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2026-6

Basilikum

Arduinos im Unterricht - Informatik, Physik, Technik, ...

Fragen und Anregungen an: Makerspace@GymSAS.de

Messgerät

ARDUINO-NANO
3D-Druckgehäuse

Aufbau

Ergebnis

Vorversuch

48-Stunden-Messung

2 Stunden Licht
6 Stunden Dunkelheit
2 halbe Pflanzen
1 LED

CO2-07

CO2-08

Analyse der Daten:

CO2-Erzeugung (ohne Licht)

Die Daten herausfiltern, in denen die Temperatur konstant und niedrig ist (Lampe aus). In diesen Zeiträumen wird der CO2-Anstieg pro Minute berechnet.

CO2-Aufnahme (mit Licht)

Die Daten herausfiltern, in denen die Temperatur höher ist (Lampe an). In diesen Zeiträumen wird der CO2-Abfall pro Minute berechnet.

Berechnung:

Die Rate der CO2-Veränderung (ppm pro Minute) für beide Zustände berechnen.
Mit dem Volumen des Gefäßes (5 Liter) wird die CO2-Menge in Mikromol umgerechnet
- unter Verwendung der idealen Gasgleichung.

Ergebnisse:

Die CO2-Produktion und -Aufnahme pro Minute in relevanten Einheiten angeben.

Beispiel

Nachbau

1. Grundfunktion - UNO mit Sensoren

Material

Mikrocontroler ARDUINO UNO (5 bis 20 EURO)
Co2-Sensor MHZ 19B (10 bis 40 Euro - Funktionsweise MHZ-19
Erweiterung: Lufttemperatur und Luftdruck
- BMP180 (1 bis 4 EURO)
Laptop (zum Programmieren und als Anzeige)
Steckverbindungen
20 bis 40 EURO (Asien/Europa)

Steckplan

Code

Co2-Messung mit MHZ-19B über PWM-Kommunikation

/*********************************************************************************************************
*
* MHZ-19B, BMP 180 2025-06-12
*
*********************************************************************************************************/

#define ALTITUDE 8.0                       // BMP 180 Borgfelde liegt 8 m ueber dem Meer
#include <Wire.h>                          // BMP 180
#include <SFE_BMP180.h>                    // BMP 180
SFE_BMP180 pressure;                       // BMP 180 - Creating an object pressure
float StartZeit, LaufZeit;                 // Zeitpunkt der Messung
String dataString = "";                    // Ausgabestring
int LeerZeile = 0;

/**************************************
*  für den Betrieb des MH-Z19B        *
**************************************/
  const int pwmpin = 6;                    // Der Sensor hängt an Pin 6
  const int range = 5000;                  // Der eingestellte Messbereich (0-5000ppm)
  int  ppm_pwm = 0;  
/**************************************
*  für den Betrieb des BMP 180        *
**************************************/
  double T, P, p0;                         // Speicher fuer temp, Druck relativer Druck

/**************************************
*  Festlegung Messintervall           *
**************************************/
  const  int SchreibPause = 29998;         // naechste Messung erst nach ca. 30 Sekunden     
  int WarteZeit;
void setup() {
  StartZeit = millis();    

/**************************************
 *  für den Betrieb der Ausgaben      *
 **************************************/ 
  Serial.begin(9600);                       // Serieller Monitor mit 9600 bit/s
 
/**************************************
 *  für den Betrieb des MH-Z19B        *
 **************************************/   
    pinMode(pwmpin, INPUT);                   // PWM-Pin auf Eingang setzen

/**************************************
 *  für den Betrieb des BMP-180       *
 **************************************/   
  if (!pressure.begin()) {
    delay(3000);
    Serial.println("BMP-180 init failed!");   // while(true); // wartet, bis der Sensor sich meldet
  }
  Serial.print("Provided altitude: ");
  Serial.print(ALTITUDE, 0);
  Serial.println(" meters");
}

/*********************************************************************************************************
*
*                            H A U P T P R O G R A M M - Loop
*
*********************************************************************************************************/
void loop() {
  DatenAuslesen();
  SerialAusgabe();
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Datenauslesen
*
*********************************************************************************************************/
void DatenAuslesen(){
  LaufZeit =  millis() - StartZeit;
  ppm_pwm = readCO2PWM();                     // Messung der PWM-Länge mittels einer eigenen Funktion
  DruckUndTemperaturMessung();
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Ausgabe am seriellen Monitor
*
*********************************************************************************************************/
void SerialAusgabe(){
  Serial.print(LaufZeit/1000,0);                   
  Serial.print(" s  | "); 
  Serial.print(ppm_pwm);                   
  Serial.print(" ppm   | "); 
  Serial.print(T,1);                   
  Serial.print(" C  |  "); 
  Serial.print(p0);                  
  Serial.print(" hPa  |  "); 
  Serial.print(P);                  
  Serial.print(" hPa Luftdruck gemessen in Borgfelde 6 m ueber NN"); 
  Serial.println();             
}

/********************************************************************************************************
 * 
 *                 Funktionen zum PWM-Auslese des CO2-Wertes
 *                 
 *********************************************************************************************************/
  int readCO2PWM() {
  unsigned long th;
  int ppm_pwm = 0;
  float pulsepercent;
  do {
    th = pulseIn(pwmpin, HIGH, 1004000) / 1000;
    float pulsepercent = th / 1004.0;         // Pulslänge in Prozent (%)
    ppm_pwm = range * pulsepercent;           // PPM-Werte bei gegebenem Range
  } while (th == 0);                          // Der gemessene Wert wird an die loop()-Funktion zurückgegeben,                                                                        
  return ppm_pwm;                             // wo er dann ausgegeben wird.  
}

/********************************************************************************************************
 * 
 *                 Prozedur zum Auslese des BMP-180 (Druck- und Temperatursensor)
 *                 
 ********************************************************************************************************/
void DruckUndTemperaturMessung(){
  char status;
  status = pressure.startTemperature();
  if (status != 0) {
    delay(status);
    status = pressure.getTemperature(T);
    if (status != 0) {
      status = pressure.startPressure(3);
      if (status != 0) {
        delay(status);
        status = pressure.getPressure(P, T);
        if (status != 0) {
          p0 = pressure.sealevel(P, ALTITUDE);
        }
      }
    }
  }
}

2. Nano mit Sensoren und OLED-Display

Material

Mikrocontroler ARDUINO NANO (oder UNO) (5 bis 20 EURO)
Co2-Sensor MHZ 19B (10 bis 40 Euro - Funktionsweise MHZ-19

Breadbord 400
Lufttemperatur und Luftdruck
- BMP180 (1 bis 4 EURO)
OLED zur Datenanzeige
Laptop (zum Programmieren)
Steckverbindungen
21 bis 45 EURO (Asien/Europa)

Schltplan

Steckplan

Code

Co2-Messung über PWM-Kommunikation mit dem Sensor

/*********************************************************************************************************
*
* MHZ-19B, BMP 180 und OLED 2025-06-13
*
*********************************************************************************************************/

#include <Wire.h>                                              // OLED
#include "SSD1306Ascii.h"                                      // OLED
#include "SSD1306AsciiWire.h"                                  // OLED
#define I2C_ADDRESS 0x3C                                       // OLED
SSD1306AsciiWire oled;                                         // OLED


#define ALTITUDE 8.0                       // BMP 180 Borgfelde liegt 8 m ueber dem Meer
#include <Wire.h>                          // BMP 180
#include <SFE_BMP180.h>                    // BMP 180
SFE_BMP180 pressure;                       // BMP 180 - Creating an object pressure

float StartZeit, LaufZeit;                 // Zeitpunkt der Messung
String dataString = "";                    // Ausgabestring
int LeerZeile = 0;

/**************************************
*  für den Betrieb des MH-Z19B        *
**************************************/
  const int pwmpin = 6;                    // Der Sensor hängt an Pin 6
  const int range = 5000;                  // Der eingestellte Messbereich (0-5000ppm)
  int  ppm_pwm = 0;  
/**************************************
*  für den Betrieb des BMP 180        *
**************************************/
  double T, P, p0;                         // Speicher fuer temp, Druck relativer Druck

/**************************************
*  Festlegung Messintervall           *
**************************************/
  const  int SchreibPause = 29998;         // naechste Messung erst nach ca. 30 Sekunden     
  int WarteZeit;
void setup() {
  StartZeit = millis();    

/**************************************
 *  für den Betrieb des OLEDs         *
 **************************************/   
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000L);
  oled.begin(&Adafruit128x64, I2C_ADDRESS);
  oled.setFont(System5x7);                  // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                             // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  oled.println("+ Klimakoffer LMU +");
  delay(1000);
/**************************************
 *  für den Betrieb der Ausgaben      *
 **************************************/ 
  Serial.begin(9600);                       // Serieller Monitor mit 9600 bit/s

/**************************************
 *  für den Betrieb des MH-Z19B        *
 **************************************/   
    pinMode(pwmpin, INPUT);                   // PWM-Pin auf Eingang setzen

/**************************************
 *  für den Betrieb des BMP-180       *
 **************************************/   
  if (!pressure.begin()) {
    delay(3000);
    Serial.println("BMP-180 init failed!");   // while(true); // wartet, bis der Sensor sich meldet
  }
  Serial.print("Provided altitude: ");
  Serial.print(ALTITUDE, 0);
  Serial.println(" meters");
}

/*********************************************************************************************************
*
*                            H A U P T P R O G R A M M - Loop
*
*********************************************************************************************************/
void loop() {
  DatenAuslesen();
  DatenAnzeigen();
  SerialAusgabe();
  delay(5000);
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Datenauslesen
*
*********************************************************************************************************/
void DatenAuslesen(){
  LaufZeit =  millis() - StartZeit;
  ppm_pwm = readCO2PWM();                     // Messung der PWM-Länge mittels einer eigenen Funktion
  DruckUndTemperaturMessung();
}


/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Daten auf dem OLED anzeigen
*
*********************************************************************************************************/
void DatenAnzeigen(){
  oled.setFont(System5x7);                    // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                               // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  oled.print("CO2:    ");
  oled.print(ppm_pwm);
  oled.println("  ppm");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Temp.   ");
  oled.print(T,1);
  oled.println("  C");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Druck   ");
  oled.print(p0,0);
  oled.println("  hPa");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Zeit    ");
  oled.print(LaufZeit/1000,0);
  oled.println(" s");
  oled.println("      MB-2025-06-13");
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Ausgabe am seriellen Monitor
*
*********************************************************************************************************/
void SerialAusgabe(){
  Serial.print(LaufZeit/1000,0);                   
  Serial.print(" s  | "); 
  Serial.print(ppm_pwm);                   
  Serial.print(" ppm   | "); 
  Serial.print(T,1);                   
  Serial.print(" C  |  "); 
  Serial.print(p0);                  
  Serial.print(" hPa  |  "); 
  Serial.print(P);                  
  Serial.print(" hPa Luftdruck gemessen in Borgfelde 8 m ueber NN"); 
  Serial.println();             
}

/********************************************************************************************************
 * 
 *                 Funktionen zum PWM-Auslese des CO2-Wertes
 *                 
 *********************************************************************************************************/
  int readCO2PWM() {
  unsigned long th;
  int ppm_pwm = 0;
  float pulsepercent;
  do {
    th = pulseIn(pwmpin, HIGH, 1004000) / 1000;
    float pulsepercent = th / 1004.0;         // Pulslänge in Prozent (%)
    ppm_pwm = range * pulsepercent;           // PPM-Werte bei gegebenem Range
  } while (th == 0);                          // Der gemessene Wert wird an die loop()-Funktion zurückgegeben,                                                                        
  return ppm_pwm;                             // wo er dann ausgegeben wird.  
}

/********************************************************************************************************
 * 
 *                 Prozedur zum Auslese des BMP-180 (Druck- und Temperatursensor)
 *                 
 ********************************************************************************************************/
void DruckUndTemperaturMessung(){
  char status;
  status = pressure.startTemperature();
  if (status != 0) {
    delay(status);
    status = pressure.getTemperature(T);
    if (status != 0) {
      status = pressure.startPressure(3);
      if (status != 0) {
        delay(status);
        status = pressure.getPressure(P, T);
        if (status != 0) {
          p0 = pressure.sealevel(P, ALTITUDE);
        }
      }
    }
  }
}

3. Nano mit Sensoren, OLED-Display und SD-Karten-Speicher

Material

Mikrocontroler ARDUINO NANO (oder UNO) (5 bis 20 EURO)
Co2-Sensor MHZ 19B (10 bis 40 Euro - Funktionsweise MHZ-19
Breadbord 400
Lufttemperatur und Luftdruck
- BMP180 (1 bis 4 EURO)
OLED zur Datenanzeige
SD-Kartenspeicher
Laptop (zum Programmieren)
Steckverbindungen
22 bis 48 EURO (Asien/Europa)

Steckplan

Code

Co2-Messung über PWM-Kommunikation mit dem Sensor

4. Nano mit Sensoren, OLED-Display und SD-Karten-Speicher im 3D-Druck-Gehäuse

Material

Mikrocontroler ARDUINO NANO (oder UNO) (5 bis 20 EURO)
Co2-Sensor MHZ 19B (10 bis 40 Euro - Funktionsweise MHZ-19

Breadbord 400
Lufttemperatur und Luftdruck
- BMP180 (1 bis 4 EURO)
OLED zur Datenanzeige
SD-Kartenspeicher
Laptop (zum Programmieren)
Steckverbindungen
22 bis 48 EURO (Asien/Europa)

Schaltplan

Steckplan

Code

Co2-Messung über PWM-Kommunikation mit dem Sensor

/*********************************************************************************************************
*
* SD-Karte, MHZ-19B, BMP 180 und OLED 2025-06-13
*
*********************************************************************************************************/

#include <Wire.h>                                              // OLED
#include "SSD1306Ascii.h"                                      // OLED
#include "SSD1306AsciiWire.h"                                  // OLED
#define I2C_ADDRESS 0x3C                                       // OLED
SSD1306AsciiWire oled;                                         // OLED

/*********************************************************************************************************
 *
 *  SD card datalogger
 *  MOSI - pin 11
 *  MISO - pin 12
 *  CLK - pin 13
 *  CS - pin 4 (for MKRZero SD: SDCARD_SS_PIN)  by Tom Igoe
 *
 ********************************************************************************************************/
#include <SPI.h>                           // SD-Karte
#include <SD.h>                            // SD-Karte In diesem Sketch verwenden wir die <SD.h> library

#define ALTITUDE 8.0                       // BMP 180 Borgfelde liegt 8 m ueber dem Meer
#include <Wire.h>                          // BMP 180
#include <SFE_BMP180.h>                    // BMP 180
SFE_BMP180 pressure;                       // BMP 180 - Creating an object pressure
const int chipSelect = 4;                  // CS-Pin der SD-Karte
bool SchreibZugriff = false;               // Funktionsfaehigkeit beim Datensichern
float StartZeit, LaufZeit;                 // Zeitpunkt der Messung
String dataString = "";                    // Ausgabestring
int LeerZeile = 0;

/**************************************
*  für den Betrieb des MH-Z19B        *
**************************************/
  const int pwmpin = 6;                    // Der Sensor hängt an Pin 6
  const int range = 5000;                  // Der eingestellte Messbereich (0-5000ppm)
  int  ppm_pwm = 0;  
/**************************************
*  für den Betrieb des BMP 180        *
**************************************/
  double T, P, p0;                         // Speicher fuer temp, Druck relativer Druck

/**************************************
*  Festlegung Messintervall           *
**************************************/
  const  int SchreibPause = 29998;         // naechste Messung erst nach ca. 30 Sekunden     
  int WarteZeit;
void setup() {
  StartZeit = millis();    

/**************************************
 *  für den Betrieb des OLEDs         *
 **************************************/   
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000L);
  oled.begin(&Adafruit128x64, I2C_ADDRESS);
  oled.setFont(System5x7);                  // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                             // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  oled.println("+ Klimakoffer LMU + ");
  delay(1000);
/**************************************
 *  für den Betrieb der Ausgaben      *
 **************************************/ 
  Serial.begin(9600);                       // Serieller Monitor mit 9600 bit/s
  Serial.print("Initializing SD card..."); 
  if (!SD.begin(chipSelect)) {              // SD-Karte suchen
    Serial.println("SD-Karte fehlt");       // Keine SD-Karte gefunden
    SchreibZugriff = false;
    oled.setFont(System5x7);                // Auswahl der Schriftart
    for (int i=20; i > 0; i--){
    oled.clear();                           // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
    oled.println(" NWP 2024   ");
    oled.println(" ----------------------");
    oled.println("    ");
    oled.println(" KEINE SD-Karte   ");
    oled.println("    ");
    oled.println(" GEFUNDEN!!   ");
    oled.println("    ");
    oled.println(i);
    delay(1000);
    }
  }
  else {
    Serial.println("card initialized.");      // alles ok
    SchreibZugriff = true;
  }

/**************************************
 *  für den Betrieb des MH-Z19B        *
 **************************************/   
    pinMode(pwmpin, INPUT);                   // PWM-Pin auf Eingang setzen

/**************************************
 *  für den Betrieb des BMP-180       *
 **************************************/   
  if (!pressure.begin()) {
    delay(3000);
    Serial.println("BMP-180 init failed!");   // while(true); // wartet, bis der Sensor sich meldet
  }
  Serial.print("Provided altitude: ");
  Serial.print(ALTITUDE, 0);
  Serial.println(" meters");
}

/*********************************************************************************************************
*
*                            H A U P T P R O G R A M M - Loop
*
*********************************************************************************************************/
void loop() {
  DatenAuslesen();
  DatenStringErstellen();
  DatenSichern();
  DatenAnzeigen();
  SerialAusgabe();
  delay(5000);
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Datenauslesen
*
*********************************************************************************************************/
void DatenAuslesen(){
  LaufZeit =  millis() - StartZeit;
  ppm_pwm = readCO2PWM();                     // Messung der PWM-Länge mittels einer eigenen Funktion
  DruckUndTemperaturMessung();
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur String mit allen Informationen Zusammenstellen
*
*********************************************************************************************************/
void DatenStringErstellen(){
 // make a string for assembling the data to log:
  dataString = "";
  dataString += String(LaufZeit/1000,0);
  dataString += String(";s;");
  dataString += String(ppm_pwm);
  dataString += String(";ppm;");
  dataString += String(T,1);
  dataString += String("; C;");
  dataString += String(p0);
  dataString += String(";hPa;");
  dataString += String(P);
  dataString += String(";hPa");
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Daten auf der SD-Karte Sichern
*
*********************************************************************************************************/
void DatenSichern(){                          // open the file. note that only one file can be open at a time,
  File dataFile = SD.open("nwp-9-1.csv", FILE_WRITE);          // so you have to close this one before opening another.
  if (dataFile) {                             // if the file is available, write to it:
    dataFile.println(dataString);                                          
    dataFile.close();
    //Serial.println(dataString);             // print to the serial port too:
    SchreibZugriff = true;
  }
  else {                                      // if the file isn't open, pop up an error:
    Serial.println("error opening nwp-9-1.csv");
    SchreibZugriff = false;
  }
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Daten auf dem OLED anzeigen
*
*********************************************************************************************************/
void DatenAnzeigen(){
  oled.setFont(System5x7);                    // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                               // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  oled.print("CO2:    ");
  oled.print(ppm_pwm);
  oled.println("  ppm");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Temp.   ");
  oled.print(T,1);
  oled.println("  C");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Druck   ");
  oled.print(p0,0);
  oled.println("  hPa");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Zeit    ");
  oled.print(LaufZeit/1000,0);
  oled.println(" s");
  oled.print("SD ");
  if (SchreibZugriff == true){
    oled.print("ok   ");
  }
  else {
    oled.print("no   ");
  }
  oled.println("MB-2025-06-13");
}

/********************************************************************************************************
*
*                            Ausgabe am seriellen Monitor
*
*********************************************************************************************************/
void SerialAusgabe(){
  Serial.print(LaufZeit/1000,0);                   
  Serial.print(" s  | "); 
  Serial.print(ppm_pwm);                   
  Serial.print(" ppm   | "); 
  Serial.print(T,1);                   
  Serial.print(" C  |  "); 
  Serial.print(p0);                  
  Serial.print(" hPa  |  "); 
  Serial.print(P);                  
  Serial.print(" hPa Luftdruck gemessen in Borgfelde 6 m ueber NN"); 
  if (SchreibZugriff == true) {
    Serial.print(" SD ok"); 
  }
  else {
   Serial.print(" SD fehlerhaft"); 
  }
  Serial.println();             
}

/********************************************************************************************************
 * 
 *                 Funktionen zum PWM-Auslese des CO2-Wertes
 *                 
 *********************************************************************************************************/
  int readCO2PWM() {
  unsigned long th;
  int ppm_pwm = 0;
  float pulsepercent;
  do {
    th = pulseIn(pwmpin, HIGH, 1004000) / 1000;
    float pulsepercent = th / 1004.0;         // Pulslänge in Prozent (%)
    ppm_pwm = range * pulsepercent;           // PPM-Werte bei gegebenem Range
  } while (th == 0);                          // Der gemessene Wert wird an die loop()-Funktion zurückgegeben,                                                                        
  return ppm_pwm;                             // wo er dann ausgegeben wird.  
}

/********************************************************************************************************
 * 
 *                 Prozedur zum Auslese des BMP-180 (Druck- und Temperatursensor)
 *                 
 ********************************************************************************************************/
void DruckUndTemperaturMessung(){
  char status;
  status = pressure.startTemperature();
  if (status != 0) {
    delay(status);
    status = pressure.getTemperature(T);
    if (status != 0) {
      status = pressure.startPressure(3);
      if (status != 0) {
        delay(status);
        status = pressure.getPressure(P, T);
        if (status != 0) {
          p0 = pressure.sealevel(P, ALTITUDE);
        }
      }
    }
  }
}

5. Nano mit Sensoren, OLED-Display und SD-Karten-Speicher im 3D-Druck-Gehäuse mit Steckverbindungen

Material

Mikrocontroler ARDUINO NANO (oder UNO) (5 bis 20 EURO)
Co2-Sensor MHZ 19B (10 bis 40 Euro - Funktionsweise MHZ-19

Lufttemperatur und Luftdruck
- BMP180 (1 bis 4 EURO)
OLED zur Datenanzeige
SD-Kartenspeicher
Laptop (zum Programmieren)
Steckverbindungen/Platine/direkt gelötet
3D-Druck (eigener Drucker oder im Makerspace in der Nähe oder …)
22 bis 48 EURO (Asien/Europa)
Powerbank (optional)

Steckplan

Mit Taster

Code

mit Taster

Co2-Messung über PWM-Kommunikation mit dem Sensor

/**************************************************
*
* SD-Karte, CO2-Sensor, BMP 180 und OLED 2023-10-17
*
***************************************************/

#include <Wire.h>                                              // OLED
#include "SSD1306Ascii.h"                                      // OLED
#include "SSD1306AsciiWire.h"                                  // OLED
#define I2C_ADDRESS 0x3C                                       // OLED
SSD1306AsciiWire oled;                                         // OLED

/*  SD card datalogger
 ** MOSI - pin 11
 ** MISO - pin 12
 ** CLK - pin 13
 ** CS - pin 4 (for MKRZero SD: SDCARD_SS_PIN)
  by Tom Igoe
*/
#include <SPI.h>                                               // SD-Karte
#include <SD.h>                                                // SD-Karte In diesem Sketch verwenden wir die <SD.h> library

#define ALTITUDE 8.0                                           // BMP 180 Borgfelde liegt 8 m ueber dem Meer
#include <Wire.h>                                              // BMP 180
#include <SFE_BMP180.h>                                        // BMP 180
SFE_BMP180 pressure;                                           // BMP 180 - Creating an object pressure
const int Taster = 2;                                          // Der Taster zur OLED-Steuerung wurde an Pin 2 angeschlossen
const int chipSelect = 4;                                      // CS-Pin der SD-Karte
bool SchreibZugriff = false;                                   // Funktionsfaehigkeit beim Datensichern
bool Oledan = true;                                            // Status der OLED-Anzeige
bool AnzeigenWechsel = false;                                  // Wurde die Anzeige umgeschaltet
float StartZeit, LaufZeit;                                     // Zeitpunkt der Messung
String dataString = "";                                        // Ausgabestring
int LeerZeile = 0;

volatile int TasterStatus = 0;                                // Variable die den Status des Taster ausliest, wird der sog. "Vektor" 0 zugewiesen                                   
                                                              // Taster Anschluss an Pin 2 entspricht dem Vektor 0   (hier der Fall)
                                                              // Taster Anschluss an Pin 3 entspricht dem Vektor 1

/**************************************
*  für den Betrieb des MH-Z19B        *
**************************************/
  const int pwmpin = 6;                                       // Der Sensor hängt an Pin 6
  const int range = 5000;                                     // Der eingestellte Messbereich (0-5000ppm)
  int  ppm_pwm = 0;
  
/**************************************
*  für den Betrieb des BMP 180        *
**************************************/
  double T, P, p0;                                            //Creating variables for temp, pressure and relative pressure

/**************************************
*  Festlegung Messintervall           *
**************************************/
  const  int SchreibPause = 29998;                            // nächste Messung erst nach ca. 30 Sekunden     
  int WarteZeit;
void setup() {
  StartZeit = millis();    
  pinMode(Taster, INPUT);                                     // Hier wird der Taster als INPUT definiert 
  attachInterrupt(0, TasterUnterbricht, FALLING);             // Hier findet die Einbindung unseres Interrupt-Befehls statt                                                                                         


/**************************************
 *  für den Betrieb des OLEDs         *
 **************************************/   
  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000L);
  oled.begin(&Adafruit128x64, I2C_ADDRESS);
  oled.setFont(System5x7);                                    // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                                               // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  oled.println(" NW-Projekt 2023   ");
  delay(1000);
/**************************************
 *  für den Betrieb der Ausgaben      *
 **************************************/ 
  Serial.begin(9600);                                         // Open serial communications and wait for port to open:
  Serial.print("Initializing SD card..."); 
  if (!SD.begin(chipSelect)) {                                // see if the card is present and can be initialized:
    Serial.println("Card failed, or not present");            // don't do anything more:
    SchreibZugriff = false;
    oled.setFont(System5x7);                                  // Auswahl der Schriftart
    for (int i=20; i > 0; i--){
    oled.clear();                                             // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
    oled.println(" NW-Projekt 2023   ");
    oled.println(" ----------------------  ");
    oled.println("    ");
    oled.println(" KEINE SD-Karte   ");
    oled.println("    ");
    oled.println(" GEFUNDEN!!   ");
    oled.println("    ");
    oled.println(i);
    delay(1000);
    }
  }
  else {
    Serial.println("card initialized.");                      // alles ok
    SchreibZugriff = true;
  }

/**************************************
 *  für den Betrieb des MH-Z19B        *
 **************************************/   
    pinMode(pwmpin, INPUT);                                   // PWM-Pin auf Eingang setzen

/**************************************
 *  für den Betrieb des BMP-180       *
 **************************************/   
      if (!pressure.begin()) {
    Serial.println("BMP-180 init failed!");
    //while(true);
  }
  Serial.print("Provided altitude: ");
  Serial.print(ALTITUDE, 0);
  Serial.println(" meters");
}

/**********************************************************************************************************
*
*                            H A U P T P R O G R A M M - Loop
*
***********************************************************************************************************/
void loop() {
  // Messen
  DatenAuslesen();
  DatenStringErstellen();
  DatenSichern();
  if (Oledan == 0)
    {DatenAnzeigenAus();}
   else
    {DatenAnzeigen();}
  SerialAusgabe();
  WarteZeit =0;
  while (WarteZeit<SchreibPause && !AnzeigenWechsel) {
    delay(1000);
    WarteZeit = WarteZeit + 1000;
  }
  AnzeigenWechsel = false;
}

/**********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Datenauslesen
*
***********************************************************************************************************/
void DatenAuslesen(){
  LaufZeit =  millis() - StartZeit;
  ppm_pwm = readCO2PWM();                                     // Messung der PWM-Länge mittels einer eigenen Funktion
  DruckUndTemperaturMessung();
}

/**********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur String mit allen Informationen Zusammenstellen
*
***********************************************************************************************************/
void DatenStringErstellen(){
 // make a string for assembling the data to log:
  dataString = "";
  dataString += String(LaufZeit/1000,0);
  dataString += String(";s;");
  dataString += String(ppm_pwm);
  dataString += String(";ppm;");
  dataString += String(T,1);
  dataString += String("; C;");
  dataString += String(P);
  dataString += String(";hPa;");
  dataString += String(p0);
  dataString += String(";hPa");
}

/**********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Daten auf der SD-Karte Sichern
*
***********************************************************************************************************/
void DatenSichern(){                                          // open the file. note that only one file can be open at a time,
  File dataFile = SD.open("nw-8-1.csv", FILE_WRITE);          // so you have to close this one before opening another.
  if (dataFile) {                                             // if the file is available, write to it:
    dataFile.println(dataString);                                          
    dataFile.close();
    //Serial.println(dataString);                             // print to the serial port too:
    SchreibZugriff = true;
  }
  else {                                                      // if the file isn't open, pop up an error:
    Serial.println("error opening nw-8-1.csv");
    SchreibZugriff = false;
  }
}

/**********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur Daten auf dem OLED anzeigen
*
***********************************************************************************************************/
void DatenAnzeigen(){
  oled.setFont(System5x7);                                    // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                                               // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  oled.print("CO2:    ");
  oled.print(ppm_pwm);
  oled.println("  ppm");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Temp.   ");
  oled.print(T,1);
  oled.println("  C");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Druck   ");
  oled.print(P,0);
  oled.println("  hPa");
  oled.println("-------------------");
  oled.print("Zeit    ");
  oled.print(LaufZeit/1000,0);
  oled.println(" s");
  oled.print("SD ");
  if (SchreibZugriff == true){
    oled.print("ok   ");
  }
  else {
    oled.print("no   ");
  }
  oled.println("MB-20231017");
}


/**********************************************************************************************************
*
*                            Prozedur OLED aus
*
***********************************************************************************************************/
void DatenAnzeigenAus(){
  oled.setFont(System5x7);                                    // Auswahl der Schriftart
  oled.clear();                                               // Loeschen der aktuellen Displayanzeige
  for (int i=0; i<LeerZeile; i++) {
    oled.println("");
  }
  oled.println(".");
  LeerZeile = LeerZeile + 1;
  LeerZeile = LeerZeile % 7;
}
/**********************************************************************************************************
*
*                            Ausgabe am seriellen Monitor
*
***********************************************************************************************************/
void SerialAusgabe(){
  Serial.print(LaufZeit/1000,0);                   
  Serial.print(" s  | "); 
  Serial.print(ppm_pwm);                   
  Serial.print(" ppm   | "); 
  Serial.print(T,1);                   
  Serial.print(" C  |  "); 
  Serial.print(P);                  
  Serial.print(" hPa  |  "); 
  Serial.print(p0);                  
  Serial.print(" hPa Luftdruck gemessen in Borgfelde 6 m ueber NN"); 
  if (SchreibZugriff == true) {
    Serial.print(" SD ok"); 
  }
  else {
   Serial.print(" SD fehlerhaft"); 
  }
  Serial.println();             
}

/**********************************************************************************************************
 * 
 *                 Funktionen zum PWM-Auslese des CO2-Wertes
 *                 
 ***********************************************************************************************************/
  int readCO2PWM() {
  unsigned long th;
  int ppm_pwm = 0;
  float pulsepercent;
  do {
    th = pulseIn(pwmpin, HIGH, 1004000) / 1000;
    float pulsepercent = th / 1004.0;                         // Pulslänge in Prozent (%)
    ppm_pwm = range * pulsepercent;                           // PPM-Werte bei gegebenem Range
  } while (th == 0);                                          // Der gemessene Wert wird an die loop()-Funktion zurückgegeben,                                                                        
  return ppm_pwm;                                             // wo er dann ausgegeben wird.  
}

/**********************************************************************************************************
 * 
 *                 Prozedur zum Auslese des BMP-180 (Druck- und Temperatursensor)
 *                 
 ***********************************************************************************************************/
void DruckUndTemperaturMessung(){
  char status;
  status = pressure.startTemperature();
  if (status != 0) {
    delay(status);
    status = pressure.getTemperature(T);
    if (status != 0) {
      status = pressure.startPressure(3);
      if (status != 0) {
        delay(status);
        status = pressure.getPressure(P, T);
        if (status != 0) {
          p0 = pressure.sealevel(P, ALTITUDE);
        }
      }
    }
  }
}

/**********************************************************************************************************
 * 
 *                 Prozedur INTERRUPT
 *                 
 ***********************************************************************************************************/
void TasterUnterbricht() {                 // Sobald die Unterbrechung "TasterUnterbricht" (der Wert am Pin ändert sich [LOW]) 
  TasterStatus = digitalRead(Taster);      // wird der TasterStatus neu definiert ("volatile"). 
                                           // Die neue Definition geschieht durch das Auslesen des Tasters an Pin 2.
  Oledan = !Oledan;                        // Der Anzeigestatus wird gewechselt
  AnzeigenWechsel = true;
}

"ARDUINO im Unterricht" von Martin Biebl/Sankt-Ansgar-Schule Hamburg,
lizenziert unter CC BY-SA 4.0
(https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/)

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Vollständiger Lizenztext: https://www.gnu.org/licenses/gpl-3.0.de.html

Inhaltsverzeichnis

WWW CO2-Messungen BIO

Basilikum

Messgerät

Aufbau

Ergebnis

Vorversuch

48-Stunden-Messung

CO2-07

CO2-08

Analyse der Daten:

CO2-Erzeugung (ohne Licht)

CO2-Aufnahme (mit Licht)

Berechnung:

Ergebnisse:

Beispiel

Nachbau

1. Grundfunktion - UNO mit Sensoren

Material

Steckplan

Code

2. Nano mit Sensoren und OLED-Display

Material

Schltplan

Steckplan

Code

3. Nano mit Sensoren, OLED-Display und SD-Karten-Speicher

Material

Steckplan

Code

4. Nano mit Sensoren, OLED-Display und SD-Karten-Speicher im 3D-Druck-Gehäuse

Material

Schaltplan

Steckplan

Code

5. Nano mit Sensoren, OLED-Display und SD-Karten-Speicher im 3D-Druck-Gehäuse mit Steckverbindungen

Material

Steckplan

Code

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