Der  Franzis Luftqualitätsmesser        


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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.



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.
 



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