Wir basteln und einen Datenlogger – Schnellstart

The first thing that can do things that actually DOES things for the TECHNOSEUM: A data logger that records the climate in a certain area of our museum.

Der „Q-Tip-Logger“, ein einfacher Datenlogger, der Temperatur und Feuchte auf SD-Card schreibt.

Wie versprochen stelle ich Ihnen hier vor, wie man einen einfachen Datenlogger mit dem Arduino baut. Nun möchte ich das gerne Schritt für Schritt tun und Sie dabei an der Entwicklung und den Überlegungen, die bei „unserem“ Logger eine Rolle gespielt haben, teilhaben lassen. Viele dieser Überlegungen haben mit den Anforderungen aus der praktischen Museumsarbeit zu tun und dürften deshalb selbst dann interessant sein, wenn man gar nicht vor hat, selbst einen Logger zu bauen, sondern das ganze an die nächste engagierte MINT-Gruppe oder den museumseigenen Bastelclub weiter zu geben. Für die ganz ungeduldigen aber, die entweder selbst schon viel gebastelt oder technikaffinen Nachwuchs haben, stelle ich hier schon einmal die Teileliste, die Verdrahtung und den Code online.

Noch ein Wort vorweg: Natürlich gibt es jede Menge kommerzielle Lösungen für die Klimaüberwachung und ich maße mir nicht an, mit ihnen konkurrieren zu wollen. Allerdings sehe ich häufig, dass Kolleginnen und Kollegen sich die professionellen Lösungen nicht leisten können und statt dessen zu billigeren, weniger geeigneten Modellen greifen. Hier bietet der Selbstbau eine interessante Alternative. Denn, da man die Kontrolle über die verwendeten Komponenten hat, bestimmt man selbst, wie gut die Lösung ist. Und, da man es selbst gebaut hat, kann man das Gerät auch selbst warten und reparieren.

Ein weiteres Wort vorweg: Schaltung und Code haben mit den angegebenen Komponenten bei uns tadellos funktioniert. Ich übernehme jedoch keinerlei Haftung für eventuell entstehende Schäden beim Nachbau.

Was das Gerät tut:
Der Logger zeichnet im 5 Minuten Abstand Temperatur in Grad Celsius und relative Luftfeuchtigkeit in Prozent auf und schreibt diese Werte zusammen mit Datum und Zeit als kommagetrennte Werte in die Datei MyLogger.csv. Diese Datei kann dann zur Weiterverarbeitung auf dem Rechner in ein Tabellenkalkulationsprogramm eingelesen werden 1

Benötigte Komponenten:

  • 1 Arduino Uno
  • 1 Logging Recorder Shield mit SD-Card reader und Zeitbasis
  • 1 Temperatur- und Feuchtigkeitssensor (hier: DHT 22 / AM 2302)
  • 1 Minibreadboard
  • 1 LED rot
  • 1 LED grün
  • 1 Widerstand 200 Ohm
  • 1 Widerstand 100 Ohm
  • 1 Widerstand 10 Kiloohm
  • Breadboard-Kabel
  • 1 SD-Card (aufgrund der geringen Datenmenge ist die Kapazität fast gleichgültig, ich habe ein 2 GB Karte verwendet)
  • 1 Netzteil (230 V auf 9 V)
  • Gehäuse je nach persönlichen Vorlieben

Verdrahtung:

logger

Arduino Code:

Der Code basiert im wesentlichen auf den Beispielprogrammen, die bei den verschiedenen eingebundenen libraries mitgeliefert wurde. Ein paar Lösungen mögen allerdings aus Internetrecherchen stammen, bei denen ich den Urheber nicht vermerkt habe. Sollte als jemand „seinen“ Code wiedererkennen, so möge er oder sie sich melden, damit ich die entsprechenden Credits einfügen kann.

Das Gehäuse:
Hier sind der Kreativität keine Grenzen gesetzt. Ich habe einen ungefähr passenden Karton dafür verwendet und die Öffnungen für die Kabel und die SD-Karte mit einem Messer ausgeschnitten. Wichtig ist lediglich, dass der Reset-Knopf auf dem Shield irgendwie zu bedienen ist. Man kann ihn einfach frei lassen, in unserem Fall ist es ein Q-Tip, an dem unten noch ein breiter Plastikdübel befestigt ist, um den Knopf zuverlässig zu treffen.

Verbesserungen:
Man merkt diesem Bauprojekt an, dass es mit heißer Nadel gestrickt war, um schnell verfügbar zu sein. Es sind also zahlreiche Verbesserungen denkbar.
Statt des Minibreadboards bietet es sich natürlich an, die Komponenten gleich auf das Logger-Shield zu löten, wo angenehmerweise bereits eine Lochraster-Platine integriert ist. Dabei sollte man nur beachten, dass der Sensor nicht direkt auf der Platine sitzt, sondern außerhalb des Gehäuses angebracht werden kann. Schließlich soll er die Umgebungstemperatur und -feuchte überwachen.
Dann ist dieser Logger natürlich relativ stumm, d.h. um zu wissen, wie es mit dem Klima steht, muss man die SD-Karte auslesen oder einen Rechner anstecken und schauen, welche Werte auf dem Serial Monitor ausgegeben werden. Ein LCD-Display-Shield wäre hier eine komfortablere Lösung, dann könnte man sich auch die LEDs sparen und die Fehlermeldungen hier lesbar ausgeben.
Und schließlich könnte man das ganze noch per LAN- oder WLAN-Shield netzwerkfähig machen.

Viel Spaß beim experimentieren!
Angela Kipp

  1. Deutschsprachigen Tabellenkalkulationsprogramme haben manchmal Probleme damit, dass die Messwerte einen Punkt als Komma verwenden, also als 21.5 °C statt 21,5 °C erscheinen. Hier muss man dann im Programm entweder auf Englisch umstellen oder per „suchen und ersetzen“ den Punkt gegen ein Komma austauschen.
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This post is also available in: Englisch

7 Kommentare

  1. Barry Knight sagt:

    The crucial point with any datalogger, commercial or home-made, is the quality of the sensors – particularly the RH sensor. Cheap sensors may be unreliable, especially at high or low RH, and they may lose their calibration quite rapidly. We all know there is a temptation to skimp on calibration, or to rely on the data uncritically, so my advice is to buy the best sensors or loggers you can afford and to calibrate them regularly.

    • Angela sagt:

      Hi Barry,
      you are right, the sensors are key, so is checking and calibrating them regularily. This post is just the Quick Start Guide, the next posts will take a deeper look at the used components and discuss the options. So, next up will be:
      1. Arduino and shields
      2. Sensors
      3. Coding
      Maybe some additional considerations, let’s see.
      Of course interchanging with other posts, so the readers not interested won’t get bored 😉

      Best wishes
      Angela

    • William Lull sagt:

      Checking RH calibration beyond the effective use of an aspirating psychrometer is rarely done. However, with several loggers, typically $120USD each, you can gather them once or twice a year and compare readings. Replace any loggers that are out of acceptable range (though you can continue to use them for temperature logging). This is the most prudent and cost-effective data logger approach.

      • Angela sagt:

        Actually, just to compare readings can lead to mistakes, as their sensors might have the same drift, especially when purchased around the same time. Your loggers might all show 10% off but you don’t realize because they all show aroud 35% instead of 45%, which seems reasonable. What proves quite effective is comparing their readings in a container with NaCl athmosphere (75%) and MgCl athmosphere (33%). You get an idea if they drift, in which direction they drift, if the drift is linear and if their reaction time is still okay.

  2. […] Source: Build Your Own Data Logger – Quick Start Guide | Registrar Trek: The Next Generation […]

  3. William Lull sagt:

    Since you point out that commercial loggers are available to do this same task, can you cite reasons or link us to a discussion to the problems a DIY logger solves? Maybe a case study would help, including a cost comparison of commercial vs DIY.

    • Angela sagt:

      Hi William,

      thanks for the input. Unfortunately, I haven’t taken a note everytime I saw someone asking for recommendations for affordable dataloggers on the MUSEUM-L or RC-AAM listserv but I’ve seen quite a few and some of them asking if some cheap gadgets for about 50 € can do the job just as well. Well, for the same price you can build your own, of course if you don’t count the costs of your own working hours. I see the following advantages:

      – For the same price a comparably cheap off-the-shelf solution costs you get a logger you know what it is capable of because you know the components you used.
      – If the sensor loses reliability (of course you have to check and calibrate it on a regular basis, like every logger), it is easy to replace at a reasonable price (the comparably expensive one I used here is at around 8 Euros (9 USD)). I will discuss this in the part about chosing the sensor which is coming up, this is just the quick start guide.
      – As grants for preventive conservation are few but there is a high interest in supporting STEM education, it’s a win-win if you do this as a project together with your local highschool. The kids learning about coding and microcontrollers and at the same time about the importance of preventive conservation and how climate data is used at their local history museum.
      – If you build it yourself, you learn a lot about coding and microcontrollers, which opens up new possibilities both for your institution as well as you personally.

      Again, if you do have the money to buy a commercial logger and the money to have it calibrated regularily, go for it. There are pretty good ones on the market, of course not mentioning names here. But I know that especially small museums struggle with getting money for such devices and for them it might be easier to find technically interested volunteers to help them with building such a thing.

      Of curse, if anyone is aware of a case study, I would be interested in sharing it here.

      Best wishes
      Angela

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