Bauen
Sie Ihr eigenes Luftqualitätsmessgerät! Der Gassensor reagiert auf alle
brennbaren Gase wie Wasserstoff, Methan, Lösungsmitteldämpfe und vieles
mehr. Auch ein direktes Anhauchen des Sensors löst eine Reaktion aus.
Einige Anteile der Atemluft werden gemessen, und damit hat man zugleich
eine Information über Kohlendioxid und mögliche Bakterien- und
Virenbelastungen. Der Sensor zeigt „dicke Luft“, auch wenn Sie es
selbst gar nicht bemerken. Greifen Sie zum Lötkolben und löten Sie den
Gassensor, die LEDs, einen Operationsverstärker und alle anderen
Bauteile auf die Platine. Nach dem ersten Test und dem Einbau in das
Gehäuse müssen Sie den Sensor dann noch justieren.
Die wichtigsten Bauteile sind der Gassensor MQ135 mit sechs Anschlüssen
und die drei LEDs im 10-mm-Gehäuse. Sie werden erst am Ende von der
Unterseite der Platine her eingebaut. Beginnen Sie auf der bedruckten
Seite der Platine mit den beiden Trimmpotis mit 10 kΩ und dem
achtpoligen IC, dem Doppeloperationsverstärker LM358.
Bei den Potis kann man nichts falsch machen, aber beim Einbau des ICs
muss man auf die korrekte Einbaurichtung achten. Pin 1 ist mit einem
rechteckigen Lötpunkt markiert, während alle anderen abgerundet sind.
Die zu Pin 1 gehörende Seite des ICs besitzt eine Markierung am
Gehäuse. Und schließlich ist die Beschriftung lesbar, wenn Pin 1 unten
liegt.
Löten Sie dann die vier kleinen Bauteile ein. Der Kondensator rechts
neben dem IC hat 100 nF und trägt die Beschriftung 104. Die
PTC-Sicherung sieht zwar ähnlich aus wie ein Kondensator, ist aber
dicker. Die Anschlussdrähte sind so geformt, dass sie einen Abstand zur
Platine hält. Das ist wichtig, weil sie sich im Kurzschlussfall
erwärmt. Die beiden Widerstände haben 47 kΩ und tragen die Farbringe
Gelb, Violett und Orange. Der zusätzliche goldene Ring steht für eine
Genauigkeit von 5 %. Alle diese kleinen Bauteile mit zwei Anschlüssen
dürfen in beliebiger Richtung eingebaut werden.
Nun sollen die drei LEDs von der Rückseite aus eingesetzt werden.
Achten Sie genau auf die richtige Reihenfolge, also Grün, Gelb, Rot
(Beschriftung G, Y, R) und auf die korrekte Einbaurichtung. Die
Beschriftung auf der Platine zeigt jeweils einen Kreis mit einer
Abflachung. An dieser Seite liegt der Minusanschluss (die Kathode) der
LEDs. Man erkennt sie an dem kürzeren Anschlussdraht. Sämtliche kurzen
Drähte befinden sich also auf derselben Seite, auf der auch der
Kondensator eingebaut ist. Alle LEDs müssen bis zum Anschlag
eingesteckt werden.
Es folgt der Sensor, der ebenfalls von der Unterseite aus eingesetzt
wird. Der Sensor MQ135 hat sechs Anschlüsse und ist vollkommen
symmetrisch aufgebaut. Jeder der beiden möglichen Einbaurichtungen ist
also richtig. Lassen Sie etwa 1 mm Platz zwischen dem Sensor und der
Platine, damit er nach der Endmontage etwas weiter aus dem Gehäuse
ragt.
Die Platine wird am Ende mit einem Abstand von 2 mm zur Frontplatte
eingebaut. Alle zu weit herausragenden Drähte müssen deshalb gekürzt
werden. Ebenso müssen die langen Drähte der LEDs abgeschnitten
werden. Die Anschlussstifte des Gassensors dürfen dagegen ihre volle
Länge behalten.
Verwenden Sie die Schraube mit ihrer Unterlegscheibe und der Mutter zur
Befestigung der Platine im Gehäuse. Die LEDs sind im unteren Bereich
ein wenig dicker und müssen mit etwas Kraft bis zum Anschlag in den
Karton gedrückt werden. Sie haben einen 2 mm hohen Kragen, der den
Abstand der Platine festlegt. Die Unterlegscheibe hat ebenfalls eine
Dicke von 2 mm, sodass die Platine parallel zur Frontplatte liegt. Der
Sensor schaut dann weit aus dem Gehäuse heraus. Am Schluss löten Sie
noch das Kabel zum Steckernetzteil an. Achten Sie unbedingt auf die
korrekte Polung. Die Anschlüsse sind mit einem Plus- (+) und einem
Minuszeichen (–) gekennzeichnet. Das rote Kabel kommt an plus, das
schwarze an minus.
(Schaltbild korrigiert im Bereich der roten LED)
Der erste Test
Das Kabel hat einen USB-A-Anschluss und passt in ein übliches
Steckerladegerät für ein Smartphone. Der Luftqualitätsmesser braucht
eine Spannung von 5 V und einen Strom von 150 mA. Übliche Ladegeräte
haben 5V/1A oder 5V/2A und können verwendet werden.
Nach der ersten Verbindung mit dem Ladegerät sollten eine oder zwei
LEDs leuchten. Die Anzeige kann sich nach wenigen Minuten ändern. Das
Gerät sollte nun justiert werden. Lüften Sie den Raum gründlich und
stellen Sie dann das Poti nahe dem Sensor mit einem kleinen
Schraubendreher so ein, dass die grüne LED gerade leuchtet. Das andere
Poti soll in eine mittlere Stellung gebracht werden.
Hauchen Sie dann den Sensor direkt an. Normalerweise gehen dann die
gelbe und die rote LED gemeinsam an, wobei die rote LED blinkt. Nach
kurzer Zeit geht die rote LED aus, und nur noch die gelbe LED leuchtet.
Es dauert noch etwas, bis die Anzeige danach wieder auf Grün wechselt.
Die deutliche Reaktion auf Ihren Atem ist ganz normal. Man kann sich
leicht vorstellen, dass viele Menschen in einem engen Raum für
verbrauchte Luft sorgen, die dann auch angezeigt wird. Seien Sie
vorsichtig, wenn Sie jemanden treffen, bei dem der Sensor nicht
reagiert. Es könnte sich um einen Vampir handeln!
Einstellungen
Zu Anfang ändern sich die Eigenschaften des Sensors noch etwas. Nach
einer längeren Betriebszeit von etwa sechs Stunden muss das Gerät ein
weiteres Mal sorgfältig justiert werden. Stellen Sie das erste Poti so
ein, dass die grüne LED bei guter Luft gerade leuchtet und die gelbe
LED schon bei geringer Luftbelastung angeht.
Der zweite Regler bestimmt den Umfang des gelben Bereichs, der als
Vorwarnstufe verstanden werden kann. Gelb heißt dann: Bitte mal lüften!
Und die zusätzliche rote Blinkanzeige bedeutet: Jetzt unbedingt sofort
lüften! Die beste Einstellung wird man erst nach einigen praktischen
Erfahrungen finden.
Schlechte Luft hat viele Auswirkungen, von Kopfschmerzen und Müdigkeit
bis hin zu möglichen Ansteckungsgefahren. Vor allem mit vielen Personen
in geschlossenen Räumen kommt es schnell zu verbrauchter Luft und
Sauerstoffmangel. Lüften hilft schnell! Und der Luftqualitätsmesser
soll Sie daran erinnern.
Wenn Sie den zweiten Regler ganz nach rechts drehen, kommt die rote
Warnstufe gleichzeitig mit der gelben. Ganz nach links gedreht, beginnt
der rote Bereich erst bei wesentlich größerer Belastung als der
gelbe. Wenn Sie den gelben Bereich zu eng einstellen, besteht die
Gefahr, dass das rote Blinken zu häufig erscheint, und dass damit die
Aufmerksamkeit erlahmt. Umgekehrt könnte ein zu großer gelber Bereich
dazu führen, dass eine zu große Belastung toleriert wird. Die optimale
Einstellung kann nur individuell und passend zu den örtlichen
Verhältnissen und den angesprochenen Personen gewählt werden. Finden
Sie einen Kompromiss zwischen optimalem Schutz und zumutbarer Belastung
durch häufiges Lüften.
Experimente
Nicht alles was der Sensor erkennt, ist auch schädlich. Halten Sie
einmal ein alkoholisches Getränk in die Nähe, er wird es bemerken.
Reife Früchte erzeugen ein Gas namens Ethylen (C2H4), das wie ein
Botenstoff wirkt und andere Früchte ebenfalls zur Reifung anregt.
Halten sie eine reife Bananenschale neben den Sensor, die Reaktion ist
deutlich. Ähnlich reagiert das Gerät auf Pflanzen, die ätherische Öle
enthalten. Sogar ein kleiner Zweig Dill wird erkannt.
Testen Sie alles, was gerade zur Hand ist. Getränke, Lebensmittel,
Haustiere, Lösungsmittel und Gase. Ähnliche Sensoren werden in
Tiefgaragen eingesetzt, um vor Benzindämpfen zu warnen. Sie könnten
auch Situationen finden, in denen die Fenster besser geschlossen
bleiben sollten. Wenn sich zum Beispiel gerade ein Verkehrsstau auf der
Straße vor ihrem Haus gebildet hat, könnte dort die schlechtere Luft
sein.
Erweiterungen
Auf der Platine finden Sie drei Anschlusspunkte, die bisher noch nicht
verwendet wurden. Der Anschluss A zwischen den beiden
Spannungsanschlüssen trägt das analoge Sensorsignal im Bereich um 2 V.
Hier können Sie ein Messgerät oder einen Mikrocontroller anschließen.
Verwenden Sie zum Beispiel einen Arduino, um den Verlauf der Messwerte
aufzuzeichnen.
Diese Messung verwendete einen Arduino Uno und den seriellen Plotter
aus der Arduino IDE. Der erste Peak entstand durch ein Anhauchen, der
zweite durch Spiritus-Dämpfe. Man erkennt, dass der Sensor sich nach
der Messung von Spiritus langsamer erholt.
Zwischen die Punkte B und C können Sie einen piezoelektrischen
Signalgeber schalten. Er erzeugt dann einen Warnton, während die rote
LED blinkt. Der Plus-Anschluss gehört an C der Minusanschluss an
B.
Luftqualitätsmesser im 3D-Gehäuse von K.-D. Krüger
Ich habe ein Gehäuse für das Gerät für den 3D-Druck
konstruiert, da mir der Pappkarton nicht so recht zusagen wollte. Der
Deckel wird mit 3mm-Schrauben befestigt. Das Innengewinde wird im
Gehäuse mitgedruckt. In den Boden habe ich zwei Löcher eingefügt, damit
man zum Eichen nicht immer den Deckel abschrauben muss.
An der Seite ist noch eine Öffnung vorgesehen, um Kabel zum Arduino zu führen.
Das Gerät funktioniert recht gut, und die LEDs sind auch aus
größerer Entfernung gut sichtbar.
Man sollte allerdings darauf hinweisen, dass es sich
nicht um ein professionelles und geeichtes Gerät zur Messung der
Luftqualität handelt. Die Kalibrierung erfolgt nach individueller
Einschätzung und nicht nach amtlichen Grenzwerten. Das Gerät sollte in
der Nähe des hauptsächlichen Aufenthalts von Personen aufgestellt
werden und nicht unmittelbar am Fenster. Man sollte gleich zwei
GPIO-Kabel mit
anzulöten, wenn man später mal den Arduino anschließen will. Die Kabel
können erst mal im Gehäuse verschwinden und bei Bedarf nach außen
geführt werden.
Der Franzis Luftqualitätsmesser 
