CO2 Ampel Verstehbahnhof

Wir haben im Verstehbahnhof mal eine CO2 Ampel gebaut.

Fertige Ampel mit Gravur eines Schulloges:
vbhf-co2ampel-assembled

Innenleben des Ampelprotoypen (die Kabel sehen mittlerweile schicker aus!):
vbhf-co2ampel-innenleben

Hardwarebasis sind sehr gut verfuegbare Teile:

  • Wemos D1 Mini Microcontroller
  • Winsen MH-Z19B CO2 Sensor
  • Adafruit NeoPixel Ring 12bit, 37mm Aussendurchmesser

Die Elektronik wird in ein 3D-gedrucktes Gehaeuse verbaut. Das Gehaeuse wird mit einer milchigen Acrylglasscheibe in 3mm oder 4mm Staerke abgedeckt.

Stromzufuhr erfolgt aktuell ueber ein USB Kabel welches in das Gehaeuse eingefuehrt und dort verloetet wird.

Fotos von der zusammengebauten Ampel folgen asap.

Wenn irgendwem bekannt ist ob bzw wie wie die Daten +/- des USB Kabels so verbauen koennen das man den Controller ueber das Kabel flashen kann – immer her damit.

vbhf-co2ampel-gehaeuse.stl (1,7 MB)
vbhf-co2ampel-blende.svg
vbhf-co2ampel-code-v02.zip (2,4 KB)

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Habe nun ein Angebot von 1stMould:

1990,00 EUR fuer das Werkzeug, danach dann 1,72 EUR fuer jedes Teil ab 500 Stueck. Wir haben ne Anfrage ueber 2000 Stueck, das hiesse dann so knapp unter 3 EUR pro Gehaeuse.

Kalkulatorisch hiesse das insgesamt (inklusive ein bisschen Puffer fuer Litze und Kleinkram):

16,00 EUR pro Sensor

Product Amount Shipping Cost Total Amount
EUR € 1.357,18 EUR € 186,57 EUR € 1.543,75

1,80 EUR pro D1 Mini

Product Amount Shipping Cost Total Amount
EUR € 167,49 EUR € 23,61 EUR € 191,10

2,60 EUR pro NeoPixel
3,00 EUR pro Gehaeuse

== 23,40 EUR pro Ampel

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Ich würde vorschlagen, daß wir uns morgen abend gegen 20:00 im jitsi mal treffen , um die nächsten Schritte zu verabreden.

https://meet.d.ccc-p.org/co2-ampel

lg mario

Hi Daniel und Mario,

da wĂĽrde ich mich anschlieĂźen wenn ihr euch heute Abend trefft.

Hab auch gerade was gebastelt.

MoinMoin, wie ihr eben in Jitsi gemerkt habt … ich bin auch wieder dabei.

Ich hab schon mal Kontakte zu Distributoren aktiviert um parat zu haben, welche Teile wie schnell und in welcher Stückzahl realistisch auf dem Tisch liegen können. Details gerne jederzeit aktuell direkt (Jitsi / Telefon oder auf den Treffen). Von den Teilen, die für’s finale Design in Frage kommen, versuche ich zu den Treffen jeweils an Muster zu kommen und mitzubringen. Ich würde mich persönlich erst mal nicht auf den asiatischen Markt konzentrieren, sondern eher auf bewährte lokale Partner (die natürlich auch in Asien kaufen, aber halt in ganz anderen Stückzahlen). Wenn jemand asiatische Kontakte selbst triggern kann - Spitze! :wink:

Die Hinweise, die ich von verschiedenen Distributoren bekomme, sammle ich und werf sie entweder ins Forum - oder geb sie gerne auch wieder bei Besprechungen / Treffen weiter, wenn’s in Details geht, die tiefer gehen als ich hier gerade schreiben kann (/möchte).

Falls wieder Kooperation/Fertigung mit der BHT sinnvoll wird (wie bei den FaceShields), gebt gerne Bescheid.

Habs leider nicht geschafft, kann mal jemand zusammenfassen was
besprochen wurde?

CO_2 - Sensoren

Kurz zu den Sensoren … in dem im Nachbar-Thread verlinkten Schweizer Artikel und in meinen bisherigen Erfahrungen mit Metall-OXid-Sensoren (MOX) sind die ziemliche Schätzeisen und werden irgendwann schon melden, wenn man das Fenster mal geöffnet haben sollte. Manchmal melden sie (zumindest die Exemplare, die ich bisher in der Hand hatte) aber auch, je nach Sonnenstand und Ofenrohr, wenn sie im Freien stehen. Das wäre mir deutlich zu erratisch und wenig zuverlässig, wenn wir damit ernsthaft in Schulen gehen und dort auch in Zukunft ernst genommen werden wollen.
Funktionierende Alternative sind die NDIR-Sensoren (SCD30/40 / MH-Z19 / PAS210, wenn sie denn auf dem Markt sind - gesichert ist das aktuell nur bei MH-Z19 und SCD30, ich bin da dran).

Eben in Jitsi haben wir beschlossen, den MOX-Sensoren nochmal eine Chance zu geben und den CCS811 wenn wir dessen habhaft werden mal neben einen SCD30 oder MH-Z19 in eine Ampel zu bauen und direkt zu vergleichen. Falls CCS811 dann in dem Setting funktioniert, kann er nochmal eine Chance bekommen - werden wir sehen. Muster hab ich angefragt. CCS811 ist deutlich günstiger (Faktor ca. 1/3) - und würde dabei auf jeden Fall heissen, dass wir eine Platine als Träger brauchen (wäre in meinen Augen kein Beinbruch - dann nötiges Equipment ist in der BHT vorhanden).

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Hier ist der Link zum Pad:
https://pad.ccc-p.org/2020-11-01_CO2-Ampel?view

CPU

… da ist Espressif (ESP) als Hersteller im Moment mit hoher Wahrscheinlichkeit “the way to go”. Evtl. noch STM. Über Microchip / Atmel / Infineon / Renesas / … hab ich bisher nicht weiter nachgedacht.

Bei ESP gibt es zwei gangbare Varianten (älter/schwächer: 8266 | aktuell/flott: ESP32), die mir gerade im Kopf sind (sicher gibt’s noch mehr und auch weitere Hersteller, die sind mir aber noch nicht eingefallen oder schon wieder verworfen - gerne ergänzen, soweit’s Sinn macht).

ESP8266 ESP32 ESP32 STM
Modulträger Wemos D1 WROOM-32 S2-WROOM CMWX1ZZABZ-091
EvalBoard nicht nötig nicht nötig WROOM-32 / TTGO / … B-L072Z-LRWAN1
Hand-Lötbarkeit 2,54mm-Raster (++) 2,54mm-Raster (++) 1,5mm-Raster (+/-) BGA (–)
Träger-PCB nötig nein nein ja ja++
Schätzpreis lokal 5€ — 1,50€ incl. LoRa: 10€
Schätzpreis Asien 1€ 5,78$ 1,99€ —
Programmierung Arduino? Espressif-IDE / PlatformIO Espressif-IDE / PlatformIO STM CubeIDE

Die ersten Prototypen sind mit ESP8266 (Wemos D1) völlig okay - für eine größere “Serie” passt die Lösung meiner Meinung nach nur bedingt. Das kann / muss noch auf der technischen Ebene diskutiert werden und hängt am Ende von verschiedenen Randbedingungen ab die noch nicht klar sind.
Vom Bauchgefühl wäre die dritte Spalte (ESP-S2-WROOM mit selbst definierter Trägerplatine, Muster hier - Serie lokal gespendet oder aus Asien) aktuell ab ~100 Stück mein Favorit - ich bin da aber flexibel.
Unter 100 Stück kann eine handverdrahtete Spalte 1 Sinn machen. Um das genauer auseinanderzudröseln braucht es zwei parametrisierte Vollkostenrechnungen anhand der technischen Grobkonzepte zu beiden Lösungen, dann weiß man’s genau.

DatenĂĽbertragung

Im Jitsi-Call ganz richtig gesagt wurde ja, dass die Datenübertragung keine zentrale Funktion einer CO_2-Ampel ist. Im Prinzip genügt es völlig, wenn mit Farben angezeigt - und evtl. noch mit einem Piepen drauf aufmerksam gemacht wird, wenn gelüftet werden sollte. Daher:

Erste Eskalationsstufe:

  • bunte LED
  • Buzzer (Stufe 1b)

Zweite Eskalationsstufe:

  • Lokale Anzeige des Messwerts (LCD / OLED / …)

Dritte Eskalationsstufe:

  • DatenĂĽbertragung nach aussen (WLAN / LoRaWAN)

So lange man auf der ersten oder zweiten Eskalationsstufe bleibt, ändert sich auch meine vorhin geschriebene Beurteilung zur CPU grundlegend … dann tut’s ein kleiner Mikrocontroller (Arduino Uno / Nano / Microchip PIC / …) locker.

FĂĽr die DatenĂĽbertragung nach aussen gibt es grundlegend die Alternativen WLAN oder LoRaWAN (andere Alternativen: noch nicht drĂĽber nachgedacht oder schon verworfen).
Dafür spricht, dass schon interessante Werte dabei heraus kommen die dann mit schönen bunten Graphen im Klassenzimmer oder im Direktorat blinken können. Dagegen spricht, dass schon interessante Werte dabei herauskommen, die dann irgendwo herumliegen und die irgendwie mittel-leicht-sicher abgelegt werden sollten. Wär ja blöd, wenn jemand anhand der Sensor-Daten verfolgen kann, dass die erste Schulstunde um 07:45 anfängt <hüstel>. Jetzt kann gerne eine beliebig ausgedehnte Datenschutz-Diskussion folgen.

WLAN hat im Vergleich zu LoRaWAN vor Ort einen hohen Konfigurations- und administrativen Aufwand, daher ist LoRaWAN schon sinnvoll, macht die Material-Kosten halt um ca. 10 bis 20 Euro je Ampel teurer.

Die Geräte können bei der Herstellung vorprogrammiert werden und schicken dann sobald ein Gateway erreichbar ist ihre Daten ohne weiteren Konfigurations- oder sonstigen Aufwand ins TTN. Von dort kann (muss nicht) sie der jeweilige “Endkunde” dann mit MQTT oder auf einem der anderen vom TTN angebotenen Wege abholen und kann unkompliziert seine schicken Graphen zaubern oder die Daten in Moodle integrieren. Da ist noch kurz zu klären bzw. bei der Programmierung zu berücksichtigen, ob und wie das beim TTN noch unter “fair use” fällt oder schon darüber hinaus geht. Die notwendige Infrastruktur ist kein Hexenwerk und sollten wir im Netzwerk hinbekommen können, auch wenn’s natürlich nicht vom Himmel fällt.

Am Ende ist es meiner Meinung nach sinnvoll, wenn man in die Richtung geht, auf einer Trägerplatine einen Layout-Teil für LoRaWAN zu berücksichtigen … und den Bereich nur bei einem Teil der am Ende hergestellten Ampeln (je nach Bedarf) zu bestücken. Auf der Platine stört der unbestückte Bereich nicht … und bei Bedarf hat man (auch nachträglich noch) die Option, den Bereich zu bestücken - oder eben auch nicht.

In einer “handverdrahteten” LowLevel-Variante kann man das ähnlich tun, indem irgendwo ein optionaler Montageplatz für ein LoRa-Shield (z.B. Dragino) vorgesehen ist.

EfZ3gP7XoAIhE51

Noch ein schönes Stück Literatur - dankenswerterweise von @source beim CCC-P verlinkt:


… morgen (Dienstag), 19:00
http://3b.umwelt-campus.de/b/gol-nhc-hax

Bin leider jetzt erst auf den Beitrag gekommen. Will der Vollständigkeit halber noch diesen Artikel verlinken:


Wurde wohl auch von dieser Lehrerin gebaut:
https://twitter.com/StahmerVerena

Ein Beitrag wurde in ein neues Thema verschoben: DIY Lüftungsanlagen für Schulräume

Ich habs leider nicht geschafft ins Jitsi. Ich habe die Grove Platine nachgebaut, weil die von Seedstudio ausverkauft ist. Bin gerade noch am testen aber zumindest geht der Sensor schon mal. Gerade hab ichs mit einem Arduino Leonardo und einen Grove Board geschafft ich will aber es auch mit einem Microbit oder Calliope probieren. Dann könnte man leicht anderes Zeugs anschließen.

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Heute abend nächste Update Telco ; 20:00

https://meet.d.ccc-p.org/co2-ampel

lg mario

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@ddb hier hat mir der Entwickler des Boards aus Karlsruhe noch den Link geschickt warum sie das Board von Sensirion nutzen und nicht den Winsen. Thema Qualitätskontrolle. China vs. Schweiz CO2-Sensor Winsensor MH-Z19 - Mikrocontroller.net

und hier die Auswirkung von Luftdruck auf die Co2 Messung. Höherer Druck mehr Partikel … ist etwa 1% pro 100 Höhenmeter. Was noch Auswirkung ist die Temperatur aber da hat man ja einen Sensor in allen Co2 Sensoren. https://www.vaisala.com/sites/default/files/documents/VIM-G-How-to-measure-CO2-Application-Note-B211228DE.pdf

FYI