Wetterstation mit CO2-Messung – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Inhalt

10 Minuten

Ziel des Projekts

Ein CO₂-Sensor misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit und den CO₂-Gehalt der Luft.
Auf einem LCD und im Seriellen Monitor werden die Daten angezeigt.

Messprinzip von CO₂-Sensoren

Der Sensor MH-Z19C misst nach dem NDIR-Prinzip (Nichtdispersiver Infrarotsensor). Er besteht aus einer Infrarot-Lampe und einem Detektor. Dazwischen befindet sich die zu messende Luft. Je mehr CO₂ sie enthält, desto mehr Infrarot Strahlung wird absorbiert und entsprechend weniger kommt am Detektor an.

Der Sensor MH-Z19C misst nach dem NDIR-Prinzip (Nichtdispersiver Infrarotsensor). Er besteht aus einer Infrarot-Lampe und einem Detektor. Dazwischen befindet sich die zu messende Luft.
Je mehr CO₂ sie enthält, desto mehr Infrarot Strahlung wird absorbiert und entsprechend weniger kommt am Detektor an.

Arbeitsweise des Programms

Das Programm misst mit dem Sensor DHT22 Temperatur und Luftfeuchtigkeit und mit dem MH-Z19C den CO₂-Gehalt der Luft. Das RTC-Modul DS3231 ermittelt Datum und Zeit und misst zusätzlich die Temperatur
Die Messdaten werden auf einem LCD angezeigt.

Im Seriellen Monitor werden zusätzlich die Temperaturmesswerte des DS3231 und des MH-Z19C angezeigt.

Ansicht auf dem LCD

Ansicht im Seriellen Monitor

Anschluss des MH-Z19C am UNO

Kalibrierung des Sensors

Das Sensor MH-Z19C muss auf einen „Nullpunkt“ eingestellt werden. Es wird angenommen, dass draußen oder in einem gut gelüftetem Raum die CO₂-Konzentration 400 ppm (parts per million) beträgt. Dieser Wert wird als „Nullwert“ festgelegt. Meine Messungen haben gezeigt, dass dieser Wert in der Regel nur leicht überschritten wird.

Für die Kalibrierung gibt es drei Möglichkeiten:

Händische Kalibrierung:

Der Sensor muss mindestens 20 Minuten in einer gut gelüfteten Umgebung (am besten draußen) Messungen durchführen, dann musst du den HD Pin für mehr als 7 Sekunden mit GND verbinden.

Automatische Kalibrierung

Die automatische Kalibrierung kann nur dann funktionieren, wenn der Sensor über längere Zeit im Einsatz ist und sich zwischendurch immer wieder in einem gut durchlüftetem Raum befindet. Der „Nullpunkt“ von 400 ppm muss dann näherungsweise erreicht werden. Die automatische Kalibrierung funktioniert nur mit einer Bibliothek.

Sie wird mit

autoCalibration(false); ausgeschaltet

autoCalibration(true); schaltet sie ein

Mit einer Bibliothek

Installiere zunächst die Bibliothek MH-Z19.

In den Beispielen zur Bibliothek befindet sich das Programm Calibration, ich habe es ein wenig angepasst.

#include "Arduino.h"
#include "MHZ19.h"
#include "SoftwareSerial.h"

// RX/TX Pins zuordnen
// TX MH-Z19C auf 2, RX-Pin MH-Z19C auf 3
#define RX 2 
#define TX 3  

// Name des Moduls MH-Z19
MHZ19 MHZCO2;

// SoftwareSerial -> Name zuordnen
SoftwareSerial MHZSerial(RX, TX);

unsigned long Wartezeit = 0;

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);
  delay(500);

  MHZSerial.begin(9600);
  MHZCO2.begin(MHZSerial);

  // automatische Kalibrierung ausschalten
  MHZCO2.autoCalibration(false);

  Serial.println("20 Minuten warten um die Messwerte zu stabilisieren...");
  Wartezeit = 12e5;
  delay(Wartezeit);
  Serial.println("Kalibriere..");

  // Sensor kalibrieren
  MHZCO2.calibrate();
}

#include "Arduino.h"

#include "MHZ19.h"

#include "SoftwareSerial.h"

// RX/TX Pins zuordnen

// TX MH-Z19C auf 2, RX-Pin MH-Z19C auf 3

#define RX 2

#define TX 3

// Name des Moduls MH-Z19

MHZ19 MHZCO2;

// SoftwareSerial -> Name zuordnen

SoftwareSerial MHZSerial(RX, TX);

unsigned long Wartezeit = 0;

void setup()

{

Serial.begin(9600);

delay(500);

MHZSerial.begin(9600);

MHZCO2.begin(MHZSerial);

// automatische Kalibrierung ausschalten

MHZCO2.autoCalibration(false);

Serial.println("20 Minuten warten um die Messwerte zu stabilisieren...");

Wartezeit = 12e5;

delay(Wartezeit);

Serial.println("Kalibriere..");

// Sensor kalibrieren

MHZCO2.calibrate();

}

Nach der Kalibrierung darfst du das Programm nicht erneut hochladen!

Benötigte Bauteile

CO₂-Sensor MH-Z19C
RTC-Modul DS3231
Temperatur-/Feuchtigkeitssensor DHT22 oder DHT11
4-zeiliges LCD mit I²C-Schnittstelle
Leitungsdrähte

Baue die Schaltung auf.
(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)

Benötigte Bibliotheken

Das Programm

Bibliotheken und Variable

#include "Arduino.h"
#include "MHZ19.h"
#include "SoftwareSerial.h"
#include "RTClib.h"
#include "DHT.h"
#include "LCDIC2.h"

// 4-zeiliges LCD
LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);

// Pin des DHT-Sensors
int SENSOR_DHT = 7;

// Sensortyp festlegen
// DHT22 oder DHT11
#define SensorTyp DHT22

// Sensor DHT einen Namen zuweisen
DHT dht(SENSOR_DHT, SensorTyp);

// Name des RTC-Moduls (rtc)
RTC_DS3231 rtc;

// RX/TX Pins zuordnen
#define RX 2
#define TX 3  

// Name des Moduls MH-Z19
MHZ19 MHZCO2;

// SoftwareSerial -> Name zuordnen
SoftwareSerial MHZSerial(RX, TX);

unsigned long VerstricheneZeit = 0;

#include "Arduino.h"

#include "MHZ19.h"

#include "SoftwareSerial.h"

#include "RTClib.h"

#include "DHT.h"

#include "LCDIC2.h"

// 4-zeiliges LCD

LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);

// Pin des DHT-Sensors

int SENSOR_DHT = 7;

// Sensortyp festlegen

// DHT22 oder DHT11

#define SensorTyp DHT22

// Sensor DHT einen Namen zuweisen

DHT dht(SENSOR_DHT, SensorTyp);

// Name des RTC-Moduls (rtc)

RTC_DS3231 rtc;

// RX/TX Pins zuordnen

#define RX 2

#define TX 3

// Name des Moduls MH-Z19

MHZ19 MHZCO2;

// SoftwareSerial -> Name zuordnen

SoftwareSerial MHZSerial(RX, TX);

unsigned long VerstricheneZeit = 0;

Der setup-Teil

void setup() 
{
  Serial.begin(9600);
  delay(500);

  // LCD starten
  lcd.begin();

  // Cursor "verstecken"
  lcd.setCursor(false);

  // Serielle Kommunikation MH-Z19C starten
  MHZSerial.begin(9600);
  MHZCO2.begin(MHZSerial);

  // automatische Kalibrierung einschalten wenn der Sensor im Dauerbetrieb
  MHZCO2.autoCalibration(true);

  // RTC-Modul starten
  rtc.begin();

  // Datum/Zeit einmalig setzen, beim nächsten Starten auskommentieren
  // rtc.adjust(DateTime(2023, 4, 23, 8, 50, 30));

  // Sensor DHT starten
  dht.begin();
}

void setup()

{

Serial.begin(9600);

delay(500);

// LCD starten

lcd.begin();

// Cursor "verstecken"

lcd.setCursor(false);

// Serielle Kommunikation MH-Z19C starten

MHZSerial.begin(9600);

MHZCO2.begin(MHZSerial);

// automatische Kalibrierung einschalten wenn der Sensor im Dauerbetrieb

MHZCO2.autoCalibration(true);

// RTC-Modul starten

rtc.begin();

// Datum/Zeit einmalig setzen, beim nächsten Starten auskommentieren

// rtc.adjust(DateTime(2023, 4, 23, 8, 50, 30));

// Sensor DHT starten

dht.begin();

}

Der loop-Teil

void loop() 
{
  // 5 Sekunden warten
  if (millis() - VerstricheneZeit >= 5000) 
  {
    // rtc.now() -> aktuelle Zeit holen
    DateTime aktuell = rtc.now();

    /*
      Datumsformat festlegen
      DD -> Tag mit führender 0
      MM -> Monat mit führender 0
      YYYY -> vollständige Angabe des Jahres
    */
    char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";

    // Datum in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen
    Serial.print(aktuell.toString(Datum));

    // Format der Zeitangabe festlegen
    char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";

    // Zeitangabe in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen
    Serial.println(aktuell.toString(Zeit));
    // Daten lesen
    // CO2-Wert MH-Z19C
    int CO2 = MHZCO2.getCO2();

    // Temperatur MH-Z19
    int TemperaturMHZ = MHZCO2.getTemperature();

    // Temperatur RTC (DS3231) ermitteln
    String TemperaturRTC = String(rtc.getTemperature());
    String AnzeigeTemperaturRTC = String(TemperaturRTC);
    AnzeigeTemperaturRTC.replace(".", ",");

    // Temperatur DHT
    float TemperaturDHT = dht.readTemperature();
    String AnzeigeTemperaturDHT = String(TemperaturDHT);
    AnzeigeTemperaturDHT.replace(".", ",");

    // Luftfeuchtigkeit DHT
    String AnzeigeLuftfeuchtigkeit = String(dht.readHumidity());
    AnzeigeLuftfeuchtigkeit.replace(".", ",");
    Serial.print("Messwert CO2: ");
    Serial.println(String(CO2) + " ppm");

    Serial.print("Temperatur MH-Z19: ");
    Serial.println(String(TemperaturMHZ) + "°C");

    Serial.print("Temperatur RTC: ");
    Serial.println(AnzeigeTemperaturRTC + "°C");
    Serial.print("Temperatur DHT: ");
    Serial.println(AnzeigeTemperaturDHT + "°C");
    Serial.println("----------------------");

    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print(aktuell.toString(Zeit));
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("CO2 " + String(CO2) + " ppm");
    lcd.setCursor(0, 2);
    lcd.print("Temperatur " + AnzeigeTemperaturDHT + "\337C");
    lcd.setCursor(0, 3);
    lcd.print("Feuchtigkeit " + AnzeigeLuftfeuchtigkeit + "%");
    
    VerstricheneZeit = millis();
  }
}

void loop()

{

// 5 Sekunden warten

if (millis() - VerstricheneZeit >= 5000)

{

// rtc.now() -> aktuelle Zeit holen

DateTime aktuell = rtc.now();

Datumsformat festlegen

DD -> Tag mit führender 0

MM -> Monat mit führender 0

YYYY -> vollständige Angabe des Jahres

char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";

// Datum in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen

Serial.print(aktuell.toString(Datum));

// Format der Zeitangabe festlegen

char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";

// Zeitangabe in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen

Serial.println(aktuell.toString(Zeit));

// Daten lesen

// CO2-Wert MH-Z19C

int CO2 = MHZCO2.getCO2();

// Temperatur MH-Z19

int TemperaturMHZ = MHZCO2.getTemperature();

// Temperatur RTC (DS3231) ermitteln

String TemperaturRTC = String(rtc.getTemperature());

String AnzeigeTemperaturRTC = String(TemperaturRTC);

AnzeigeTemperaturRTC.replace(".", ",");

// Temperatur DHT

float TemperaturDHT = dht.readTemperature();

String AnzeigeTemperaturDHT = String(TemperaturDHT);

AnzeigeTemperaturDHT.replace(".", ",");

// Luftfeuchtigkeit DHT

String AnzeigeLuftfeuchtigkeit = String(dht.readHumidity());

AnzeigeLuftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

Serial.print("Messwert CO2: ");

Serial.println(String(CO2) + " ppm");

Serial.print("Temperatur MH-Z19: ");

Serial.println(String(TemperaturMHZ) + "°C");

Serial.print("Temperatur RTC: ");

Serial.println(AnzeigeTemperaturRTC + "°C");

Serial.print("Temperatur DHT: ");

Serial.println(AnzeigeTemperaturDHT + "°C");

Serial.println("----------------------");

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print(aktuell.toString(Zeit));

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("CO2 " + String(CO2) + " ppm");

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print("Temperatur " + AnzeigeTemperaturDHT + "\337C");

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("Feuchtigkeit " + AnzeigeLuftfeuchtigkeit + "%");

VerstricheneZeit = millis();

}

Quellen

MH-Z19 Sensoren bei Wolles Elektronikkiste
Datenblatt MH-Z19C bei Reichelt
Beitrag bei Wikipedia zum NDIR-Prinzip

Letzte Aktualisierung: Jan. 2, 2026 @ 10:10