Eine Wetterstation soll neben Temperatur und Luftfeuchtigkeit auch den CO2-Gehalt der Luft messen und anzeigen.
Messprinzip von CO2-Sensoren
Der Sensor MH-Z19C misst nach dem NDIR-Prinzip (Nichtdispersiver Infrarotsensor). Er besteht aus einer Infrarot-Lampe und einem Detektor. Dazwischen befindet sich die zu messende Luft. Je mehr CO2 sie enthält, desto mehr Infrarot Strahlung wird absorbiert und entsprechend weniger kommt am Detektor an.
Der Sensor MH-Z19C misst nach dem NDIR-Prinzip (Nichtdispersiver Infrarotsensor). Er besteht aus einer Infrarot-Lampe und einem Detektor. Dazwischen befindet sich die zu messende Luft.
Je mehr CO2 sie enthält, desto mehr Infrarot Strahlung wird absorbiert und entsprechend weniger kommt am Detektor an.
Arbeitsweise des Programms
Das Programm misst mit dem Sensor DHT22 Temperatur und Luftfeuchtigkeit und mit dem MH-Z19C den CO2-Gehalt der Luft. Das RTC-Modul DS3231 ermittelt Datum und Zeit und misst zusätzlich die Temperatur
Die Messdaten werden auf einem LCD angezeigt.
Im Seriellen Monitor werden zusätzlich die Temperaturmesswerte des DS3231 und des MH-Z19C angezeigt.
Ansicht auf dem LCD
Ansicht im Seriellen Monitor
Anschluss des MH-Z19C am UNO
Kalibrierung des Sensors
Das Sensor MH-Z19C muss auf einen „Nullpunkt“ eingestellt werden. Es wird angenommen, dass draußen oder in einem gut gelüftetem Raum die CO2-Konzetration 400 ppm (parts per million) beträgt. Dieser Wert wird als „Nullwert“ festgelegt. Meine Messungen haben gezeigt, dass dieser Wert in der Regel nur leicht überschritten wird.
Für die Kalibrierung gibt es drei Möglichkeiten:
Händische Kalibrierung:
Der Sensor muss mindestens 20 Minuten in einer gut gelüfteten Umgebung (am besten draußen) Messungen durchführen, dann musst du den HD Pin wird für mehr als 7 Sekunden mit GND verbinden.
Automatische Kalibrierung:
Die automatische Kalibrierung kann nur dann funktionieren, wenn der Sensor über längere Zeit im Einsatz ist und sich zwischendurch immer wieder in einem gut durchlüftetem Raum befindet. Der „Nullpunkt“ von 400 ppm muss dann näherungsweise erreicht werden. Die automatische Kalibrierung funktioniert nur mit einer Bibliothek.
Sie wird mit
autoCalibration(false); ausgeschaltet
autoCalibration(true); schaltet sie ein
Mit einer Bibliothek
Installiere zunächst die Bibliothek MH-Z19.
In den Beispielen zur Bibliothek befindet sich das Programm Calibration, ich habe es ein wenig angepasst.
# include "Arduino.h"
# include "MHZ19.h"
# include "SoftwareSerial.h"
// RX/TX Pins zuordnen
// TX MH-Z19C auf 2, RX-Pin MH-Z19C auf 3
# define RX 2
# define TX 3
// Name des Moduls MH-Z19
MHZ19 MHZCO2;
// SoftwareSerial -> Name zuordnen
SoftwareSerial MHZSerial(RX, TX);
unsigned long Wartezeit = 0;
void setup()
{
Serial.begin(9600);
delay(500);
MHZSerial.begin(9600);
MHZCO2.begin(MHZSerial);
// automatische Kalibrierung ausschalten
MHZCO2.autoCalibration(false);
Serial.println("20 Minuten warten um die Messwerte zu stabilisieren...");
Wartezeit = 12e5;
delay(Wartezeit);
Serial.println("Kalibriere..");
// Sensor kalibrieren
MHZCO2.calibrate();
}Nach der Kalibrierung darfst du das Programm nicht erneut hochladen!
Benötigte Bauteile:
- CO2-Sensor MH-Z19C
- RTC-Modul DS3231
- Temperatur-/Feuchtigkeitssensor DHT22 oder DHT11
- LCD
- Leitungsdrähte
Baue die Schaltung auf.
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)
Benötigte Bibliotheken installieren:
Das Programm
Bibliotheken und Variable
# include "Arduino.h"
# include "MHZ19.h"
# include "SoftwareSerial.h"
# include "RTClib.h"
# include "DHT.h"
# include "LCDIC2.h"
// 4-zeiliges LCD
LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);
// Pin des DHT-Sensors
int SENSOR_DHT = 7;
// Sensortyp festlegen
// DHT22 oder DHT11
# define SensorTyp DHT22
// Sensor DHT einen Namen zuweisen
DHT dht(SENSOR_DHT, SensorTyp);
// Name des RTC-Moduls (rtc)
RTC_DS3231 rtc;
// RX/TX Pins zuordnen
# define RX 2
# define TX 3
// Name des Moduls MH-Z19
MHZ19 MHZCO2;
// SoftwareSerial -> Name zuordnen
SoftwareSerial MHZSerial(RX, TX);
unsigned long VerstricheneZeit = 0;Der setup-Teil:
void setup()
{
Serial.begin(9600);
delay(500);
// LCD starten
lcd.begin();
// Cursor "verstecken"
lcd.setCursor(false);
// Serielle Kommunikation MH-Z19C starten
MHZSerial.begin(9600);
MHZCO2.begin(MHZSerial);
// automatische Kalibrierung einschalten wenn der Sensor im Dauerbetrieb
MHZCO2.autoCalibration(true);
// RTC-Modul starten
rtc.begin();
// Datum/Zeit einmalig setzen, beim nächsten Starten auskommentieren
// rtc.adjust(DateTime(2023, 4, 23, 8, 50, 30));
// Sensor DHT starten
dht.begin();
}Der loop-Teil
void loop()
{
// 5 Sekunden warten
if (millis() - VerstricheneZeit >= 5000)
{
// rtc.now() -> aktuelle Zeit holen
DateTime aktuell = rtc.now();
/*
Datumsformat festlegen
DD -> Tag mit führender 0
MM -> Monat mit führender 0
YYYY -> vollständige Angabe des Jahres
*/
char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";
// Datum in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen
Serial.print(aktuell.toString(Datum));
// Format der Zeitangabe festlegen
char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";
// Zeitangabe in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen
Serial.println(aktuell.toString(Zeit));
// Daten lesen
// CO2-Wert MH-Z19C
int CO2 = MHZCO2.getCO2();
// Temperatur MH-Z19
int TemperaturMHZ = MHZCO2.getTemperature();
// Temperatur RTC (DS3231) ermitteln
String TemperaturRTC = String(rtc.getTemperature());
String AnzeigeTemperaturRTC = String(TemperaturRTC);
AnzeigeTemperaturRTC.replace(".", ",");
// Temperatur DHT
float TemperaturDHT = dht.readTemperature();
String AnzeigeTemperaturDHT = String(TemperaturDHT);
AnzeigeTemperaturDHT.replace(".", ",");
// Luftfeuchtigkeit DHT
String AnzeigeLuftfeuchtigkeit = String(dht.readHumidity());
AnzeigeLuftfeuchtigkeit.replace(".", ",");
Serial.print("Messwert CO²: ");
Serial.println(String(CO2) + " ppm");
Serial.print("Temperatur MH-Z19: ");
Serial.println(String(TemperaturMHZ) + "°C");
Serial.print("Temperatur RTC: ");
Serial.println(AnzeigeTemperaturRTC + "°C");
Serial.print("Temperatur DHT: ");
Serial.println(AnzeigeTemperaturDHT + "°C");
Serial.println("----------------------");
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print(aktuell.toString(Zeit));
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("CO2 " + String(CO2) + " ppm");
lcd.setCursor(0, 2);
lcd.print("Temperatur " + AnzeigeTemperaturDHT + "\337C");
lcd.setCursor(0, 3);
lcd.print("Feuchtigkeit " + AnzeigeLuftfeuchtigkeit + "%");
VerstricheneZeit = millis();
}
}Quellen:
MH-Z19 Sensoren bei Wolles Elektronikkiste
Datenblatt MH-Z19C bei Winsen Eletronics
Beitrag bei Wikipedia zum NDIR-Prinzip
Fotos: Hartmut Waller
Letzte Aktualisierung: