Komponenten
In diesem Abschnitt sind alle Komponenten aufgelistet, die für den Bau eines Climate Cubes benötigt werden. Des weiteren werden diese auch einzeln vorgestellt und ihre Funktion erklärt.
Materialliste
Für den Bau eines Climate Cubes werden verschiedene Komponenten benötigt. Diese sind im Folgenden aufgelistet und mit Links zu den jeweiligen Shops versehen. Der Preis für einen Climate Cube beträgt aktuell (Stand 01.02.2024) ca. 50€.
- ESP 32 (AZ Delivery)
- Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor GY-21 (AZ Delivery)
- Lichtsensor BH 1750 (AZ Delivery)
- Real Time Clock DS3231 (AZ Delivery)
- SD Card Modul (AZ Delivery)
- Bewegungssensor AM312 (Androegg)
- Selbsterstelle Platine (Anleitung zur Bestellung unten in der Komponentenvorstellung)
- CO² Sensor CCS811 (Berrybase)
- 5V Netzteil inkl. Kabel (Conrad)
- 2x SK6812 LED (Conrad)
- 3x Buchsenreihe (Conrad)
- SD Karte 32 GB (Conrad)
ESP 32
Das Herzstück unseres Projektes ist dieser Microcontroller. An ihm werden alle Sensoren und weitere Komponenten angeschlossen. Der ESP32 wird dann später so programmiert, dass er alle Daten erfasst und auf einer Micro-SD Karte bzw. in der Cloud speichert.
Allgemeine Infos zum ESP32 und seine Anschlüsse.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor GY-21
Dieser Sensor erfasst Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsdaten und übermittelt diese per I2C (Erklärung und Beispiel) an den ESP.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Lichtsensor BH 1750
Der Lichtsensor erfasst die Lichtintensität und schickt den Wert in lux per I2C an den Microcontroller.
Quelle: AzDelivery
Real Time Clock DS3231
Die RTC wird benötigt, um aktuelle Daten wie Datum, Uhrzeit und den Wochentag zu erhalten. Der Zeitstempel wird dann zusammen mit den Sensordaten auf der SD-Karte gespeichert. Dieses Modul kommuniziert ebenfalls per I2C.
Quelle: BBS II Wolfsburg
SD Card Modul
Um die Micro-SD Karte mit dem ESP32 verbinden zu können, brauchen wir dieses Modul. Es schreibt die Daten in eine CSV Datei, die auf der Karte gespeichert ist.
In folgendem Format erscheinen diese dann Zeilenweise:
Unix-Zeitstempel, CO2 Gehalt in ppm, TVOC in ppb, Bewegung in 0/1, Temperatur in Grad Celsius, Luftfeuchte in %, Helligkeit in lux
z.B. 1707213930,523,18,1,20.59,51.10,170.83
Kommuniziert wird per SPI.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Bewegungssensor AM312
Der Bewegungssensor bleibt bei erkannter Bewegung für 2 Sekunden aktiv und sendet ein binäres Signal.
Quelle: Ebay
Selbsterstellte Platine
Um alle Komponenten unseres Climate Cubes miteinander zu verbinden wurde die erste Version auf einem Steckbrett aufgebaut.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Für den ersten Test war das die einfachste Möglichkeit, jedoch können sich diese Jumper Kabel leicht lösen und der gesamte Aufbau sieht recht chaotisch aus.
Deswegen haben wir uns vorgenommen eine eigene Leiterplatte, auch PCB (Printed Circuit Board) genannt, zu entwickeln. Im Folgenden arbeiten wir mit dem Programm Fusion360, welches als Schüler oder Student kostenlos genutzt werden kann (Download).
Um einen Schaltplan und die Platine erstellen zu können, mussten wir unsere Komponenten zuerst in das Programm importieren (Fusion Library Download).
Als nächstes wurde ein Schaltplan erstellt, der dazu dient dem Programm mitzuteilen, welche Komponenten wie miteinander verbunden werden müssen. Zur besseren Übersichtlichkeit bietet es sich an bei komplexeren Projekten einen richtigen Schaltplan mit beispielsweise EPlan zu erstellen.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Danach werden alle Komponenten auf der Platine platziert und miteinander verbunden. Dabei ist es sinnvoll regelmäßig den Design Rule Check (DRC) durchzuführen, um mögliche Fehler zu erkennen.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Die fertige Platine kann in ein 3D-Modell umgewandelt werden, damit ein besserer Eindruck entsteht.
Quelle: BBS II Wolfsburg
Die fertige digitale Leiterplatte kann dann im Menü "Fertigung" als Gerber-Datei exportiert werden, um diese auf Webseiten wie z.B. JLCPCB fertigen zu lassen.
Quelle: BBS II Wolfsburg
CO2 Sensor CCS811
Quelle: BBS II Wolfsburg
5V Netzteil inkl. Kabel
Buchsenreihe
Damit der Microcontroller und die Sensoren austauschbar sind, verwenden wir Buchsenreichen worauf diese dann gesteckt werden.
Quelle: Conrad
Quelle: BBS II Wolfsburg
SD Karte
Quelle: Pixabay