Luftqualitätssensor Vogel

Projektidee und Funktion

Dieses Projekt ist ein interaktiver Luftqualitäts‑Monitor in Form eines Vogels, der sich je nach Raumluft „lebendig“, „sterbend“ oder „tot“ auf der Stange verhält. Ein ESP32‑C3 misst CO₂, VOC, NOx, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck und steuert über einen Servo die Pose des gedruckten Vogels, der so auf einen kritischen Luftzustand aufmerksam macht.

Inspiriert wurde ich dabei von https://andywarburton.co.uk/2023/make-a-canairi-inspired-smart-air-quality-sensor-using-circuitpython-mqtt-and-homeassistant/ und dem "Original" Birdie. Da mir die reine CO2 Messung des Originals nicht ausreichend erschien, habe ich weitere Sensoren verbaut. Auf eine Integration in mein Smarthome mit homeassistant wollte ich dabei nicht verzichten. Da ich das ganze auf meinen Schreibtisch stellen wollte, benötigte ich darüber hinaus eine interne Kabelführung.

Funktionsweise des Systems

• Ein SCD4x‑Sensor misst den CO₂‑Gehalt der Raumluft, während ein SGP4x VOC‑ und NOx‑Index liefert; AHT20 und BMP280 ergänzen Temperatur, Luftfeuchte und Luftdruck.
• Die Messwerte werden im ESP32‑C3 mit einstellbaren Schwellen verglichen und der Servo fährt einen der drei Zielwinkel für „GUT“, „MÄSSIG“ oder „SCHLECHT“, wobei die Übergangsdauer stufenlos einstellbar ist.

ESPHome‑Firmware / Software

• Die Firmware basiert vollständig auf ESPHome und nutzt die Servo‑Komponente, mehrere I²C‑Sensoren sowie Template‑Sensoren und ‑Schalter.
• Alle Sensor-Schwellenwerte, Servo‑Winkel, Übergangszeit und Temperatur‑Offset können über Web‑Interface oder Home‑Assistant integriert angepasst und dauerhaft gespeichert werden.

Mechanik und 3D‑Druckteile

Die STL/3MF‑Dateien enthalten:

• Vogelkörper mit integrierter Lagerung für die Servo‑Abtriebswelle.
• Gehäuse oder Sockel für ESP32‑C3‑Board, Sensorplatinen und Kabelführung, passend zu einem Standard‑Microservo (z. B. SG90 /9 g‑Servo).
• Außer der Motorabdeckung auf dem Gehäuse und den Flügeln an der Achse am Vogel muss nichts verklebt werden. Dadurch können schnell und einfach andere Objekte zur Anzeige angebracht werden.

Verwendete elektronische Komponenten

• ESP32‑C3 Super Mini als zentrales Wi‑Fi‑fähiges Mikrocontroller‑Board.
• SCD4x‑CO₂‑Sensor (SCD40/SCD41) für CO₂‑Messung im Bereich typischer Innenraumkonzentrationen.
• SGP4x (SGP40/SGP41) zur Erfassung von VOC‑ und NOx‑Index für allgemeine Luftschadstoffe.
• AHT20 (AHT10‑kompatibel) Temperatur‑ und Feuchtigkeitssensor.
• BMP280 für Luftdruckmessung und optionale Temperaturreferenz.
• Dupont‑Kabel für die Sensorverbindung.
• 9 g‑Servo oder vergleichbarer RC‑Servo mit 5 V Versorgung und PWM‑Eingang (z. B. SG90‑Typ).
• USB-C Testplatine mit 5V Ausgang.
• 5 V‑Netzteil (USB‑Netzteil) für ESP32‑C3 und Servo, ausreichend dimensioniert (mindestens 1 A empfohlen).
• Montagematerialien: 
  • M3‑Schrauben und passende Einschmelzmuttern (4mm) für das Gehäuse.
  • Doppelseitiges Klebeband um die Sensoren im Gehäuse zu befestigen.
• Optional:
  • Gewichte für den Standfuß für einen stabileren Stand
  • Gummifüße zum aufkleben um rutschen des Gehäuses zu verhindern

Druckprofil‑ und Aufbauhinweise

• Empfohlenes Material: PLA oder PETG, da beide ausreichend temperaturbeständig und einfach zu drucken sind.
• Wandstärke, Infill (z. B. 15–20 %) sowie minimale Stützstrukturen.