Do it yourself Wie Sie selbst ein Feinstaubmessgerät bauen können

Wie hoch ist die Feinstaubbelastung an der Martinistraße? Um das herauszufinden, hat der WESER-KURIER selbst ein Feinstaubmessgerät gebaut und es an der Fassade an der Martinistraße aufgehängt.
25.07.2019, 20:49
Lesedauer: 6 Min
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Von Jean-Pierre Fellmer

Die Martinistraße ist eine der am stärksten befahrenen Straßen der Bremer Innenstadt. Doch was genau bedeutet das für die Luftqualität? Um diese Frage zu beantworten, hängt seit wenigen Tagen ein Feinstaubsensor am Pressehaus des WESER-KURIER.

Zusammengebaut hat das Gerät Jean-Pierre Fellmer, Volontär beim WESER-KURIER seit 2019. Dafür hat er sich am Projekt Luftdaten.info beteiligt. Die Teilnehmer von Luftdaten.info betreiben sogenannte „Citizen Science“, Bürgerwissenschaft, bei der Laien ohne Vorwissen ein eigenes Feinstaubmessgerät bauen. Eine Anleitung auf der Internetseite des Projekts erklärt Schritt für Schritt, welche Bauteile benötigt werden, wie man die Komponenten zusammensetzt und programmiert. Wie der Sensorbau funktioniert hat, beschreibt er in diesem Protokoll.

Schritt 1: Die Bauteile beschaffen

Zuerst müssen die elektronischen Komponenten bestellt werden: eine Feinstaubsensoreinheit, ein Minicomputer, ein Sensor für die Temperatur sowie Luftfeuchtigkeit, ein Verbindungskabel, ein USB-Kabel für die Stromversorgung und ein Netzteil. Die Technik gibt es bei diversen Online-Versandhändlern. Weil ich bei einem deutschen Online-Shop bestellt habe, kommt schon nach drei Tagen ein Päckchen mit der Elektronik beim Pressehaus an. Für das Gehäuse des Messgeräts fahre ich zum Baumarkt, dort kaufe ich zwei gewinkelte Abwasserrohre, einen dünnen Plastikschlauch, ein paar Kabelbinder und ein bisschen Fliegengitter.

Schritt 2: Die Software installieren

Im zweiten Schritt programmiere ich den Minicomputer, damit er die Messdaten von den Sensoren verarbeiten kann. Das ist viel leichter, als es klingt. Von der Projektseite lade ich zwei Programme herunter und verbinde anschließend den Minicomputer per USB-Kabel mit dem Laptop. Das erste Programm ist der sogenannte Gerätetreiber – er erlaubt die Kommunikation des Rechners mit dem Minicomputer und ist mit wenigen Klicks installiert. Das zweite Programm überträgt die Firmware, ein Art Betriebssystem, auf den Minicomputer. Auch das ist unkompliziert: Es genügt, die neueste Version in deutscher Sprache aus einem Menü auszuwählen. In weniger als zehn Sekunden ist der Vorgang abgeschlossen.

Schritt 3: Den Sensor zusammensetzen

Die Elektronik setze ich zusammen, indem ich den Feinstaubsensor sowie den Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensor durch Käbelchen mit dem Minicomputer verbinde. Die Anschlüsse für die Käbelchen sind an allen Komponenten gleich: Metallstifte, etwas dicker als Stecknadeln. Sie sind mit kryptischen Abkürzungen wie „D0“, „D1“ oder „RXD“ beschriftet. Die Enden der Käbelchen werden dann auf die Stifte gesteckt. In der Anleitung gibt es einen Schaltplan, der exakt erklärt, wie das geschehen soll. Ich bin dabei besonders vorsichtig, um keinen der feinen Metallstifte abzubrechen. Insgesamt stecke ich acht Verbindungen: fünf für den Feinstaubsensor und drei für den Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensor. Ob die Käbelchen an den richtigen Stellen sitzen, ließ sich einfach kontrollieren, weil die Isolierungen unterschiedliche Farben haben.

Schritt 4: Verbindung zum Internet

Damit der Sensor Daten übertragen kann, muss er mit dem Internet verbunden werden. Ich schließe dafür den Minicomputer am Strom an. Das Gerät öffnet ein neues Wlan-Netzwerk mit dem Namen „Feinstaubsensor-14893444“. Die Zahl notiere ich mir wie in der Anleitung vorgeschrieben: Sie ist die interne ID des Minicomputers, die ich später brauchen werde. Mit meinem Laptop logge ich mich in das Netz ein und öffne die die Adresse des Minicomputers im Webbrowser. Die Seite zeigt eine Liste mit allen verfügbaren Wlan-Netzwerken der Umgebung. Ich wähle das hauseigene Netzwerk aus und gebe das Passwort ein, das ich von der Informationstechnik des Pressehauses bekommen habe. Ich drücke auf „Speichern und neu starten“, die Seite schließt sich, und der Sensor hängt am Netz.

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Schritt 5: Den Sensor testen

Jetzt kann ich prüfen, ob der Sensor Messwerte übermittelt. Dafür kopiere ich eine Internetadresse aus der Anleitung in den Webbrowser. Es wird mir eine spärlich gestaltete Website angezeigt, die die Komponenten aller Sensoren des Projekts aufgelistet. Hier soll ich die ID des Sensors suchen. Nach wenigen Minuten taucht auch mein Gerät in der Liste auf. Der Eintrag ist mit einem Link hinterlegt, hinter diesem verbergen sich zwei Grafiken, die die Feinstaubbelastungen anzeigen sollen. Noch ist sind keine Messdaten zu sehen. Aber nach mehrfachem Aktualisieren sehe ich in der Grafik einen ersten Messpunkt: Das Gerät funktioniert offenbar.

Schritt 6: Einbau ins Gehäuse

Damit die Technik vor Wind und Regen geschützt ist, bekommt sie ein Gehäuse. Mit einem Kabelbinder binde ich den Minicomputer und die Feinstaubsensoreinheit zusammen. An der Öffnung, durch die die Feinstaubsensoreinheit Luft ansaugt, befestige ich den Plastikschlauch. Er sorgt dafür, dass das Gerät nicht die Luft innerhalb des Gehäuses ansaugt, sondern von außerhalb. Mit einem zweiten Kabelbinder zurre ich Schlauch und Luftfeuchtigkeits- und Temperatursensor zusammen. Ich fädele das Stromkabel durch eines der Abwasserrohre und stecke die Technik hinein, bis sie sich leicht verkeilt hat. Dann führe ich den Schlauch durch das andere Rohr und stecke beide Abwasserleitungen zusammen. Die Technik ist jetzt komplett umhüllt. Ich bringe mit Gaffer-Klebeband an beiden Öffnungen der Rohre ein Stück Fliegengitter an, damit keine Insekten in das Innere des Gerät klettern können. Der Sensor ist nun bereit für den Außendienst.

Schritt 7: Installation an der Fassade

Mit Unterstützung der Techniker des WESER-KURIER montiere ich den Sensor im ersten Stock des Pressehauses an der Außenfassade. Die Kollegen haben dafür ein Blech organisiert und es so in Form gebogen, dass es sich zwischen die Fliesen der Außenwand schieben lässt. Mit zwei Kabelbindern verknüpfe ich das Feinstaubmessgerät mit dem Blech und verankere die Konstruktion mit der Wand – was gut funktioniert. Anschließend verlegen wir das Stromkabel durch die Fensterdichtung. Dann verbinden wir es mit der Steckdose.

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Schritt 8: Sensor registrieren

Der Sensor misst nun den Feinstaub an der Martinistraße. Damit aber jeder auf die Messdaten zugreifen kann, muss er noch beim Projekt Luftdaten.info angemeldet werden. Dafür nutze ich ein Formular auf der Internetseite. Hier trage ich die Adresse ein, an der der Sensor hängt. Außerdem gebe ich an, auf welcher Höhe der Sensor angebracht ist und wie weit er von der Straße entfernt ist. Personenbezogene Daten wie meinen Namen muss ich nicht eingeben, ich bleibe also anonym. Wer will, kann außerdem veranlassen, dass nicht die exakte Position des Sensors veröffentlicht wird. Ich schließe die Registrierung ab, auf der Karte erscheint anschließend ein neuer Messpunkt – der erste in der City innerhalb der Wallanlagen.

Was zeigt die Karte an?

Die Karte auf Luftdaten.info zeigt nun einen Punkt, der die Feinstaubbelastung in Echtzeit angibt. Alle zweieinhalb Minuten misst der Sensor den Feinstaubgehalt in der Luft und aktualisiert den Wert. Der Sensor misst grundsätzlich nur den PM2,5-Gehalt in der Luft, der PM10-Wert wird hochgerechnet. Je nach Belastung ändert sich die Farbe des Messpunktes. Die Karten für für PM2,5 und PM10 orientieren sich laut Jan Lutz, Mitgründer von Luftdaten.info, an den EU-Grenzwerten. Die Karte „Official AQI US“ gibt den amerikanischen Luftqualitätsstandard an, der sich nach den Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) richtet. Die Daten aller Sensoren werden in einem Archiv gespeichert und können kostenlos auf der Internetseite des Projekts heruntergeladen werden.

Wie misst der Sensor?

Mit den Sensoren ließen sich qualitative Messungen durchführen, sagt Marcel Langner, Experte für Luftreinhaltung beim Umweltbundesamt. „Man bekommt Aussagen darüber, ob die Belastung besonders hoch oder niedrig ist, kann die Werte im Normalfall aber nicht direkt mit offiziellen Messstellen vergleichen.“ Allerdings seien die Werte quantitativ nicht so genau, dass damit eine Überschreitung der Grenzwerte beurteilt werden könne. Die Sensoren können außerdem bei erhöhter Luftfeuchtigkeit fehlerhafte Messwerte anzeigen. Das liegt an der Funktionsweise des Sensors: Ein Laserstrahl misst, wie viele Partikel sich in der Luft befinden, registriert also etwa auch Wassermoleküle. Ist die Luftfeuchtigkeit besonders hoch, wird das Ergebnis verfälscht. Eine weitere Fehlerquelle, sagt Langner, sei die falsche Bedienung einzelner Sensoren; etwa dann, wenn ein Sensor falsch aufgehängt oder verbaut werde. Je mehr Sensoren zur Verfügung stünden, desto zuverlässiger das Ergebnis.

Wie geht es weiter?

Geplant ist, dass der Sensor mehrere Monate an der Fasse hängt und den Feinstaubgehalt in der Luft misst. Erste Messwerte zeigen: Der PM2,5-Wert lag am vergangenen Dienstag bei höchstens sechs Mikrogramm pro Kubikmeter (µg/m³) und im Durchschnitt bei knapp vier µg/m³, wobei die Morgenstunden nicht eingerechnet sind.

Info

Zur Person

Jean-Pierre Fellmer

Die Idee, den Feinstaubgehalt in der Luft selbst zu messen, findet er großartig. Das Projekt Luftdaten.info verfolgt er deshalb seit einem Jahr – nun hat er den Selbstversuch gewagt. Wer wie er einen eigenen Sensor bauen will, findet die Anleitung im Internet unter luftdaten.info/feinstaubsensor-bauen. Die Kosten für die Bauteile liegen bei 30 bis 80 Euro – je nachdem, wo man die elektronischen Komponenten bestellt.

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