse/stuttgarter-zeitung-verunsichert-bürger-mit-und- a
>chim-dittler/

Eine sehr interessante Analyse. Es wird sehr schön die 
Querempfindlichkeit des Sensors bezüglich Temperatur und Feuchte 
aufgezeigt.
Was mich ein wenig wundert: In der Anleitung wird der Sensor meistens 
zusammen mit einem DHT22 Temperatur und Luftfeuchtigkeitssensor verbaut. 
Für was sollte der gut sein, wenn nicht zur Korrektur der Werte?

Autor: chris (Gast)
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Falls ich das richtig verstehe, wird in Zeile 2932 der Sensor Firmware 
die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur zum Server übertragen.

https://github.com/opendata-stuttgart/sensors-soft...
...
  server.handleClient();

  if (send_now) {
    if (dht_read) {
      debug_out(F("Call sensorDHT"), DEBUG_MAX_INFO, 1);
      result_DHT = sensorDHT();      // getting temperature and humidity (optional)
..
}
Eine mit der Luftfeuchtigkeit korrigierte Messung wäre also möglich.

Autor: bingo (Gast)
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Ich habe auch so eine Messstation. Der DHT22 ist ganz grosser Mist, weil 
er nach längerer Zeit die Luftfeuchtigkeit ständig auf 100% stellt und 
wieder regeneriert werden muss. Ansonsten sehr schön, z.B. an Silvester 
siehe beil. Bild, die Uhrzeit ist UTC.

Autor: chris (Gast)
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Danke für die informativen Diagramme, Tobi ;-)
Gut wäre wahrscheinlich, die beiden Kurven in ein Diagramm zu zeichnen, 
dann könnte man vielleicht Unterschiede in den Verläufen besser 
erkennen.

Ich habe mal die Feinstaubkarte von "jetzt" kopiert.
Im Norden der Republik sind die Werte höher, in Stuttgart erstaunlich 
blau.
Man sollte vielleicht mal eine Wetter oder Temperaturkarte drüber legen, 
um eventuelle Korrelationen zu erkennen.
Wahrscheinlich gibt es die sowieso, weil ja bei kaltem Wetter die 
Heizungen laufen.

Im Südosten Europas ist es wieder etwas roter.

>> Irgendwie passen diese nicht zum reisserischen Titel "...Feinstaubsensor
>> ganz einfach"

>Naja, Dorf, Sau, neu. Vermutlich in 5Jahren genauso ausser Mode wie die
>Ozon oder UV Sensoren die man vor 20Jahren mal basteln sollte.

Für mich hat das Thema einen durchaus ernsten Hintergrund. Die 
Holzheizung meines Nachbars, in der er selbst gesägtes Holz verfeuert 
sorgt bei in der Wohnung je nach Windrichtung und Wetterlage und 
Holzzustand für eine "ziemlich hohe, unangenehm riechende" 
Feinstaubbelastung. Mal sehen, ob ich die quantifizieren kann.

Autor: Baum (Gast)
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chris schrieb:
> Die Holzheizung meines Nachbars, in der er selbst gesägtes Holz
> verfeuert sorgt bei in der Wohnung je nach Windrichtung und Wetterlage
> und Holzzustand für eine "ziemlich hohe, unangenehm riechende"
> Feinstaubbelastung.

Da ist es mal wieder.....denunziantentum....
Lass den armen Nachbarn Heizen!
So lang sein kamin und der rest i.o ist,er kein plastik oder anderen 
müll verbrennt ist doch alles im grünen bereich. Das würde der 
schornsteinfeger sonst schnell merken.

Immerhon wird so was ja auch überprüft.

Autor: Daniel B. (daniel_3d)
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Autor: chris (Gast)
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>Youtube-Video "BitBastelei #232 - Feinstaubsensor im Eigenbau"

Danke, ein ziemlich langes Video. Interessant ist der Vergleich ab ca. 
Minute 43, bei der er die Landesmesstationen mit dem Ergebnis des 
Sensors vergleicht. Ich würde sagen, das sieht gar nicht mal so schlecht 
aus. Besonders, wenn man bedenkt, dass sich die Messwerte am unteren 
Bereich der Meßspanne bewegen.

Autor: Daniel B. (daniel_3d)
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Bitte, gerne.

Ich bin durch Zufall mal drüber gestolpert und hoffe es hilft dir. 
Selber habe ich damit keine Erfahrung und kann dir leider sonst nicht 
weiterhelfen.

Gruß

Daniel

Autor: randy (Gast)
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guten abend,

schau dir mal das test.py unter 
https://gitlab.com/frankrich/sds011_particle_sensor an - dort wird der 
sensor aus/eingeschalten.

z.b.:
       print("Read was succesfull. Going to sleep for 5 seconds")
       sensor.workstate = SDS011.WorkStates.Sleeping

vieleicht hilft es ja was ;)

-- randy

Autor: guest...Rainer (Gast)
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chris schrieb:
> Für mich hat das Thema einen durchaus ernsten Hintergrund. Die
> Holzheizung meines Nachbars, in der er selbst gesägtes Holz verfeuert
> sorgt bei in der Wohnung je nach Windrichtung und Wetterlage und
> Holzzustand für eine "ziemlich hohe, unangenehm riechende"
> Feinstaubbelastung. Mal sehen, ob ich die quantifizieren kann.

Hallo, "selbst gesägtes Holz" und "gerochene Belastung", die mit 
Bastelkram aufgenommene Feinstaubbelastung belegt wird...gehts noch???
Wahrscheinlich solltest du dir noch ein paar Chinasensoren dazuholen und 
einen entsprechenden Abmahnanwalt informieren, dass du bald eine 
erhebliche Menge Mitbürger der Umweltverschmutzung bezichtigen und 
verklagen möchtest!
Früher reichte dazu die "am Fenster" hängende Nachbarin.
Gruß Rainer
PS: es gab mal einen genialen Fernsehfilm mit Titel "Schwarz,Weiß, 
Grau", der vielleicht genau dein Problem trifft...

Autor: guest...Rainer (Gast)
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...ach ja... ohne Webanbindung gehts natürlich nicht...

Autor: Peter Z. (peter_z)
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Hallo,
Zur Sensorqualität gab es mal eine vernünftige Untersuchung.

http://luftdaten.info/2017/06/30/lubw-bericht-zum-...

Schöne Grüße
Peter

Autor: chris (Gast)
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Daniel B.
>Youtube-Video "BitBastelei #232 - Feinstaubsensor im Eigenbau"
> Interessant ist der Vergleich ab ca.Minute 43,

Hier die beiden ScreenShots aus dem Video zum Vergleich von PM10 und 
PM2.5 mit einer offiziellen Meßstation.
Die "gröber" quantisierten Kurven sind die der offiziellen Meßsstation.
Laut Video Text liegt der Abstand zur Station im Kilometerbereich und 
ein Hügel dazwischen. Daher finde ich die gute Korrelation erstaunlich.

Autor: chris (Gast)
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>Hallo,
>Zur Sensorqualität gab es mal eine vernünftige Untersuchung.
>http://luftdaten.info/2017/06/30/lubw-bericht-zum-...
>Schöne Grüße
>Peter

Danke für den Link :-)

Zitat aus dem Artikel:
Die Messwerte des Staubsensors SDS011 und des Feinstaubmonitors der Firma Grimm weisen an Tagen mit einer mittleren Luftfeuchtigkeit von ca. 50 – 70 % r. F. und einer Staubbelastung unter 20 μg/m3 eine zufriedenstellende Korrelation auf. Prinzipiell reagieren die Sensoren SDS011 jedoch auf Schwankungen der klimatischen Bedingungen wie Luftfeuchte, Luftdruck und Lufttemperatur, wodurch deutliche Abweichungen der Messwerte im Vergleich mit dem kalibrierten Feinstaubmonitor der Firma Grimm auftreten.

Da sich jedoch keine eindeutige Abhängigkeit der angezeigten Sensoren-Werte von den klimatischen Verhältnissen ableiten lässt, ist es nicht möglich eine einfache Korrekturformel zur Verbesserung der Korrelation zu erstellen.

Um Messungen genauer zu machen, gibt es einige Methoden:
1. Mittelung
2. Kallibrierung
3. differentielle Messung

zu 1.
Wie man aus dem ScreenShot der Europakarte mit den Feinstaubwerten sehen 
kann, sind die Meßwerte eindeutig regional verteilt:
Beitrag "Re: Feinstaubsensor an Microcontroller"

Das spricht dafür, dass man über Wegmittelung die Fehler der 
Einzelsensoren ein relativ gutes Bild der Lage bekommen kann.

zu 2.
Die Sensorwerte können mit Hilfe der offiziellen Meßstationen 
kallibriert werden.

zu 3.
Im Falle der Messung der Partikel einer Holzfeuerungsanlage kann der 
Sensor kallibriert werden, wenn die Verbrennung nicht läuft. Beim 
Betrieb der Verbrennung kann dann gegen diese "Reinluftreferenz" 
gemessen werden.

Schön wäre, wenn man zum Bericht der LUBW noch eine Statisktik zu den 
Abweichungen der vermessenen Feinstaubsensorcharge bekommen könnte.

Autor: Karl (Gast)
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chris schrieb:
> Holzzustand für eine "ziemlich hohe, unangenehm riechende"
> Feinstaubbelastung

Du riechst Feinstaub?

Holzheizungen - sofern es sich um Holzvergaser handelt, alles andere ist 
eh Verschwendung von Lebenszeit - werden alle 2 Jahre auf Staubgehalt im 
Abgas geprüft.

Autor: chris (Gast)
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>Du riechst Feinstaub?

Zumindest rieche ich das, was dort verbrannt wird. Die ganze Straße hier 
riecht manchmal so wie manche Städte der neuen Bundesländer im Winter 
kurz vor der Grenzöffnung.

>Holzheizungen - sofern es sich um Holzvergaser handelt, alles andere ist
>eh Verschwendung von Lebenszeit - werden alle 2 Jahre auf Staubgehalt im
>Abgas geprüft.

Dann läuft entweder bei der Überprüfung etwas schief, oder es werden 
halt manchmal auch alte Möble zersägt und verbrannt.

Autor: chris (Gast)
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Hier das gerade aufgenommene Bild des Schornsteins. Wie man sieht, gibt 
es mehrere Schornsteine, aber da Problem kommt von dem zentral im Bild.
Der Schornstein befindet sich ca. 10m von meinem Küchenfenster entfernt 
auf selber Höhe.

Oben habe ich das Bild geschwärzt, damit ich keinem zu Nahe trete.

Autor: Jan L. (ranzcopter)
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chris schrieb:
>
>>Holzheizungen - sofern es sich um Holzvergaser handelt, alles andere ist
>>eh Verschwendung von Lebenszeit - werden alle 2 Jahre auf Staubgehalt im
>>Abgas geprüft.
>
> Dann läuft entweder bei der Überprüfung etwas schief, oder es werden
> halt manchmal auch alte Möble zersägt und verbrannt.

...oder es geht schlicht nicht um ‚Holzheizungen‘, sondern eher um den 
‚Wohnzimmerkamin‘. Da wird nichts geprüft (zumindest nicht in NRW), 
sondern es genügt die Typzulassung.
Aber stimmt schon, was man riechen kann, ist eher das Harmlose... :-)

Autor: guest...Rainer (Gast)
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Hallo, wenn du den weissen Qualm meinst, dann sieht das für mich aus, 
als wenn gutes, aber nasses Holz verbrannt wird. Wenn das nur eine 
Oberflächenfeuchtigkeit ist, sollte sich der weisse Qualm bald in 
"normalen" Rauch wandeln. Vielleicht redest du einfach mal mit dem 
Nachbarn. Wenn er ständig feuchtes Holz verbrennt, ist das auch nicht 
gut für Ofen und Kamin! Und wenn Dreck verbrannt wird, dann ist auch der 
Qualm dreckig und stinkt u.U. ganz gehörig. Das kannst du doch ganz ohne 
Feinstaubmessung mit Fotos dokumentieren.
Einen Kaminbrand, 10m von meinem Küchenfenster entfernt, hätte ich auch 
nicht so gern.
Gruß Rainer

Autor: chris (Gast)
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>Einen Kaminbrand, 10m von meinem Küchenfenster entfernt, hätte ich auch
>nicht so gern.

Das ist der Punkt: Die Feinstaubbelastung hängt ganz stark vom Ort ab, 
an dem man wohnt. Im Moment wird in den Medien vor allen Dingen das Auto 
als Ursache für die Feinstaubbelastung verantwortlich gemacht. Ich 
glaube aber, dass die Luftbelastung bei sehr vielen Leuten eher von den 
Heizungen in der Umgebung abhängt.

Z.b.: gerade eben kam in SWR3-Radio, dass die Feinstaubbelastung in 
Stuttgart gerade so hoch sei und man das Auto stehen lassen soll ( jetzt 
ist Sonntag, ca. 8 Uhr ).
Es würde mich wundern, wenn an einem Sonntag Morgen um 8 Uhr die 
Feinstaubbelastung durch den Autoverkehr so hoch ist. ( Es sei denn, 
"schaffe,schaffe Häuslebaue" gilt in Schwaben auch am Sonntag ;-) )
Interessant auch, dass die Karte auf der linken Seite in der Rheingegend 
höhere Belastungen zeigt. Das schiebe ich jetzt mal darauf, dass man in 
Stuttgart momentan besonders "sensibilisiert" ist.

Autor: chris (Gast)
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Zum Frühstück habe ich ein Spiegelei gebraten. Der Sensor liegt ca. 2m 
vom Herd entfernt auf dem Küchentisch.

Leider musste ich dafür das Überschreiten der EU-Grenzwerte in Kauf 
nehmen. Dabei dachte ich, das Cholesterin sei das gefährlich ... ;-)

Autor: Mark W. (kram) Benutzerseite
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Nimm ihn mal zu naechsten Grillparty mit. :-)

Autor: chris (Gast)
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Grillen geht grad nicht, ich hätte aber die Messung des Mittaessens im 
Angebot.

Das Python-Script ist jetzt hoffentlich auch besser formatiert und man 
kann es aus der Kommandozeile mit der Angabe der Schnittstelle und der 
Zeitdauer in Sekunden starten:
 python feinstaub.py /dev/ttyUSB0 1200

Autor: chris (Gast)
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Hier die Messung.
Leider ist in dem Python-Script ein "print" doch wieder verrutscht. 
"Gedit" zeigt das leider nicht an, es ist nur hier im Webbrowser 
sichtbar.

Autor: Karl (Gast)
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chris schrieb:
> Hier das gerade aufgenommene Bild des Schornsteins. Wie man sieht, gibt
> es mehrere Schornsteine, aber da Problem kommt von dem zentral im Bild.

Was Du da siehst ist Wasserdampf, wie er nunmal beim Verbrennen von 
Kohlenwasserstoffen entsteht. Daran zu erkennen, dass der "Rauch" nicht 
direkt aus dem Schornstein kommt, sondern erst etwa 10cm über dem 
Schornstein "entsteht", nämlich dann, wenn die Abgastemperatur durch die 
Umgebungsluft unter den Taupunkt gekühlt wird.

Gibt es auch bei Gasheizungen, hier aber selten und nur bei wirklich 
kalter Luft zu sehen, weil der meiste Wasserdampf durch die 
"Brennwert"-Gewinnung schon im Kessel kondensiert.

guest...Rainer schrieb:
> dann sieht das für mich aus,
> als wenn gutes, aber nasses Holz verbrannt wird.

Nicht zwingend nass, beim Verbrennen von Kohlenwasserstoffen entsteht 
nunmal zu einem erheblichen Teil Wasser in Gasform, welches bei 
Unterschreiten des Taupunktes als Wasserdampf sichtbar wird.

chris schrieb:
> Die ganze Straße hier
> riecht manchmal so wie manche Städte der neuen Bundesländer im Winter
> kurz vor der Grenzöffnung.

Das waren Braunkohlebriketts.

Autor: chris (Gast)
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Puh, da bin ich ja jetzt erst mal beruhigt, dass das 
Microcontrollerforumrauchgasexpertenteam sich vom ordnungsgemäßen 
Zustand der nachbarlichen Verbrennungsanlage überzeugen konnte ;-)

>Was Du da siehst ist Wasserdampf, wie er nunmal beim Verbrennen von
>Kohlenwasserstoffen entsteht.

Der Wasserdampf entsteht hier auf der anderen Seite meiner Wohnung durch 
den Kamin des hier im Haus eingebauten Blockheizkraftwerks welches fast 
24 Stunden am Tag läuft. Es ist "weitgehend" geruchsfrei.
Der Qualm aus dem Schornstein hat je nach eingeworfenem 
Verbrennungsmaterial völlig unterschiedliche Gerüche welche manchmal 
durchaus an die Gerüche der ehemals neuen Bundesländer heran reicht.

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