"Sage es mir, und ich werde es vergessen.
Zeige es mir, und ich werde mich daran erinnern.
Beteilige mich, und ich werde es verstehen."
Lao Tse

  • Ampel-Bau

    Eine Leuchte aus einem bekannten Möbelhaus wird hier gerade mit einer LED bestückt und für die CO2-Ampel vorbereitet.
  • Arbeiten an der mobilen Messstation

    Work in progress: Hier wird gerade am Aufbau der mobilen CO2-Temperatur-Messstation gebaut.
  • LED-Ansteuerung

    Um die CO2-Ampel bauen zu können, wurde ein LED-Stripe (hier 5 Meter) beschaltet, um Funktion und Helligkeit zu testen.
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Projekt "CO2-Ampel"

Auch schon mal in einem stickigen Unterrichtsraum gearbeitet? Das muss doch bei all der vorhandenen Technik heutzutage nicht mehr sein... Wohlfühlklima im Klassenraum - Selbst entwickelt und programmiert

Projektbeschreibung

Jeder möchte eine angenehme Raumluft und Arbeitsatmosphäre haben, aber wer hat schon Zeit ständig aufzupassen: Ist das Fenster gekippt? Muss ich es jetzt oder später das Fenster öffnen? Ist die Luft noch ok? Kann ich schon zumachen? Ist schon Unterrichtsschluss? Bin ich der letzte im Raum? CO2-Ampeln zur Anzeige der Raumluftqualität kann man kaufen - aber so viel Geld können die meisten Schulen leider nicht aufwenden. 

Es wird also Zeit, eine kostengünstige Lösung aufzubauen und für jedermann verfügbar zu machen. Und das wollen wir konkret zur Verbesserung der Situation entwickeln:

  • Mit Hilfe eines Sensors wollen wir die CO2-Werte mit kostengünstigen Mikroprozessoren und eigens entworfener technischer Schaltung selbst auslesen.
  • Die Darstellung erfolgt über eine eigens gebaute Ampel (rot = bitte lüften, gelb = Luftqualität noch in Ordnung, grün = Luftqualität gut), wobei die fertige Pilot-Lösung in einem Informatik-Raum der Schule integriert wird und über die für alle sichtbaren Ampelfarben die Notwendigkeit einer Stoßlüftung (nicht Kipp-Lüftung) zur Herstellung einer optimierten Arbeitsumgebung anzeigt.
  • Zudem soll zum Ende des Schultages über kleine Lautsprecher eine Ansage zum Schließen aller Fenster erfolgen.
  • Die erstellte Lösung möchten wir öffentlich dokumentieren und freuen uns über zahlreiche Nachbauten unserer OpenSource-Lösung.
  • Unsere Kernbotschaft: Gekippte Fenster mit schleichenden Energieverlusten müssen nicht sein. Mit eigens gebauter Technik und einem sichtbaren Ampel-Signal kann man über Stoßlüftung Energie sparen und gleichzeitig noch eine angenehme Arbeitsatmosphäre schaffen. Nachbau erwünscht!

Projektdurchführung

Die Projektbeschreibung klingt rund, aber es liegt viel Arbeit vor uns und der Weg ist weit und (im Nachhinein betrachtet) sehr steinig. Im ersten Schritt muss die Programmierung von Mikroprozessoren zusammen mit Schülern erlernt werden. Gleichzeitig muss der Sensor ausgelesen und eine Ampel beschaltet werden. Die aktuelle Raumbelegung muss bekannt und mit der aktuellen Uhrzeit stets abgeglichen werden. Alle korrekt gelösten Aufgaben gemeinsam ergeben das geplante Gesamtprodukt, das wir als OpenSource-Lösung veröffentlichen wollen. Aber nun der Reihe nach...

Meilenstein I

Um überhaupt erst an eine CO2-Ampel denken zu können, brauchen wir eine zuverlässige Technik zur Messung der CO2-Werte, die sich auch in der Praxis bewährt hat. Hier haben wir eine eigens designte Lösung mit Hilfe des Raspberry Pis mit einem eigens gelöteten Shield entworfen, die Temperatur sowie CO2-Wert misst und abspeichert. Diese Lösung arbeitet mittlerweile in vier (!!) Informatikräumen 1201, 1202 und 1204 und 1214 einwandfrei.

Da sich diese Lösung nicht in wenige Worte fassen lässt, finden Sie die unfangreiche Dokumentation für diese Technik einschließlich Teaser, Beschreibung, Nachbauanleitung, Bildern und Videos unter diesem Link!

Meilenstein II

Auf Basis des erfolgreich erreichten Meilensteins I kann die eigentliche Arbeit für die CO2-Ampel beginnen. Wir greifen auf das RaspberryPi-Programm zurück und erweitern die Software so, dass auf Basis der CO2-Werte die Ampelfarben rot, gelb oder grün aufgegeben werden. Zum Test haben wir mit Hilfe eines Arduinos eine Ampelschaltung programmiert (siehe Video). Parallel haben wir aus der Praxis ermittelt, dass Werte bis 1000 ppm CO2 für Unterrichtsräume in Ordnung (=Ampelfarbe grün) sind, bis 1400 ppm noch vertretbar (=gelb) sind und darüber ROT angezeigt werden muss. Wir wünschten, dass wir die Werte nach unten anpassen können, aber kleine Räume und viele SchülerInnen machten das nicht möglich. Die Ampel war einfach überdurchschnittlich auf rot.
Soweit so gut, aber der wichtigste Teil fehlt noch: Die eigentliche Ampel, die auch aus mehreren Metern gut sichtbar/ausgeleuchtet ist, sich mit einem Raspberry Pi ansteuern lässt, kostengünstig ist und fehlerfrei arbeitet.

Meilenstein III und Prototyp I

Was einfach klingt, hat sich als enormes Problem herausgestellt: Es ist alles andere als einfach, alle eben genannten Kriterien zu erfüllen.

Für den Prototyp I haben wir nach langer Suche für die USB-Wandampel von Cleware entschieden (siehe Link hier, rund 50 Euro). Gleich die erste USB-Ampel war defekt und wurde problemlos über den Service ausgetauscht. Die neue USB-Ampel wurde im Informatik-Raum 1202 ausgiebig getestet.

Die gute Nachricht: Sie arbeitet mit dem Raspberry Pi zusammen und der Programmieraufwand hielt sich in Grenzen.
Die Schlechte: Die Reaktionszeit der Ampel ist äußerst langsam, was in der Praxis bedeutet, dass die Ampel trotz mehrfacher Befehls-Sendung nicht reagiert, nicht schaltet und zur dauerhaften Nicht-Reaktion neigt. Nach zahlreichen Reparatur-Versuchen und Programm-Veränderungen stand die Entscheidung: Die Ampel eignet sich für unsere CO2-Ampel nicht. Eine neue Lösung muss her...

Dokumentation des ersten Protoyps mit Manuel Bernhard (Projekt-Schüler):


Meilenstein IV und Prototyp II

Da der Markt auch nach tiefer Recherche keine kostengünstige und gute Ampel bot, waren wir bei der bekannten schwedischen Möbelhauskette zu Besuch: Die MOLGAN-Leuchte in weiß für 5 Euro brachte den Schüler Leon (10. Klasse) auf eine Idee. Der Batterieschacht wurde zurückgebaut, die integrierten LEDs entfernt und ein Steuerkabel eingebaut. Eine speziell ansteuerbare und superhelle LED wurde ins Gehäuse eingeklebt und mit dem Kabel verbunden. Das getunte LED-Gehäuse wurde im Tafelbereich des Informatik-Raumes und für alle sichtbar angebracht und das Kabel bis zur RaspberryPi-Zentrale gelegt. Hier eine Video-Erläuterung von Leon Golli (Stufe 10):

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Parallel wurde an dem Zugriff zu unserem Online-Raumbuchungssystem gearbeitet. Über diese Datenbank können LehrerInnen den Unterrichtsraum buchen. Diese Datenbank gibt also auch Auskunft darüber, welcher Lehrer zu welcher Uhrzeit der letzte in einem Informatik-Raum ist - also auch die Fenster schließen soll.

Ein neues Programm wurde entwickelt, um die Uhrzeit der letzen Buchung festzustellen und fünf Minuten vor Stundenende eine entsprechende Meldung "Stühle hochstellen" über die angeschlossenen Lautsprecherboxen auszugeben. Diese Lösung arbeitet nun in den Räumen 1201, 1204 und 1214 für einen Prototypen erstaunlich stabil.

Das nachfolgende Video mit dem Projektschüler Tim Niemann zeigt den fertig eingebauten Prototyp II aus dem Computerraum 1214. Den vollständigen Quelltext einschließlich eingefügter Kommentare (Rechte: CC-BY-NC-SA) für den Arduino Nano zur Ansteuerung der Ampel finden Sie hier (Externer Link zum Hastebin-Quelltext).

 

 

Ergebnisse: CO2-Ampel ganz praktisch

Immer auf Unterrichtsräume zu verweisen und nichts wirklich kompakt vorzeigen zu können, brachte uns auf eine Idee: Wir bauen sämtliche Technik zu Demozwecken in eine Holzkiste einschließlich Display und Boxen ein.

We proudly present: Die mobile Temperatur-und-CO2-Messstation-mit-CO2-Ampel-und-Fensterschließ-Ansage-auf-Knopfdruck made by GeMont:



Liste der verwendeten Teile

Zusätzlich zu den unter diesen Link befindlichen Teilen haben wir im Wesentlichen noch folgende benötigt:

  • Cleware USB-Ampel (für Prototyp I, aktuell nicht mehr in Verwendung)
  • Molgan-Leuchte vom schwedischen Möbelhaus
  • eine Holzkiste aus dem Baumarkt (Haltegriffe wurden abgesägt)
  • Kabel (4x 0,8mm^2 ; 0,6mm^2 geht auch, aber bricht leichter; örtlicher Baumarkt oder Versandhandel)
  • Arduino Nano (Sertronics-Shop)
  • zahlreiche Kabel und Mini-Breadboard (z.B. Sertronics-Shop)
  • Werkzeug (z.B. Stechbeitel zur Bearbeitung der Holzkiste, Akkuschrauber) + verschiedene Schrauben

 

Noch Fragen?

Wir freuen uns über Ihre Nachricht!

 

Besonderer Dank

Vielen Dank insbesondere an Martin, Chris, Steven, Isabeau, Hannes, Leon, Pascal und Louis, die mit vereinten Kräften und verschiedenen Spezialisierungen an der Fertigstellung der Lösung gearbeitet haben!

Bildergalerie

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