Komponenten und Aufbau

Im Folgenden wird sowohl die Auswahl der Hardwarekomponenten, als auch der Zusammenbau, sowie die Betriebnahme im weiteren Sinne beschrieben. Besonders wird eingegangen auf die verbauten Sensoren und die Struktur des physischen Sensors.

Auswahl der Komponenten

Verbaut sind eine Vielzahl verschiedener Sensoren. Wir haben einen CO2 Sensor, einen Sensor für flüchtige Kohlenwasserstoffe (VOC) und einen für mehrere verschiedene schädliche Gase, einen Sensor für den Schalldruck und einen für den Lichtpegel, sowie einen für Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit verbaut. Zum auslesen der Sensoren bedarf es noch einer Steuereinheit, hier entschieden wir uns für einen Heltec Lora ESP32. Dieser zeichnet sich dadurch aus, dass zum einen ein Anschluss für einen LIPO-Akku zum autarken Betreiben des Sensors besteht. Darüber hinaus ist ein LCD-Display für etwaige Ausgaben oder zu Debug-Zwecken vorhanden. Und zuletzt lassen sich über eine Antenne mehrere Boards zum Datenaustausch miteinander verbinden. Dies bietet die Möglichkeit, ein ganzes Netz von Sensoren aufzubauen.

Entwicklung

In der Entwicklungsphase haben wir uns entschieden, alles auf Breadboards aufzubauen und zu testen (Abbildung 1). Der ESP32 verfügt nur über eine bestimmte Anzahl an Pins für I/O, bei welchen einige auch nicht für 5V verfügbar sind, eine Spannung, auf der die meisten unserer Sensoren betrieben werden sollten. In Abbildung 2 ist nun unsere endgültige Schaltung zu sehen.

Sensorgehäuse

Als Gehäuse haben wir uns entschieden, ein passendes Gehäuse mit einem 3D-Drucker herzustellen. Aus Zeitgründen haben wir das aber zumindest für den Prototypen verworfen und uns für das Gehäuse eines Rauchmelders entschieden. Das Gehäuse wurde geleert und die Verstrebungen herausgetrennt. Nun mussten die Sensoren so eingesetzt werden, dass die individuellen Sensoren auch Zugang zu entsprechendem zu messenden Medium (beispielsweise durfte der Lichtwiderstand nicht verdeckt werden) haben. Hierzu haben wir uns die verschiedenen Öffnungen des Rauchmelders zu Nutzen gemacht und die Sensoren so eingesetzt und mit etwas Heißkleber fixiert (Abbildung 3). Auf Lötstellen wurde aus Gründen der möglichen Veränderung der Verbindungen noch verzichtet, hier wurde die Bauteile nur mit Steckkabeln zusammengesteckt (Abbildung 4). Der fertige Sensor sieht sehr unscheinbar aus (Abbildung 5).