Measure CO2 with a Node MCU microcontroller, if you don’t have a IoT Octopus

This article is a variation on the tutorial explaining how to make a CO2 measuring device using a Octopus microcontroller, plus CO2 sensors and optional displays.

As one might not always have an Octopus microcontroller at hand, people have asked me how to build a CO2Ampel – CO2 traffic light warning gadget – with a different microcontroller. Thankfully, such a device was recently assembled at Chaos Computer Club Freiburg.

To keep things inexpensive, we’re skipping the NeoPixel LED of the other tutorial, in this tutorial. Thus parts could be obtained for around 55 EUR.
Later, we’ll cover how to connect the measuring device described here, to various displays . Also, those interested in finding further tips and information, can find more information in the Octopus section of this blog.
(This post is for the most part identical with the CO2 Messen mit dem Octopus tutorial, also on this blog.)

Parts

I have provided links to the Mouser Onlineshop and to Tindie. You can also find the parts elsewhere, and my links aren’t affiliate links. 

  • Node MCU (microcontroller, controlling the other elements ), via Amazon or Mouser.
  • CO2 sensor SCD30 – these are available with different interfaces. Eg. With a Grove connector – although often sold out – as well as without. In the case of the CO2 sensors without a grove connector, one needs to solder or otherwise connect it to the microcontroller. Slightly cumbersome but manageable. (Digikey from 53 EUR, RS Online from 72 EUR, Mouser around 50 EUR – at time of writing these were sold out, but new ones are orderd)
  • LCD panel – To display the data from the CO2 sensor. There are several variants, also with Grove connectors. From 6 EUR. from Mouser.
  • A power source – Likely you already have one – a USB charger. Just make sure you  have  a Micro-USB cable. Powerbanks are an alternative, especially if you want to carry the device around. 
  • Grove connector cable – 2.5 EUR by Mouser.
  • I2C Hub – a hub connecting several Grove connector cables. Grove connector cable – 2.5 EUR by Mouser.
  • A case – There are many ideas around. From Ikea picture frames, to Bird houses.
  • A Data ready USB cable – You probably have one at home, but may have to try several USB cables before you find one that can transmit data as well as power. Please note, quite often the USB cables one gets with various bits of electronics can only carry power. So it makes sense to try different USB cables if USB cable one doesn’t work.

Programming

To program Arduino code with visual programming (Ardu)blocks, we need to modify the Ardunio IDE code editor a bit. (For those that prefer text-code, you’ll find the produced Ardublocks code, in text form, at the end of this tutorial).

The easiest way to get going is to use a Windows PC and install the software following the instructions (including download links ) from the Umwelcampus Birkenfeld website. Instructions for MacOS and Raspberry PI can also be found, via the website’s overview page. I’ve also made some tutorials for Mac OS here on my blog. There is a (German language) Tutorial for Raspberry Pi, too.

Windows: download the zip file with the ‘blocky’ Arduino IDE and then install the relevant hardware driver software. Install the Arduino into a very short File tree, et. C:/iotw. You may also have to take care if you have another Arduino Version already installed. Pay attention which do you start. Start by double clicking on the „IOTWerkstatt.bat“ file.

Raspberry Pi: Setup RaspberryPi Os (Raspbibian) for your Pi and then download the modified Arduino IDE from here.

Mac OS: this is a bit more complicated compared to Windows, but accomplishable using these instructions (in German, again), or the ones below. Here too, you need to install the relevant hardware driver software, and download the special Arduino IDE. This is done as follows:

  1. Download the Driver.
  2. Download and install the Arduino IDE.
  3. Following the installation of the Arduino IDE, right-click on the Arduino IDE icon, and select “Show package content” from the menu. This shows the files that make up the Arduino IDE.
  4. Open the “Contents” folder of the just-opened Aruduino package.
  1. Open the downloaded IoTW.zip file.
  2. Drag the “Portable” folder (of the expanded IoTW.zip file ) into the “Java” folder of the expanded Arduino IDE files.
  1. Now open the Arduino IDE.
  2. Open the “Tools” menu and go to Port submenu, and select “Dev/cu.SLAB_USBtoUART” option, to select the right port.
  3. Open the “Tools” menu, as before, and now open the “Board” submenu, and select the “Generic ESP8266 Module”, as our board.

Cabling

The ESP9266 is cheap and can be used as the microcontroller for the CO2 Traffic lights.

Connect yellow on the D1, white on the D2, black on the GND, and red on the 3V. The cables connect with the Node MCU as shown in the table below. Now we need to solder them into place.

Node MCU pinI2C / Grove Cable
3.3 Vred
GNDblack
D1yellow / SCL
D2white / SDA

Here and now is a good time to solder the (Grove) cables to the Node MCU.
Then we can do fun things like connect a Grove LCD and a SCD30 CO2 sensor to the Node NCU, via a I2C hub. As the grove Cables have preset colours, this should be simple.

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Besser lüften mit CO2 Ampel

Nach der Anleitung von Guido Burger im Make Magazin habe ich mir eine CO2 Ampel gebaut. Meine Octopus Platine zeigt nun nicht nur eine Warnung an (gelb ab 700, rot ab 1000) sondern überträgt die Daten nicht nun auch noch per Thingsspeak (Anleitung im Link).

Damit habe ich nun daheim und im Büro ein wenig die Luft ausgewertet und auch schöne Dashboards gebaut.

Was man an meiner kleinen Wohnung gut sieht: Nachts steigt der CO2 Wert auf über 2000 ppm – im Winter wenn es kalt ist, mache ich beim Schlafen die Fenster zu – sobald morgens gelüftet wird ,sinkt aber der Wert wieder deutlich.

Diesen Wert Messe ich in der Nähe der Wohnungstür, denn da war noch eine Steckdose frei. Auch das Öffnen der Wohnungstür, senkt den Wert deutlich. Querlüften ist übrigens effizienter, wenn ich entweder die Wohnungstür offen lasse oder aber auch den Lüfter im Bad angeschaltet.

Gleichzeitig messe ich auch noch Werte aus dem BME680 Sensor von Bosch: Den Indoor Air Quality Index (IAQ), das CO2 Äquivalent (rechnet der aus dem IAQ raus) und auch noch die Volatilen Organischen Komponenten. Optisch verlaufen die im gleichen Trend, sogar mit dem CO2 aus der Ampel.

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CO2 Ampeln basteln ?

so sieht das CO2 Meßgerät aus

Die Deutsche Gesetzliche Unfallversicherung empfiehlt in Schulen CO2-Ampeln bzw. -Messgeräte:
„Tipp: CO2-Ampeln oder Messgeräte zur Bestimmung der CO2-Konzentration in der Luft in Klassenräumen einsetzen; die max. CO2- Konzentration darf 1.000 ppm nicht über- schreiten; in der Zeit der Epidemie ist ein Zielwert von 700 ppm anzustreben.“

Auch das Bundesumweltamt empfiehlt dies und weißt darauf hin:
„Das Risiko einer Übertragung von SARS-CoV-2 in Innenräumen lässt sich durch geeignete Lüftungsmaßnahmen reduzieren (…) In Räumen mit hoher Personenbelegung, wie z. B. Schulen, können sogenannte CO2-Ampeln als grober Anhaltspunkt für gute oder schlechte Lüftung dienen. Kohlendioxid (CO2) gilt seit langem als guter Indikator für den Luftwechsel, eine CO2-Konzentration von höchstens 1000 ppm (0,1 Vol-%) zeigt unter normalen Bedingungen einen hygienisch ausreichenden Luftwechsel an. CO2-Ampeln können somit einen raschen und einfachen Hinweis liefern, ob und wann Lüftung notwendig ist. (…) Umgekehrt weisen aber CO2- Konzentrationen deutlich oder dauerhaft größer als 1000 ppm in Schulen, aber auch in Büros und Privathaushalten, auf ein unzureichendes Lüftungsmanagement mit potenziell erhöhtem Infektionsrisiko hin.“

Vor diesem Hintergrund bietet Sebastian Müller am 24.9.2020 von 17:00 – 19:00 im Innenhof des Chaos Computer Club einen Workshop zum Basteln von CO2 Ampeln an.

Der Sensor

„Wir verwenden einen CO2 Sensor des Schweizer Herstellers Sensirion und die Ocotopus Platine von Guido Burger. Diese Platine kann mit einer grafischen Oberfläche programmiert werden, so dass auch Menschen ohne Kenntnisse von Programmiersprachen ein eigenes Program, zugeschnitten auf ihre Bedürfnisse entwickeln können“, erklärt Sebastian Müller.

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24.9.2020 17:00 Chaos Computer Club Freiburg – Wir basteln CO2 Ampeln / Meßgeräte

Nachdem es der Chaos Computer Club schon auf Twitter angekündigt hat:

Wir basteln CO2 Ampeln / Meßgeräte
Do 24.9.2020 17:00
Chaos Computer Club Freiburg

Adlerstraße 12a

Die Meßgeräte werden auf Basis der Octopus Platine von Guido Burger gebaut, dazu noch ein CO2 Sensor, ein paar Kabel und ein Display. Für die Programmierung werden wir die grafische Oberfläche Ardublocks verwenden. Es ist nicht notwendig Programmieren zu können, wir werden vor Ort in die Oberfläche einführen, somit kann jede*r ein Gerät passend für die eigenen Bedürfnisse bauen.

Ardublocks, die grafische Benutzeroberfläche fürs Programmieren.

Es ist notwendig 4 Lötpunkte zu setzen, dies werden wir vor Ort gemeinsam tun und auch in die Verwendung des Lötkolbens kurz einführen, wenn das gewünscht ist.

Vorschau(öffnet in neuem Tab)

Das fertige Meßgerät

Das Basteln findet im Innenhof unter freiem Himmel statt, es ist eine Anmeldung mit Name, Vorname sowie E-Mail Adresse notwendig. Wir werden auf ausreichende Abstände, sowie Desinfektionsmittel bereitstellen. Bitte Tragen sie während der Veranstaltung einen Mund-Nasen-Schutz bzw. Maske. Bitte kein Gesichtsvisir.

Wir haben Material für 10 Personen. Bitte bestellen sie die Teile nicht selbst, wir werden eine Sammelbestellung durchführen, dadurch erhalten wir bessere Preise. Die Veranstaltung ist auf 10 Personen begrenzt.

Bei schlechtem Wetter weichen wir mit weniger Personen auf einen Innenraum aus.

Anmeldeschluß 16.9.2020 20:00. !Anmeldung noch möglich!
Kosten ca 100 EUR. Bei günstigerer Bestellung gibt es ggf. Geld zurück.

Zur Anmeldung (google forms)

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