Feinstaubmessung mit dem Raspberry Pi

  • Ich möchte an dieser Stelle etwas ausführlicher über den erfolgreichen Abschluss eines meiner Teilprojekte zum Thema Umweltmonitoring von Feinstaub-Emissionen auf Basis des Raspberry Pi berichten.


    Wie im Beitrag "Wetterdaten mit dem Pi Temperatur Sentinel (PiTS) aufzeichnen und darstellen" geschildert, unterstützt PiTS bzw. die PiTS-It! Management Software viele verschiedene Sensoren, darunter auch den seriellen Feinstaubsensor PMS7003 von PLANTOWER.


    Für alle die selbst die Feinstaubbelastung vor Ort mit Hilfe eines Raspberry Pi ermitteln möchten, hier die Stückliste an erforderlicher Hardware:

    • 1 x Raspberry Pi (vorzugsweise PiZeroW) inkl. SD-Card und Stromversorgung
    • 1 x PLANTOWER PMS7003 Feinstaubsensor
    • 2m vier- oder fünfadriges Datenkabel
    • 1 x geeignetes Gehäuse für den Sensor und den RasPi

    Als Software kommt das aktuelle Release der PiTS-It! Management Software zum Einsatz.


    Die Verkabelung des seriellen Feinstaubsensors an die UART-Schnittstelle ist beispielhaft auf folgenden Anschlussplan skizziert.

    [IMG:http://www.tgd-consulting.de/PiTS/PiTS-Anschlussplan-PMS7003.jpg]

    Bei der Verbindung der UART-Schnittstelle kann auf die Leitung TxD (GPIO14), vom Raspberry Pi aus gesehen, verzichtet werden, da keine Daten an den Sensor übermittelt werden müssen. Daher reicht ein vieradriges Kabel für den Anschluss des Sensors an den Raspberry Pi aus.


    Wie man die UART-Schnittstelle an der GPIO-Stiftleiste am einfachsten aktiviert, ist in der FAQ beschrieben.


    Zunächst wurde der Sensor mehrere Wochen an einem Testsystem (Raspberry Pi 3) in einer Büroumgebung betrieben und auf "Herz und Nieren" geprüft. Die Feinstaubbelastung im Büro wurde zuverlässig gemessen und aufgezeichnet.

    Nun ist der PLANTOWER PMS7003 Feinstaub Sensor an einen PiZeroW angeschlossen und hat seinen Platz zusätzlich im Gehäuse des remote PiTS-Außensensor gefunden.


    Seitdem zeichnet dieses PiTS-System quasi kontinuierlich die Veränderungen der Feinstaubbelastung im Außenbereich auf. Eine Messung erfolgt alle fünf Minuten. Dabei wird der Feinstaubsensor jeweils für 30 Sekunden über einen GPIO (z.B. GPIO18) aktiviert. Während der Messzeit wird die Luft mit Hilfe eines im Sensor eingebauten Miniaturlüfters angesaugt und in die Messsensorik geleitet. Der Sensor benötigt eine Vorlaufzeit von etwa 15 Sekunden, um aussagekräftige Daten zur Feinstaubkonzentration und der Anzahl der einzelnen Partikelgrößen im Luftstrom ermitteln zu können. Während des Messzeitraums werden die Messwerte als einzelne Datenpakete über die UART-Schnittstelle an die Software gesendet. Die Messwerte der letzten 10 Datenpakete werden gemittelt und die jeweiligen Mittelwerte aufgezeichnet.


    Hier sieht man den Verlauf der Feinstaubkonzentration der vergangenen Woche:

    Im Plot sind die jeweiligen Partikelgrößen in unterschiedlichen Farben (PM10 = rot, PM2.5 = blau, PM1 = gelb) dargestellt. Die Min-/Max- und Durchschnittswerte beziehen sich auf PM10.


    Die Darstellung der Feinstaubwerte im WebUI der Software sieht folgendermaßen aus:



    Optional bietet die PiTS-It! Management Software auch die Möglichkeit im Rahmen von Citizen Science und Open Data an Plattformen für offene Sensordaten wie openSenseMap oder Luftdaten.info teilzunehmen.


    Hier zur Veranschaulichung die Darstellung der Feinstaubmesswerte des PiTS-Systems bei diesen Plattformen:


    Darüber hinaus bietet das aktuelle Release der PiTS-It! Management Software die Möglichkeit zur optionalen Übertragung der Messwerte an SmartHome Steuerungszentralen wie:


    Vielleicht inspirieren obige Abbildungen hier zum Nachbau oder zur Adaption in eigene Projekte. Macht mit beim Citizen Science.


    VG

    TGD

  • Ein Gutes Neues Jahr euch allen.


    Für alle die es interessiert hier die Feinstaub "Explosion" die das Silvester-Feuerwerk in der Neujahrsnacht verursacht hatte:



    Zum Glück hat eine steife Brise aus Nordwest schnell wieder für frische Luft gesorgt.




    Happy New Year

    TGD

  • Diesen Peak kann die Menschheit verkraften, die Dauerberieselung das ganze Jahr über durch Autos, Flugzeuge und Riesenschiffe eher nicht.

    Einmal editiert, zuletzt von flyppo ()

  • Danke für den Einblick!

    Ich weiß ja nicht, wo deine Messungen stattfinden, denke jedoch, in großen Städten, vor allem in den Innenstadtbereichen, ist der Pegel noch viel höher gewesen.


    Angeblich hat man bundesweit mit ca. 5000 Tonnen Feinstaub gerechnet (kein Plan, wie das prognostiziert wird).


    Dieser Wert ist jedoch etwa der Wert aller bundesdeutschen Autos über mehrere Monate kumuliert...

  • Diesen Peak kann die Menschheit verkraften, die Dauerberieselung das ganze Jahr über durch Autos, Flugzeuge und Riesenschiffe eher nicht.

    "übers Jahr" sind die Werte aber wesentlich geringer und gesundheitlich nicht relevant.


    Der Silvester-Peak ist jedoch Ursache für eine Menge Atembeschwerden vor allem bei Asthmatiker zu den Jahreswechseln, falls sich diese in belastetet Umgebung aufhalten.

    Ich hatte selbst ein Asthma-Kind in der Familie und habe genau das beobachtet.

  • ...anscheinend kann er doch mehr, wie unschwer zu erkennen ist💥


    ..wusste ich allerdings bis heute auch nicht, da ich letztes Jahr um diese Zeit noch keinen Feinstaubsensor hatte.


    Mein bislang höchster regulär gemessener Wert lag bei 36/2.5 und 78/10. Allerdings reiße ich auch im Regelbetrieb mindestens 5 bis 6 Mal im Monat die zulässigen Grenzwerte. Meine Straße ist aufgrund seiner extremen Feinstaubbelastung bekannt und deswegen öfters Thema in den Regionalmedien. Aber wir haben ja demnächst das Dieselfahrverbot. Zum Glück fahre ich einen 6- Zylinder Benziner 😁

  • Angeblich hat man bundesweit mit ca. 5000 Tonnen Feinstaub gerechnet (kein Plan, wie das prognostiziert wird).

    Nun, man weiss ja ungefähr, wieviel von dem Knallerzeug verkauft wurde. Und das wird zeitnah in die Luft geblasen.

    Warum werden dann solche (ich will es mal vorsichtig ausdrücken: Ausrutscher zu Silvester) so extrem verteufelt? Solche waren dann Früher ja noch viel höher als heute.

    Zu Silvester? Glaub ich nicht. Der Umsatz an Knallerware ist steigend. Früher gabs mal 3 Raketen, heute müssen es 3 Batterien mit 20 Raketen sein, drunter tuts nicht mehr.

    Dabei übersieht man, dass die Feinstaubwerte schon seit 1996 im sinken begriffen sind, kontinuierlich.

    Nur weils früher mit Braunkohlenfeuerung noch schlimmer war...

  • Zu dem Feinstaubwahn sag ich nur: Am Arbeitsplatz sind 950µg kein Problem für 8h täglich...40h die Woche....

    Möööp! Das ist nicht Feinstaub. Das ist NOx, Stickoxide. Echt mal, mit viel Schaum vorm Mund dummes Zeug nachplappern - und dann noch falsch.


    Du hast sicher auch kein Problem mit dauerhaft 80dBA Lärm in Deinem Wohngebiet, denn das ist ja der Grenzwert, der am Arbeitsplatz zugelassen ist, bevor der Arbeitgeber Maßnahmen wie Gehörschutz verteilen ergreifen muss. Völlig sinnlos, diese Lärmbeschränkung auf 55dBA für Wohngebiete. Die Leute sollen sich doch mal nicht so anstellen, dauerhaft einen Rasenmäher neben sich laufen haben stört doch nicht.


    Wie, wäre Dir doch nicht so lieb? Komisch, bei Lärm verstehen die meisten Leute den Unterschied zwischen MAK und MIK und Arbeitsplatz und Wohngegend ziemlich gut. Nur bei NOx kapieren sie es irgendwie nicht.

  • Danke bin lernfähig...

    trotzdem wenn man sich auf Wikipedia die Auflistung anschaut:

    Schüttgutumschlag: 8000t/Jahr

    Kleinverbraucher wie Holz/Pelletheizung: 33000t/Jahr

    kommen die errechneten 29000t/Jahr vom Diesel echt lächerlich vor. Sinnvoller wärs dann einfach Filteranlagen für Öfen vorzuschreiben oder die Dinger gleich verbieten. Da würd man der Umwelt mehr helfen als in HH Autoverkehr in gewissen Straßen zu verbieten/einzuschränken und 5 Meter weiter schmeißt ein Kahn seinen Schwerölmotor an. Die betroffenen Autofahrer umfahren diesen Bereich dann und sind somit noch länger am Dreck produzieren - halt nur wo anders. Das ganze ist wieder so ein "guck wir tun doch was" anstelle wirklich was bewirken zu wollen.


    Edith sagt:

    Ich hab gerade weitergelesen- also direkt für den Feinstaub wie vom Diesel hab ich jetzt zwar nix übern Arbeitsplatz gefunden. Allerdings wird dort auch von der Allgemeinbelastung ausgegangen. Diese liegt zwischen 1,25mg/m³ und 10mg/m³. Da sind die gemessen Werte ja noch weiter weg. (Ich geh jetzt mal aus das diese SDS011 Sensoren nicht unterscheiden können wo der Partikel grad herkommt der am Sensor vorbeifliegt)

    2 Mal editiert, zuletzt von K_! () aus folgendem Grund: typo

  • Kleinverbraucher wie Holz/Pelletheizung: 33000t/Jahr

    Sinnvoller wärs dann einfach Filteranlagen für Öfen vorzuschreiben oder die Dinger gleich verbieten.

    Holzöfen sind im Gegensatz zu Dieselmotoren selten geworden, arbeiten CO2-Neutral und mit regenerativem Brennstoff, ausserdem kann man damit sogar auch noch das Essen kochen, was das ganze im Gegensatz zu Dieselfahrzeugen effizient macht.

  • Also ich kenne n haufen Leute mit Holzöfen - die stehen allerdings im Wohnzimmer und dienen mehr der Wohlfühlatmosphäre.

    Dafür erzeugen sie Ruß, Kohlenmonoxyd und PAK.

  • Hier ist ja eine rege Diskussion entstanden. Also scheint das Thema Feinstaub ja ein wenig zu polarisieren.


    Die Werte meiner Messstation sind natürlich nicht repräsentativ für andere Regionen Deutschlands und der Anstieg der Feinstaubkonzentration dürfte in Ballungsgebieten oder im Innenstadtbereich größerer Städte viel extremer ausgefallen sein (s.a. das Beispiel von mark-aus-51).

    Danke für den Einblick!

    Ich weiß ja nicht, wo deine Messungen stattfinden, denke jedoch, in großen Städten, vor allem in den Innenstadtbereichen, ist der Pegel noch viel höher gewesen.

    Zentris

    Die Messungen wurden im ländlichen Raum im nördlichen Schleswig-Holstein durchgeführt. Daher auch die schnelle Rückkehr der Konzentration auf das normale Niveau.


    Die bisherigen Messwerte meiner Messstation zeigen aber, dass bei südlichen Windrichtungen die Feinstaubbelastung wesentlich höher ist. Dann zieht nämlich u.a. der "Mief" der metropolregion Hamburg über SH hinweg.

  • Hallo,


    der Ofen im Wohnzimmer zusätzlich zur Zentralheizung ist in den letzten Jahren leider wieder stark in Mode gekommen und tragen in "wohlhabenderen" Gegenden zur Feinstaubbelastung bei.


    Es wäre allerdings vermessen zu glauben, das Problem allein mit Dieselfahrverboten in den Griff zu bekommen. Hierzu bedarf es eines Maßnahmenpaketes, welches deutlichere Einschnitte für alle bedeuten würde. Insbesondere die Industrie müsste viel stärker zur Verantwortung gezogen werden. Zudem müssten alternative Energiequellen noch mehr viel mehr genutzt und Elektromobilität ausschließlich aus diesen Quellen massiv forciert werden.


    Es stimmt, dass es im letzten Jahrtausend subjektiv viel gewaltigere Umweltverschmutzungen gab. Allerdings machen sich die Folgen davon bis heute bemerkbar. So etwas wie Umweltbewusstsein war in den 60er und 70er Jahren noch ein Fremdwort. Ich kann mich noch daran erinnern, dass es in meiner Kindheit eine verbreitete Unsitte war, den Ölwechsel am Auto über dem Straßengully durchzuführen...hat damals niemanden interessiert. Heute kämst Du dafür in den Knast.


    Gruß

    Mark