AM312 (links oben), HC-SR505 (darunter), HC-SR501 (rechts), in der Draufsicht

Miniatur-Bewegungssensoren HC-SR505, AM312 und SR602

Wie der HC-SR501 sind auch der HC-SR505, der AM312 und der SR602 pyroelektrische Infrarotsensoren (abgekürzt „PIR”). Die Sensoren sind aber deutlich kleiner als der HC-SR501 – der Durchmesser der Kunststoffkappen ist nur etwa halb so groß. Dadurch und wegen kleinerer und weniger umfangreich bestückter Platinen sind die Sensoren auf einen kürzeren Entfernungsbereich von 3 bis max. 5 Metern ausgelegt und bieten etwas weniger Funktionsmöglichkeiten: Auslösedauer und Empfindlichkeit sind fest vorgegeben, und sie unterstützen nur wiederholtes Auslösen (repeatable trigger). Dafür sind die Pins so angebracht, dass die Sensoren direkt auf einem Breadboard eingesteckt werden können. Alle Sensoren haben einen 3-Pin-Anschluss und liefern beim Erkennen einer Bewegung einen HIGH-Pegel am Ausgabepin.

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Barometrischer Sensor BMP180

BMP180 und BMP280 Luftdrucksensoren

Viele kennen sicher die »Wetterstationen«, die bei Eltern oder Großeltern an der Wohnzimmerwand hingen oder noch hängen: Barometer, Hygrometer und Thermometer als analoge Instrumente. Deren Funktionen sind inzwischen in kleinen Sensoren realisiert, von denen einige zum Messen von Temperatur und Luftfeuchtigkeit hier schon vorgestellt wurden – es fehlt noch ein barometrischer Sensor wie der Bosch BMP180, um die digitale Version so einer Wetterstation mit einem Mikrocontroller aufzubauen. Er und sein Nachfolger BMP280 messen zusätzlich zum Luftdruck auch die Temperatur und bieten über die Bibliotheken Funktionen, um den gemessenen Luftdruck in den Druck auf Höhe des Meeresspiegels umzurechnen.

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SHT20 Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor

SHT20 Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor

Der SHT20 ist ein weiterer Sensor zur Messung der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit, den ich wegen des kleinen Preises bei einer Bestellung in China zum Ausprobieren mitbestellt habe. Der Sensor befindet sich in einem Kunststoffgehäuse mit vier Anschlusspins – vergleichbar mit dem DHT22 –, außerdem gibt es ihn auf eine kleine Platine montiert als Modul. Auf dem Modul ist lediglich eine zusätzliche rote LED samt Vorwiderstand vorhanden, die anzeigt, dass die Spannungsversorgung funktioniert. Wie der AM2320 kommuniziert der SHT20 über die I2C-Schnittstelle. Die dafür notwendigen Pull-Up-Widerstände sind bereits im Sensorgehäuse verbaut – deshalb sind sie auf der Modulplatine nicht noch einmal vorhanden.

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Mit einem Widerstand kodierte I2C-Adresse (OLED-Display Typ SSD1306)

I2C-Schnittstelle am ESP32 und Arduino

I2C ist ein serieller Datenbus, über den ein Mikrocontroller mit nur zwei Steuerleitungen mehrere verschiedene Geräte gleichzeitig steuern kann – insbesondere bei Controllern mit nur wenigen I/O-Pins ein großer Vorteil, wenn nicht jedes angeschlossene Gerät eigene Anschlüsse belegt. Der Name der I2C-Schnittstelle (auch: IIC) steht für Inter-Integrated Circuit, eine andere Bezeichnung ist – wegen der beiden Steuerleitungen – Two-Wire-Interface (TWI, Zweidraht-Schnittstelle). Jede Komponente am Bus wird über ihre individuelle Adresse angesprochen. Deshalb muss diese Adresse eindeutig sein, und man kann man nicht ohne weiteres mehrere gleiche Geräte an einem Bus betreiben.

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OLED-Display zur Anzeige von Werten des Sensors DHT22

OLED-Display mit Treiber-Chip SSD1306

Die monochromen SSD1306-OLED-Displays sind eine relativ günstige und stromsparende Möglichkeit, Mikrocontroller-Projekte mit einer kleinen Anzeige auszustatten. Sie verwenden den Treiberchip SSD1306 und werden per I2C-Schnittstelle gesteuert. Die Versorgungsspannung liegt zwischen 3,3 und 5 Volt, sodass sie mit Arduinos, ESP32, ESP8266 und anderen Mikrocontrollern funktionieren. Verschiedene Bibliotheken bieten neben der Darstellung von Text in mehreren Größen und Schriftarten auch Funktionen zum Zeichnen geometrischer Figuren, Bitmap-Grafiken und kleiner Animationen.

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MH-Z19B: Schaltung mit ESP32

CO2-Sensor MH-Z19B

Der MH-Z19B ist ein CO2-Sensor, mit dem man eine CO2-Ampel selbst realisieren kann. Durch die Corona-Pandemie (COVID-19) sind zur Messung der Luftqualität in Räumen, die von mehreren Personen gleichzeitig benutzt werden, vermehrt CO2-Sensoren im Einsatz (z.B. in Klassenräumen in Schulen). Der CO2-Wert gibt einen Hinweis darauf, wie „verbraucht” die Luft ist – indirekt wird daraus auf das mögliche Ansteckungsrisiko durch in der Raumluft schwebende Aerosole mit COVID19-Erregern geschlossen. Die Sensoren sind oft in Form von CO2-Ampeln im Einsatz und signalisieren, wann es erforderlich ist, den Raum zu lüften. Der Beitrag zeigt, was es beim Einsatz des MH-Z19B zu beachten gilt.

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AM2320 auf dem Breadbord

AM2320 Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor

Der AM2320 ist ein Sensor zur Messung der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit. Er kommuniziert mit dem Mikrocontroller über den I2C-Bus. Von den technischen Daten ist er mit dem DHT22 (AM2302) vergleichbar, kostet aber nur etwa die Hälfte. Der Sensor ist – wie der DHT22 – lose oder als Modul erhältlich. Verwendet man den einfachen Sensor, benötigt man noch 2 Pull-Up-Widerstände – auf dem Modul sind diese üblicherweise bereits vorhanden.

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PIR Bewegungsmelder

PIR-Bewegungssensor HC-SR501

Der HC-SR501 ist ein sog. PIR-Bewegungssensor – „PIR” steht dabei für pyro-elektrischer (auch: passiver) Infrarot-Sensor (engl.: pyroelectric infrared sensor) und ist der am häufigsten eingesetzte Typ von Bewegungssensoren. Wie der Name sagt, reagiert er auf Infrarotstrahlung – also Wärme – von Objekten, die sich am Sensor vorbei bewegen. Über dem eigentlichen Sensor ist eine Halbkugel aus transparentem Kunststoff angebracht, die in mehrere Facetten, sog. Fresnel-Linsen, unterteilt ist. Das bewirkt, dass ein relativ großer Bereich vor dem Sensor überwacht werden kann – lt. Datenblatt bei dem hier verwendeten Sensor vom Typ HC-SR501 ein kegelförmiger Bereich von maximal 110° bis zu einer Entfernung von 6-7 Metern. Eine genaue Beschreibung der Funktionsweise findet sich bei Wikipedia, Adafruit stellt ein PDF in englischer Sprache bereit, in dem Funktion, Aufbau und Anwendung beschrieben werden.

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ESP32 Pico Kit V4.1

ESP32 Pico Kit V4.1

Das ESP32 Pico Kit ist ein ESP32 Development Board mit deutlich kompakteren Abmessungen als die Standard-ESP32-Boards. Es lässt auf dem Breadboard auf jeder Seite zwei Reihen Steckkontakte frei – die Standard-Boards sind mit nur einer freien Reihe auf einer Seite deutlich breiter. Von den 20 möglichen Anschlüssen auf jeder Seite des Pico Kits sind 17 mit Pins versehen, sodass es auch auf Mini-Breadboards mit 170 (10 * 17) Kontakten passt, was gerade beim Basteln kleiner Projekte praktisch ist. Nicht verlötet sind SD0 bis SD3, CLK und CS, die alle mit dem internen Flash-Speicher verbunden sind. Üblicherweise sind diese Pins am ESP32 sowieso nicht nutzbar – wer sie benötigt, kann (bzw. muss) selbst die zusätzlichen Pins anlöten; Lötaugen (Pads) sind vorhanden. Gegenüber den größeren Boards vom Typ DevKitC fehlen der zweite I2C-Kanal (GPIO-Pins 16 und 17) und die interne LED.

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Nano mit Shield

Arduino-IDE: Einrichten eines Arduino Nano Klons

ESP32 und Arduino Nano unterscheiden sich in der Hardware erheblich. Insbesondere was die Kommunikationsmöglichkeiten angeht, ist der ESP32 den verschiedenen Arduino-Modellen mit Bluetooth und WiFi weit voraus. Dazu bietet er einen leistungsfähigeren (Zweikern-)Prozessor, größeren Hauptspeicher und mehr GPIO-Pins. Auch preislich ist der ESP32 zumindest gegenüber den Original-Arduinos im Vorteil. Da der Arduino von Anfang an als offene Plattform angelegt war, gibt es aber eine große Auswahl an (legalen) Nachbauten, die ab ca. 4-5 € für einen Uno- oder Nano-Klon preislich interessanter sind als die Originale und sich etwa auf dem Niveau des ESP32-Vorgängers ESP8266 bewegen.

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