Vindriktnings innere Werte<\/h2>\n\n\n\n
Das Geh\u00e4use l\u00e4sst sich durch Entfernen der 4 Schrauben auf der R\u00fcckseite \u00f6ffnen. Anschlie\u00dfend die beiden Kabel des Feinstaubsensors mit der MCU trennen. Nun kann die Front entfernt werden. <\/p> \n\n\n\n Schauen wir uns das PCB mal etwas n\u00e4her an. Wir sehen, dass wir gar nicht so viel sehen. Ein paar Widerst\u00e4nde, ein Kondensator, ein Linearregler und nen 8-beinigen Microchip. Dieser hat angenehmerweise all seine Beinchen an Diagnose-Pads herangef\u00fchrt. Und 5V Spannung liegt dort ebenfalls an. <\/p> \n\n\n\n Abgesehen von +5V und GND, ist vor allem das mit RESET beschriftete Pad interessant, auf dem ich die serielle Kommunikation der MCU mit dem Sensor mitlauschen will. An dem LED_R_1 Pad liegt die Spannung der Photodiode an. Diese werde ich daf\u00fcr verwenden, die Helligkeit der CO2 LED an die originale anzupassen. <\/p> \n<\/div>\n\n\n\n Zun\u00e4chst kompiliere ich mit dem Home Assistant Pluging eine quasi leere ESPHome Firmware und flashe diese auf den Wroom32. Die komplette .yaml Konfiguration findes sich im weiteren Verlauf dieses Artikels, daher verzichte ich an dieser Stelle auf die Snippets, die mich zum Endergebnis f\u00fchren. Vor allem stecke ich jetzt einmal alles „trocken“ an die sp\u00e4ter vorgesehen Pins und teste es. Es ist mir nicht nur einmal passiert, dass ich beim finalen Aufbau noch einmal Pins umgelegt habe, die entweder das zuk\u00fcnftige OTA-Flashen oder gar das Booten des ESPs verhindern. <\/p> \n\n\n\n Der Sensirion SDC30 Sensor (CO2, Luftfeuchtigkeit, Temperatur) wird per I\u00b2C angesteuert. Folglich ben\u00f6tigt er +3,3V, GND von dem Development Board (sp\u00e4ter von dem MCP1825S 3,3V Festspannungsregler). In einem Internetforum hie\u00df es, der SDC w\u00fcrde sich im Betrieb etwas erw\u00e4rmen, was die Temperaturwerte verf\u00e4lschen soll. Das scheint (zumindest in diesem Setup) aber kaum messbar zu sein. Nichtsdestotrotz habe ich an den I\u00b2C Bus zus\u00e4tzlich noch einen BMP280 Temperatur \/ Luftdrucksensor mit angeschlossen. Wirklich notwendig ist der retrospektiv aber nicht – es sei denn man m\u00f6chte unbedingt noch den Luftdruck messen. Weil ich aber sowieso ne Handvoll von dem BMPs hier rumfliegen und sonst keine andere Verwendung f\u00fcr sie hatte, hab ich ihn sogar final mit verbaut. Warum? Weil ich es kann! <\/span> <\/p> \n\n\n\n Die TX Leitung des PM1006 (am RX UART der IKEA MCU) wird an einem beliebigen GPIO des ESPs angeschlossen. Es reicht, in diesem Betriebsmodus, lediglich den RX Pin in der ESPHome UART Konfiguration zu definieren. F\u00fcr autonomen Betrieb des Sensors ohne IKEA MCU wird auch ein TX Port ben\u00f6tigt. Siehe Dokumentation des PM1006-Moduls<\/a> von ESPHome. <\/p> \n\n\n\n Auf dem Bild kann man noch 2 Ger\u00e4te erkennen, die ich angeschlossen habe. Hierbei handelt es sich um einen Infrarot Empf\u00e4nger und eine IR-Blaster Diode. Diese schlie\u00dfe ich zus\u00e4tzlich an, weil dieser Sensor im Schlafzimmer seinen Dienst verrichten soll. Da ich gerne mit Musik oder zu einer Doku einschlafe, soll der Home Assistant sp\u00e4ter das Media-Geraffel abschalten, sobald Sleep as Android, \u00fcber seinen Webhook den Eintritt in eine Tiefschlafphase meldet. Der IR Empf\u00e4nger wird dabei lediglich initial zum Anlernen der IR-Codes genutzt. <\/p> \n\n\n\n Nat\u00fcrlich k\u00f6nnte man sich den Empf\u00e4nger im finalen Ausbau der CO2-Ampel sparen, aber es ist so viel Platz im Geh\u00e4use und vielleicht wird er sp\u00e4ter nochmal n\u00fctzlich. <\/p> \n\n\n\n Als letztes wird eine Status LED hinzugef\u00fcgt. Der Sensor soll die CO2 Werte ja auch optisch analog zum Vindriktning anzeigen k\u00f6nnen. Hierf\u00fcr hab ich mir ein T\u00fctchen 10mm RGB-LEDs mit gemeinsamer Kathode (gemeinsamer Minuspol) geklickt. Ich habe hier pro Farbe einen 270\u2126 Widerstand verbaut. Vermutlich ginge auch ein einzelner Widerstand an der Kathode, aber ich denke, das k\u00f6nnte beim Farbmischen (Orange z. B.) zu inkonsistenter Helligkeit f\u00fchren. Und Widerst\u00e4nde sind in meinem Privathackerspace auch hinreichend vorhanden. <\/p> \n\n\n\n Als alles lief, habe ich einen Schaltplan in KiCad erstellt, als Dokumentation f\u00fcr mich selbst. Nach diesem Schaltplan werde ich sp\u00e4ter alles final verl\u00f6ten. Das linke Bild ist der Schlafzimmer-Sensor mit dem zus\u00e4tzlichen IR-Kram. Diesen habe ich f\u00fcr das Wohnzimmer weggelassen, da hier bereits alles smart ist. <\/p> \n\n\n\n Mir ist bewusst, dass der Infrarot-Blaster durch keinen Vorwiderstand gesch\u00fctzt ist. Urspr\u00fcnglich war hier sogar einer vorgesehen, aber damit leuchtete sie zu schwach, sodass die Befehle bei den Ger\u00e4ten nicht ankamen. Andere Leute im Internet verst\u00e4rken den Ausgang des ESPs sogar noch mit einem Transistor. Am Ende des Tages reden wir hier von sehr kurzen gepulsten Signalen. <\/p> \n\n\n\n Bisschen belastend ist aber, dass ich die Spannung der Photodiode direkt an einen ADC-Pin des ESP32 heranf\u00fchre, da hier Spannungen von 0-5V ankommen. Der ESP32 vertr\u00e4gt eigentlich gut nur Spannungen bis 3.3V. H\u00f6here Messwerte als 3,9V k\u00f6nnen auch gar nicht gemessen werden, selbst mit einer attenuation von 11dB. Bislang ist keiner der beiden ESPs gestorben, also scheint das irgendwie schon noch innerhalb der Toleranz zu liegen. Er muss auch nur Spannungen von <0,3V f\u00fcr die dunkle Darstellung von Spannungen dar\u00fcber unterscheiden k\u00f6nnen. Das klappt so. <\/p> \n\n\n\n Beachten sollte man, dass die Photodiode deutlich empfindlicher im imfraroten Bereich als im sichtbaren ist. Auf Tageslicht reagiert sie ganz gut, auf k\u00fcnstliches weniger. Hier habe ich eine sehr helle LED-Taschenlampe zum Testen benutzt und direkt in die LED geleuchtet. <\/p> \n\n\n\n Das Sch\u00f6ne an ESPHome ist, dass man kaum programmieren (k\u00f6nnen) muss, um eine Firmware zu erstellen. Man beschreibt einfach gesagt die Schnittstelle(n) des ESPs mit einer YAML Konfigurationsdatei. Den Rest macht ESPHome selbst. Am Ende herausgefallen kommt eine Bin\u00e4rdatei, die initial einmal per USB auf das Ger\u00e4t geflasht wird. F\u00fcgt man den ‚ota‘ Block mit ein, kann man zuk\u00fcnftig direkt aus dem Webinterface von ESPHome heraus das Flashen „durch die Luft“ ansto\u00dfen. <\/p> \n\n\n\n Nachfolgend einige kommentierte Ausz\u00fcge aus meiner Konfiguration. Die vollst\u00e4ndigen Dateien finden sich bei mir im git: Schlafzimmer<\/a>, Wohnzimmer<\/a> <\/p> \n\n\n\n Zuerst definiere ich den Namen des Sensors und auf welcher Plattform und Board er laufen soll. <\/p> \n\n\n\n Anschlie\u00dfend zwinge ich ESPHome, den im lokalen DNS eingetragenen FQDN „sleepingroom.home“ statt Broadcast-Discover zu verwenden. <\/p> \n\n\n\n Damit der Fallback-AP Dinge tun kann, muss das captive Portal definiert sein. <\/p> \n\n\n\n API und OTA und Fallback-AP Updates sollten selbstverst\u00e4ndlich gesch\u00fctzt sein, sonst kann der Sensor sehr einfach \u00fcbernommen werden. <\/p> \n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n Hier definiere ich die Pins f\u00fcr I\u00b2C, die 3 PWM-Ausg\u00e4nge f\u00fcr die 3 Farben der LED und den RX-Pin f\u00fcr den UART. <\/p> \n\n\n\n Den gr\u00fcnen Kanal f\u00fcr die LED schr\u00e4nke ich auf 50% Leistung ein, da sie sonst viel zu hell w\u00e4re und Farbverf\u00e4lschungen die Folge w\u00e4ren. <\/p> \n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n F\u00fcr die Ansteuerung der LED verwende ich die RGB Plattform, die mir die manuelle Farbmischung abnimmt. Ich definiere sie als interne Komponente, da Farbe und Helligkeit auf Basis der Sensorwerte eingestellt werden. T\u00e4te ich das nicht, k\u00f6nnte man Farbe und Helligkeit wie bei jeder anderen smarten Lampe \u00fcber ein Farbrad einstellen und sogar Effekte verwenden. <\/p> \n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n Nun definiere ich die Sensoren. Der ‚wifi_signal‘ Sensor meldet die aktuelle Empfangsst\u00e4rke zum AP. <\/p> \n\n\n\n Die Angabe vom I\u00b2C Bus ist optional, die Angabe der Adresse nur bei mehreren Sensoren gleichen Typs verpflichtend. Der Ordnung halber, habe ich aber alles festgenagelt. <\/p> \n\n\n\n Sinnvoll ist es, ‚ambient_pressure_compensation‘ und ‚automatic_self_calibration“ zu aktivieren. Ersteres macht nur bei einem statisch platzierten Sensor Sinn, bei einem mobilen will man stattdessen ‚altitude_compensation‘ verwenden. Die automatische Kalibrierung beobachtet \u00fcber einen 2 Wochen Zeitraum, CO2 Minimalmesswerte begleitet durch Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen. So wird der Messwert auf den aktuellen durchschnittlichen CO2-Wert von ~400ppm kalibriert. <\/p> \n\n\n\n Mit ‚on_value_range‘ reagiert der ESP auf definierte Wertebereiche, um den Text-Sensor und die Farbe der LED zu setzen. Diese habe ich hier abgek\u00fcrzt. <\/p> \n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n Da die IKEA MCU die verbauten LEDs bereits leuchten l\u00e4sst, muss ich hier nichts weiter konfigurieren. Ich setze aber – wie schon beim CO2-Sensor – einen Text-Sensor basierend auf den Grenzwerten, bei denen die LED-Farbe wechselt. <\/p> \n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n![\"Vindriktning](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/vindriktning_case-675x1200.jpg\")
<\/a><\/figure><\/li>![\"Vindriktning](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/pcb_front-675x1200.jpg\")
<\/a><\/figure><\/li>![\"\"](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/pcb_back-675x1200.jpg\")
<\/a><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/pcp_front_cropped-1920x542.jpg\")
<\/figure><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/pcb_pads_detail_1-800x450.jpg\")
<\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n![\"\"](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/pcb_pads_detail_2-800x450.jpg\")
<\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\nPoC der Feinstaub- \/ CO2-Ampel auf dem Breadboard<\/h2>\n\n\n\n
![\"Alle](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/dev_board_poc-1920x1080.jpg\")
<\/figure>\n\n\n\nSensorik<\/h3>\n\n\n\n
Infrarot Empf\u00e4nger und Sender<\/h3>\n\n\n\n
Status LED<\/h3>\n\n\n\n
Schaltplan<\/h2>\n\n\n\n
![\"\"](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/sleepingroom_schematic-1697x1200.png\")
<\/a><\/figure><\/li>![\"\"](\"https:\/\/www.commander1024.de\/wordpress\/wp-content\/uploads\/2021\/09\/livingroom_pcb-1697x1200.png\")
<\/a><\/figure><\/li><\/ul><\/figure>\n\n\n\nESPHome Software f\u00fcr die CO2-Ampel kompilieren<\/h2>\n\n\n\n
esphome:<\/span>\n name:<\/span> sleepingroom<\/span>\n platform:<\/span> ESP32<\/span>\n board:<\/span> nodemcu-32s<\/span>\n\nwifi:<\/span>\n ssid:<\/span> \"Voltage-legacy\"<\/span>\n password:<\/span> !secret<\/span> voltage_legacy_psk<\/span>\n use_address:<\/span> sleepingroom.home<\/span> \n power_save_mode:<\/span> high<\/span>\n fast_connect:<\/span> on<\/span>\n\n # Enable fallback hotspot (captive portal) in case wifi connection fails<\/span>\n ap:<\/span>\n ssid:<\/span> \"Schlafzimmer Fallback Hotspot\"<\/span>\n password:<\/span> !secret<\/span> fallback_psk<\/span>\n\ncaptive_portal:<\/span>\n\n# Enable logging<\/span>\nlogger:<\/span>\n level:<\/span> DEBUG<\/span>\n\n# Enable Home Assistant API<\/span>\napi:<\/span>\n password:<\/span> !secret<\/span> api<\/span>\n\n# Enable over-the-air updates<\/span>\nota:<\/span>\n password:<\/span> !secret<\/span> ota<\/span><\/code><\/span>Code-Sprache:<\/span> YAML<\/span> (<\/span>yaml<\/span>)<\/span><\/small><\/pre><\/div>\n\n\n\n# Initialize I\u00b2C<\/span>\ni2c:\n - id: bus_a\n sda: 13<\/span>\n scl: 16<\/span>\n scan: true<\/span>\n\n# Initialize LEDC GPIOs<\/span>\noutput:\n - platform: ledc\n pin: GPIO17\n id: led_red\n - platform: ledc\n pin: GPIO18\n id: led_green\n max_power: 50<\/span>%\n - platform: ledc\n pin: GPIO19\n id: led_blue\n\n# Initialize UART for Vindriktning sensor<\/span>\nuart:\n rx_pin: GPIO26\n baud_rate: 9600<\/span><\/code><\/span>Code-Sprache:<\/span> PHP<\/span> (<\/span>php<\/span>)<\/span><\/small><\/pre><\/div>\n\n\n\n# Define RGB mode for LED<\/span>\nlight:\n - platform: rgb\n id: co2_light\n name: \"CO2 Status LED\"<\/span>\n red: led_red\n green: led_green\n blue: led_blue\n internal: true<\/span><\/code><\/span>Code-Sprache:<\/span> PHP<\/span> (<\/span>php<\/span>)<\/span><\/small><\/pre><\/div>\n\n\n\nsensor:\n # WiFi signal strength<\/span>\n - platform: wifi_signal\n name: \"WiFi Signalst\u00e4rke\"<\/span>\n update_interval: 60<\/span>s\n # SCD30 CO2 + temperature + humidity sensor<\/span>\n # * air quality category 0: LED is purple, sensor needs calibration (<380ppm)<\/span>\n # \u2022 air quality category 1: LED is green (380-800ppm) <\/span>\n # \u2022 air quality category 2: LED is yellow (900-1200ppm) <\/span>\n # \u2022 air quality category 3: LED is orange\/amber (1200 bis 1600ppm) <\/span>\n # \u2022 air quality category 4: LED is red (1600-2000ppm) <\/span>\n - platform: scd30\n i2c_id: bus_a\n co2:\n name: \"Schlafzimmer CO2\"<\/span>\n id: co2_value\n accuracy_decimals: 1<\/span>\n on_value_range:\n - below: 380<\/span>\n then:\n - text_sensor.template.publish:\n id: co2_warn\n state: \"Kalibrierung n\u00f6tig\"<\/span>\n - light.turn_on:\n id: co2_light\n red: 75<\/span>%\n green: 0<\/span>%\n blue: 100<\/span>%\n - above: 380<\/span>\n below: 800<\/span>\n [ ... ]\n temperature:\n name: \"Schlafzimmer Temperatur\"<\/span>\n accuracy_decimals: 2<\/span>\n humidity:\n name: \"Schlafzimmer Luftfeuchtigkeit\"<\/span>\n accuracy_decimals: 1<\/span>\n # SCD30 temp sensor might be a bit off - this is'nt<\/span>\n temperature_offset: 0<\/span> \u00b0C\n ambient_pressure_compensation: 1<\/span>\n automatic_self_calibration: True<\/span>\n address: 0x61<\/span>\n update_interval: 60<\/span>s<\/code><\/span>Code-Sprache:<\/span> PHP<\/span> (<\/span>php<\/span>)<\/span><\/small><\/pre><\/div>\n\n\n\n # Vindriktning<\/span> particulate<\/span> matter<\/span> sensor<\/span>\n -<\/span> platform<\/span>: pm1006<\/span>\n pm_2_5<\/span>:\n name<\/span>: \"Feinstaub<\/span> PM<\/span> 2.5<\/span>\u00b5m<\/span>\"\n on_value_range<\/span>:\n -<\/span> above<\/span>: 0\n below<\/span>: 35\n then<\/span>:\n -<\/span> text_sensor<\/span>.template<\/span>.publish<\/span>:\n id<\/span>: pm25_warn<\/span>\n state<\/span>: \"gr<\/span>\u00fcn<\/span>\"\n -<\/span> above<\/span>: 35\n below<\/span>: 85\n then<\/span>:\n -<\/span> text_sensor<\/span>.template<\/span>.publish<\/span>:\n id<\/span>: pm25_warn<\/span>\n state<\/span>: \"orange<\/span>\"\n -<\/span> above<\/span>: 85\n then<\/span>:\n -<\/span> text_sensor<\/span>.template<\/span>.publish<\/span>:\n id<\/span>: pm25_warn<\/span>\n state<\/span>: \"rot<\/span>\"<\/code><\/span>Code-Sprache:<\/span> CSS<\/span> (<\/span>css<\/span>)<\/span><\/small><\/pre><\/div>\n\n\n\n # Analog<\/span> photo<\/span> diode<\/span> voltage<\/span>\n -<\/span> platform<\/span>: adc<\/span>\n pin<\/span>: 32\n name<\/span>: \"Spannung<\/span> Photodiode<\/span>\"\n attenuation<\/span>: 11db<\/span>\n update_interval<\/span>: 1