Umgebungstemperatur- und Feuchtigkeitssensor in kompaktem Gehäuse

Manuel Fegerl 15/04/2019
WLAN Temperatursensor und Feuchtigkeitssensor zum selber bauen (DIY) mit iOS und Android App für NodeMCU ESP8266 mit DHT11 Sensor

Einleitung

Mit Hilfe dieser Anleitung kannst du dir einen Temperatur- und Feuchtigkeitssensor in einem kompakten Gehäuse bauen, der die Daten über WLAN an dein (Android und iOS) Smartphone überträgt und es dir damit z.B. hilft deinen Keller oder dein Badezimmer vor Schimmel zu schützen. In diesem Projekt wird ein NodeMCU Amica v2 (basierend auf dem ESP8266 Mikrocontroller) und ein DHT11 Sensor verwendet. Die aktuellen Messdaten werden außerdem auf dem OLED Display dargestellt. Du solltest für dieses Projekt mit Säge, Feile, Bohrmaschine sowie mit dem Lötkolben umgehen können.

Damit du nicht selbst programmieren musst kannst du einfach die Sensate Firmware auf den Mikrocontroller kopieren, am Ende der Anleitung erfährst du dazu mehr. Mit Hilfe der Sense App kannst dann einfach und jederzeit (und von überall) auf deine Daten zugreifen und dir z.B. den täglichen Verlauf von Temperatur- und Feuchtigkeit ansehen.

Typische Anwendungsfälle für dieses Projekt:
– Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung im Keller
– Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung im Badezimmer
– Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung für Kleintiergehege (z.B. Hühnerstall oder Hasenstall)
– Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung im Ferienhaus


Benötigte Komponenten

1
NodeMCU Amica v2 (Bridge)
1
DHT11 Sensor
1
1,3 Zoll I2C OLED Display
1
Gehäuse (70x50x25 oder größer)
1
Loch/Streifenrasterplatine
1
Widerstand 5-10k
2
Buchsenleisten 15x1 Pin
1
Kabel (Sortiment)

Empfohlene App

Einfache Konfiguration mit

Werkzeug und Fähigkeiten


Platine vorbereiten (zuschneiden)

Im ersten Schritt muss die Platine auf die richtige Größe zugeschnitten werden. Zusätzlich werden an den Ecken mit Hilfe der Rundfeile leichte Ausnehmungen eingefeilt, damit die Platine gut in das gewünschte Gehäuse passt. Je weniger Spiel die Platine hat, desto besser.

Wenn du wie abgebildet eine Platine mit bereits vorbereiteten Leiterbahnen verwendest, achte beim Zuschneiden darauf, dass die Leiterbahnen wie abgebildet verlaufen (quer zur Längsseite).


Vorbereitung Leiterbahnen

Handelt es sich um eine Platine mit vorbereiteten Leiterbahnen, müssen nun die unteren 17 Leiterbahnen etwa in der Mitte durchtrennt werden.

Nimm dazu am besten ein Cuttermesser und schneide entlang einer Lochreihe mehrmals mit mittelstarkem Druck, bis die Leiterbahnen sauber durchtrennt sind.


Komponenten platzieren

In diesem Schritt werden die Sockelleisten für den Microcontroller sowie ein sog. “Pull-Up-Widerstand” und zwei Versorgungsleitungen auf der Platine angelötet. Die Komponenten werden alle einzeln auf der Seite ohne Leiterbahnen platziert und wie abgebildet angelötet.

Sollten keine 15-Pin-Sockelleisten vorhanden sein, können auch kleinere (z.B. 3x5Pin oder wie auf den Fotos abgebildet 1x10Pin+1x5Pin, o.ä.) kombiniert werden. Auch längere Sockelleisten sind kein Problem, solange man später darauf achtet an welche Position der Mikrocontroller gesteckt werden muss.


Bridge platzieren

Nun kann der Mikrocontroller testweise auf den Sockelleisten platziert werden. Wenn später wieder auf der Platine gearbeitet wird sollte er wieder entfernt werden.


Displaykabel vorbereiten

Ist kein 4-Pin-Kabel vorhanden, kann man sich mit einer kleinen Platine und einer 1x4Pin-Sockelleiste behelfen. Dazu werden die Sockelleiste sowie 4 Kabel (jeweils ca. 15cm lang) wie abgebildet auf einer kleinen (4*3 Loch) Platine angelötet.

Bitte auf die Ausrichtung der Platine achten, sodass jeweils ein Pin der Sockelleiste mit einem Kabel verbunden ist.


Sensorplatine vorbereiten

Da der verwendete Sensor über keine direkte Montagemöglichkeit verfügt, fungiert die Sensorplatine in diesem Fall gleichzeitig als Montagevorrichtung für den Sensor.

Dazu wird die Adapterplatine etwas breiter vorbereitet, sodass Platz für ein Montageloch abseits der benötigten Leiterbahnen bleibt. Der Bereich in dem das Montageloch gebohrt wird sollte mit dem Cuttermesser vom restlichen Bereich elektrisch getrennt werden, damit es zu keinem Kurzschluss kommen kann, dazu einfach die Leiterbahnen sauber durchtrennen.

Der Sensor wird wie abgebildet möglichst weit entfernt von der Platine angelötet, damit er später gut nach außen gebogen werden kann. Die Anschlusskabel (jeweils ca. 15cm lang) werden entgegen der üblichen Vorgehensweise direkt auf der Kupferseite angelötet, damit die Platine später gut als Montagehilfe fungieren kann.


Sensor- und Displaykabel mit Bridge verbinden

Nun werden die Anschlusskabel von Display und Sensor wie abgebildet mit der Bridge verbunden. Da sowohl die Versorgungsleitung (rot) als auch die Masseleitung (blau) über die gesamte Breite der Platine verlaufen, ist die genaue Position der Kabel nicht relevant, solange die Reihe stimmt.

Die Datenkabel (2 für das Display, 1 für den Sensor) werden neben der Pinleiste des Mikrocontrollers angelötet.


Display im Gehäusedeckel anzeichnen

Um den Umriss des Displays so gut wie möglich anzuzeichnen, ist es sinnvoll, mit dem Display als Vorlage zu arbeiten. Es müssen eine größere rechteckige Öffnung für das Display selbst sowie 4 Montagelöcher gemacht werden.

Displayöffnung
Die rechteckige Displayöffnung wird am besten von innen angezeichnet. Bei der Displayöffnung ist darauf zu achten, dass das Displayglas von handelsüblichen OLED-Displays am Rand sehr leicht bricht, d.h. die Öffnung sollte umbedingt groß genug für das Display sein. Wird später versucht, das Display in eine zu kleine Öffnung zu drücken, besteht eine große Wahrscheinlichkeit, dass das Display bricht.

Montagelöcher
Zusätzlich zur Displayöffnung sind 4 Löcher (3mm) für die Montageschrauben notwendig. Dazu das Display verkehrt auf die vorgesehene Position legen und die Mittelpunkte der Löcher (ebenfalls von innen) anzeichnen.


Öffnung für Display ausschneiden

Die Montagelöcher für das Display werden einfach mit einem kleinen Metallbohrer (etwa 3mm) gebohrt. Achte bitte darauf, dass der Bohrer kleiner ist als der Schraubenkopf .

Für die rechteckige Ausnehmung des Displays wird zunächst ein etwas größeres Loch (z.B. 8mm) innerhalb des Displaybereiches gebohrt. Achte darauf, nicht zu nahe am angezeichneten Außenrand zu bohren, da man dort ansonsten die Bohrung sehen kann. Nun kann man z.B. mit einem Laubsägebogen die rechteckige Öffnung herausarbeiten (siehe Bild #4). Dazu wird das Sägeblatt der Säge einseitig ausgehängt, durch das Loch gefädelt und dann wieder eingespannt. Nun kann die Öffnung herausgearbeitet werden.

Anschließend werden die Ränder und Ecken noch mit einer Feile verschönert bzw. – sofern notwendig – leicht vergrößert.


Display montieren

Da nun alle notwendigen Öffnungen im Gehäuseoberteil gemacht wurden, kann das Display montiert werden. Wie schon zuvor erwähnt, ist das Displayglas handelsüblicher OLED-Bildschirme sehr sensibel auf seitliche Belastungen, deshalb ggf. die Öffnung noch einmal nacharbeiten, sollte es sich nicht ganz ausgehen. Und: Auf keinen Fall das Display in die Öffnung drücken!

Ist das Display in der Öffnung, wird es mit 4 Schrauben und den dazu passenden Muttern befestigt. Die Muttern werden dabei mit den Fingern festgehalten, während die Schrauben mit einem kleinen Schraubendreher fixiert werden.


Öffnung für Sensor anzeichnen

Der Sensor soll in der Ecke neben der Bridge Platz finden. Dazu wird der Sensor zunächst wie abgebildet angezeichnet.


Öffnung für Sensor ausschneiden

Nun wird die Öffnung für den Sensor vorsichtig herausgearbeitet. Achte dabei darauf, dass die Öffnung nicht zu groß wird, um dem Sensor etwas Stabilität durch das Gehäuse zu geben.

Wenn der Sensor testweise platziert wurde, kann das Montageloch angezeichnet und mit einem 3mm-Bohrer gebohrt werden.


Gehäuse für Bridge vorbereiten

Damit die Bridge später von außen mit Strom versorgt werden kann, muss nun noch eine Öffnung für die USB-Buchse geschaffen werden. Dazu wird die Position der Öffnung zuerst angezeichnet und dann z.B. mit einer Feile herausgearbeitet.


Sensor montieren

Nachdem nun die mechanischen Arbeiten am Gehäuse abgeschlossen sind, kann der Sensor montiert werden. Dazu wird er mit Hilfe einer 2,5mm-Schraube und einer passenden Mutter fixiert.

Handelt es sich um eine Senkkopfschraube, kann das Bohrloch noch mit Hilfe eines größeren Bohrers (mit der Hand!) leicht eingesenkt werden. Achte jedoch darauf, nicht durchzubohren!


Bridge in Gehäuse montieren

Nach dem Sensor kann nun die Bridge in das Gehäuse eingebaut werden.

Sitzt die Platine von selbst nicht stabil im Gehäuse, kann sie z.B. mit Hilfe eines schmalen Streifens doppelseitigen Klebebands im Gehäuse fixiert werden.


Gehäuse schließen

Beim Schließen des Gehäuses – insbesondere dem Verstauen der Display- und Sensor-Kabel – benötigt man ein wenig Geduld und Fingerspitzengefühl.

Je nach Länge der verwendeten Kabel kann es etwas schwierig sein, alle Kabel im Gehäuse unterzubringen. Tipp: Zwischen Mikrocontroller und Platine (also im Freiraum, der durch die Sockel entsteht) ist üblicherweise noch genug Platz, um das eine oder andere Kabel zu verstauen.


Ergebnis

Wenn dein Mikrocontroller (Bridge) noch nicht mit der Sensate-Firmware bespielt wurde, folge dieser Anleitung. Danach ist das Gerät voll funktionsfähig und kann nun mit der Sense App konfiguriert und im Anschluss verwendet werden.

Mit Hilfe der Sense App kannst du dir dann die aktuellen Messdaten, sowie den zeitlichen Verlauf ansehen. Ist der Sensor z.B. im Badezimmer platziert wirst du anhand der Temperatur- und Feuchtigkeitsverläufe deutlich sehen wann im Badezimmer geduscht oder gelüftet wurde. Willst du automatisch über die Überschreitung oder Unterschreitung von Grenzwerten (z.b. bei Schimmelgefahr) informiert werden kannst du dies aktuell mit Hilfe der IFTTT Integration machen.