Leider und immer wieder ist in den Medien wahrzunehmen, das besonders im privaten Bereich die Gefahren von CO nicht gekannt werden. Die Folgen sind oft verheerend, wie in diesem Artikel beispielhaft nachzulesen ist.
Das war Anlass genug, das ausklingende Schuljahr diesem Thema zu widmen und technische Lösungen zu entwickeln. Eine sensorbasierte Lösung mit Arduino Uno war naheliegend.
Unsere Aufgaben:
Ein fiktives Early-Stage Start-up gründen, unsere Arbeitsprozesse eigenständig organisieren und technische Lösungen finden.
1. Bedeutung des Themas und Hintergrund
Kohlenmonoxid (CO) ist ein gefährliches, farb- und geruchloses Gas, das lebensbedrohlich sein kann. CO-Meldegeräte sind entscheidend für die Sicherheit, da sie rechtzeitig vor hohen CO-Konzentrationen warnen und so Leben retten können.
Gesetze in vielen Ländern schreiben die Installation von CO-Meldegeräten vor. Diese Geräte basieren auf verschiedenen Sensortechnologien, die zuverlässige und genaue Messungen ermöglichen.
2. Unsere Problem-/Aufgabenstellungen und Reflexion
Funktionsprinzip des MQ-7 Sensors:
Der MQ-7 Sensor für CO ist ein elektrochemischer Sensor, dessen Funktion nicht trivial ist und verstanden werden musste:
- Welche Bedeutung haben die Zyklen von Hoch- und Niedertemperaturphasen?
- Welcher Zeitpunkt ist geeignet, die Sensordaten zu lesen?
- Wie funktioniert die Kalibrierung und Justierung?
Die Analyse diverser Datenblätter und die Methode „Trial & Error“ führten zu einem fundierten Verständnis.
CO-Erzeugung:
CO entsteht bei unvollständiger Verbrennung fossiler Brennstoffe. Typische Quellen sind defekte Heizungsanlagen, offene Kamine und Fahrzeugabgase.
- Wie können wir im Unterricht CO erzeugen?
- Welche Quellen sind geeignet?
Da die Nutzung eines Holzkohlegrills im Klassenraum nicht nur zu CO, sondern auch zu andern Begleitumständen geführt hätte, entschieden wir uns für den Einsatz von Kerzen und Räucherstäbchen unterhalb einer Glaskuppe.
Während Kerzen aufgrund schnell abnehmenden Sauerstoffes schnell erloschen und nur geringe CO-Konzentrationen hervorriefen, waren Räucherstäbchen echte CO-Monster.
Bei Betrachtung der Kerzen kam die Idee, das die Messung der Sauerstoff-Konzentration auch interessant gewesen wäre.
Ein Dank an die Lehrkräfte in A1002 und Umfeld, die den prozessbedingten Gestank ertrugen!
Interpretation der Sensordaten:
Der Sensor liefert ein analoges Signal, das von dem Arduino Uno in ein Äquivalent im Bereich 0 … 1023 umgesetzt wird. Die Umrechnung in einen ppm-Wert erschien zunächst schwierig, weil der Sensor ein nichtlineares Verhalten zeigt.
- Wie kann der Wert 0 … 1023 in eine CO-Konzentration in ppm gewandelt werden?
Für die Lösung in Form einer funktionalen Zuordnung (Formel) wurde Excel genutzt.
Umsetzung von QM (Qualitätsmanagement):
Wichtig ist die Reproduzierbarkeit der Daten im Rahmen gegebener Messunsicherheiten und die Kalibrierung und Justierung des Sensors.
- Wie lässt sich der Sensor kalibrieren? Wie erfolgt die Justierung?
- Unter welchen Bedingungen sind die Sensordaten valide?
Wir erkannten die Bedeutung von Kalibrierung und Justierung, mussten aber leider erkennen, dass die dies im Rahmen der vorhandenen Mittel nicht möglich sein würde. Ein Referenzmessgerät und CO-Prüfgas fehlte. Die Kontrolle über Bedingungen wie Lufttemperatur, Luftfeuchtigkeit und definierte CO-Konzentrationen war nicht herstellbar.
Wir konnten durch Anpassungen im Aufbau und Quellcode jedoch Ergebnisse erzielen, die sehr dicht an zu erwartenden Werten lagen.
Die Streuung der Sensoreigenschaften erschein kein Problem zu sein. Im anderen Fall wäre die Linearisierung eine mögliche Lösung gewesen.
Erstellung der Webpräsenz des Start-ups:
Ursprüngliche Idee war, das CMS WordPress als Dokumentationstool zu nutzen, als Plattform für kollaboratives Arbeiten und als Ort des gemeinsamen Austausches. Es ist dann etwas mehr geworden und wurde zur Webpräsenz unseres fiktiven Unternehmens.
- Was ist WordPress?
- Welche Informationen stellen wir dar?
- Wie ist die Webpräsenz von Unternehmen gestaltet? Was gehört dazu?
Wir erlernten die Nutzung von WordPress, das Erstellen von Seiten und die Anpassung des Layouts. Diverse Plugins und Widgets wurden ausprobiert und wieder verworfen. Wir lernten die Möglichkeiten und Grenzen von CMS kennen, bekamen einen Einblick in die Struktur von CMS-Systemen und einen Einblick in Administration solcher Plattformen.