Luftqualitätsbestimmung. Entwicklung einer Handyapplikation zur Messung von Schadstoffwerten

Inhaltsverzeichnis

1. Anforderungsanalyse

2. Einleitung

3. Hardware

3.1. ESP8266

3.2. Probleme mit dem ESP8266

3.3. ESP32

3.4. CCS811

3.5. I²C-Protokoll

3.6. MH-Z19b

3.7. MQ-131

3.8. MQ-135

3.9. Hilfskomponenten

4. Software

4.1. Inbetriebnahme

4.2. CCS811

4.2.1. Deklarationen & Includes

4.2.2. Sensor in Betrieb nehmen

4.2.3. Messen & mögliche Fehler

4.3. Probleme CCS811

4.3.1. CCS811_ERRSTAT_NOTOK

4.3.2. CSS811_ERRSTAT_I2CFAIL

4.3.3. CSS811_ERSTAT_OK_NODATA

4.3.4. Recherche neuer CO2-Sensor

4.4. MH-Z19b

4.4.1. Onlineschnittstelle

4.4.2. Includes und Deklarationen

4.4.3. Messung von CO2- und Temperaturdaten

4.4.4. Probleme MH-Z19b

4.5. MQ-131

4.5.1. 1.2.5.1 GitHub-Bibliothek MQ-131

4.5.2. Umsetzung und Programmierung

4.6. MQ-135

4.6.1. GitHub-Bibliothek MQ-135

4.6.2. Umsetzung und Programmierung

4.7. OTA

5. Probleme beim Kauf

5.1. Begründung Themenauswahl

5.2. Mangelhafte Ware

5.2.1. Umgang mit Mängeln

5.2.2. Arten von Mängeln

5.2.3. Gewährleistung

5.2.4. Garantie und Produkthaftung

5.3. Anwendung des Themas auf unsere Diplomarbeit

6. Reflexion Andreas Rieger

7. Forschungsfrage

7.1. Wie wirkt sich schlechte Luft auf die menschliche Gesundheit aus?

7.1.1. Grundlagen:

7.1.2. CO2 Konzentration in Schulen:

7.1.3. Allgemeine Wirkungen auf den Menschen

7.1.4. Bewertung der CO2 Konzentration

7.1.5. Innenraumluftqualität und Virenausbreitung

7.1.6. Das richtige Lüften!

8. Beschreibung der verwendeten Software und Funktionen

8.1. Vorwort

8.2. Grundlagen von Datenbanken

8.2.1. Probleme die Datenbanken beseitigt haben

8.2.2. Relationale Datenbanken

8.3. MySQL-Datenbank

8.3.1. Was ist MySQL?

8.3.2. Definition

8.3.3. Funktion

8.3.4. Anwendungsgebiete von MySQL

8.4. Hypertext Transfer Protocol

8.4.1. Http-Request

8.4.2. Welche Methoden kann ein HTTP Request haben?

8.4.3. Welche Vorteile/Nachteile kann ein HTTP-Request haben?

8.5. Wie sieht eine SQLite-Datenbank aus?

8.6. REST API

8.7. Arduino

8.8. Ionic

8.9. IONOS

9. Entwicklungsprozess

9.1. SQLite

9.2. REST-Webservice (Beispieldaten)

9.3. Überarbeitung unseres Projekts

9.4. Erstellung einer MySQL Datenbank

9.5. Createjsonfile.php

9.6. Arduino

9.7. Index.php

9.8. IONOS

10. Aufgetretene Schwierigkeiten bei der Erstellung beschreiben und Lösungswege aufzeigen

11. Cyber Law

11.1. Begründung Themenauswahl

11.2. Rechtmäßige Datenverarbeitung

11.3. Rechtmäßige Verarbeitung sensibler Daten

11.4. Rechte auf Datenschutz

11.5. Datenschutz in sozialen Netzwerken

11.6. E-Commerce-Gesetz

11.7. Elektronische Signatur:

11.8. Spezifische Anwendung (Datenbank)

12. Reflexion Raphael Suppan

13. Software

13.1. IONIC/FRAMEWORKS

13.2. Angular

13.3. Node.js

13.4. Installation von IONIC

13.5. Erste Schritte in IONIC

14. Registerkartenauswahl

14.1. Ion-icon

15. Registerseite 1

15.1. Ion-Content

15.2. Ion-Header

15.3. Http-Request

15.4. Async

15.5. Daten sortieren

15.6. Beispiel

15.7. Liste von Räumen

15.8. Ion-List

15.9. Ion-Item

15.10. Ion-Label

16. Registerkarte 2

16.1. Chart.js

16.2. Liste

16.3. Ion-Select

16.4. Ion-Select-Option

16.5. Action-sheet

16.6. Aktualisieren

16.7. Ion-Refresher

17. Registerseite 3

17.1. Ion-Img

17.2. Impressum

17.3. Design/Logo

17.4. Logo

17.5. Konzepte

18. Marketing, USP und Corporate Identity unserer Diplomarbeit

18.1. Marketing

18.1.1. 4-Ps

18.1.2. Ziele

18.2. USP (Unique Selling Proposition)

18.3. Corporate Identity

18.4. Unsere Diplomarbeit

19. Reflexion Julian Rainer

20. Zusammenfassung

21. Literaturverzeichnis

24. Begleitprotokolle

24.1. Begleitprotokoll Andreas Rieger

24.2. Begleitprotokoll Raphael Suppan

24.3. Begleitprotokoll Julian Rainer

25. Projektdokumentation

25.1. Diplomarbeitsantrag

25.2. Projektstrukturplan

25.3. Meilensteinplan

Zielsetzung & Forschungsthemen

Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines funktionsfähigen Systems zur Überwachung der Luftqualität in Innenräumen durch die Erfassung von Schadstoffwerten (CO2, Ozon, Mischwerte). Die Forschungsfrage konzentriert sich darauf, wie mithilfe eines Mikrocontrollers und verschiedener Sensoren eine zuverlässige Datenmessung realisiert, über einen Server verwaltet und abschließend auf einer benutzerfreundlichen Handyapplikation visualisiert werden kann.

• Hardwareentwicklung zur präzisen Erfassung von Luftschadstoffen mittels Mikrocontrollern.
• Aufbau einer effizienten Datenbankstruktur und REST-API zur Datenverarbeitung.
• Entwicklung einer mobilen Applikation zur grafischen Darstellung der Messergebnisse.
• Auseinandersetzung mit rechtlichen Aspekten der Datenverarbeitung und Datenschutzbestimmungen.
• Reflexion des Entwicklungsprozesses und Analyse der Problemlösungsstrategien.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Anforderungsanalyse: Dieses Kapitel definiert die Zielsetzung des Projekts, die Hardwarekomponenten sowie die Anforderungen an die Datenverarbeitung und Benutzerfreundlichkeit der App.

2. Einleitung: Hier wird der Hintergrund des Projekts beleuchtet, insbesondere die Relevanz der Luftqualität während der Pandemie sowie die Motivation zur Entwicklung des Überwachungssystems.

3. Hardware: Es werden die eingesetzten Mikrocontroller (ESP8266, ESP32) und Sensoren (CCS811, MH-Z19b, MQ-131, MQ-135) sowie deren Anbindung und technische Grundlagen detailliert beschrieben.

4. Software: Dieses Kapitel erläutert die Implementierung der Sensoren, die Fehlerbehandlung während der Programmierung und die Integration der Software in die ArduinoIDE.

5. Probleme beim Kauf: Hier werden Herausforderungen bei beschädigter Hardware thematisiert und praxisnahe Einblicke in Gewährleistungsrechte im Rahmen der Diplomarbeit gegeben.

6. Reflexion Andreas Rieger: Der Autor schildert seinen persönlichen Lernprozess beim Umgang mit Mikrocontrollern und die Erfahrungen bei der Fehlersuche.

7. Forschungsfrage: Ein Sachteil, der die gesundheitlichen Auswirkungen von schlechter Raumluft, insbesondere durch CO2-Konzentrationen, wissenschaftlich fundiert darlegt.

8. Beschreibung der verwendeten Software und Funktionen: Dieses Kapitel bietet eine Übersicht über Datenbanksysteme, das HTTP-Protokoll und die genutzten Frameworks zur Programmierung.

9. Entwicklungsprozess: Hier wird der Weg von der ersten SQLite-Implementierung bis zur funktionierenden MySQL-Lösung auf dem IONOS-Server beschrieben.

10. Aufgetretene Schwierigkeiten bei der Erstellung beschreiben und Lösungswege aufzeigen: Eine Zusammenfassung technischer Hürden wie Verkabelungsfehler oder Kompatibilitätsprobleme und deren Behebung.

Schlüsselwörter

IoT, Luftqualität, CO2-Messung, ESP32, Mikrocontroller, Datenbank, MySQL, IONIC, App-Entwicklung, REST-API, Sensortechnik, Datenschutz, E-Recht, ArduinoIDE, Programmierung

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung eines Luftüberwachungssystems für geschlossene Räume, das Schadstoffwerte erfasst und über eine mobile App visualisiert.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Schwerpunkte liegen auf der Hardware-Konfiguration von Sensoren, dem Aufbau einer Datenbankinfrastruktur, der Entwicklung einer mobilen Anwendung mit IONIC und rechtlichen Aspekten beim Umgang mit Daten.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das Ziel ist die Realisierung eines zuverlässigen Systems, das Benutzer jederzeit über die aktuelle Luftqualität (CO2, Ozon, Mischwerte) informiert und schädliche Schadstoffkonzentrationen aufzeigt.

Welche wissenschaftliche Methode wurde verwendet?

Es wurde ein entwicklungsorientierter Ansatz gewählt, basierend auf Literaturrecherche zu Schadstoffen in Innenräumen sowie praktischer Implementierung und Erprobung von Hardware- und Softwarekomponenten.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in technische Details zu Sensoren, Programmierleitfäden, Datenbankanbindung, wirtschaftliche Aspekte wie Marketing und Gewährleistung sowie die ausführliche Projektdokumentation.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Projekt?

Die zentralen Schlagworte sind IoT, Luftqualität, Datenbank-Management, App-Entwicklung mit IONIC und Sensorik-Programmierung.

Warum musste der ESP8266 gegen einen ESP32 ersetzt werden?

Der ESP8266 war nicht 5GHz-WLAN-fähig, was im Projektverlauf zu Verbindungsproblemen führte, weshalb der leistungsfähigere ESP32 als Ersatz gewählt wurde.

Welche Herausforderungen gab es bei der Datenspeicherung?

Zunächst war eine SQLite-Datenbank vorgesehen, die jedoch aufgrund mangelnder Unterstützung durch den Hoster IONOS durch eine MySQL-Datenbank auf einem Webserver ersetzt werden musste.

Wie realisiert die App die Aktualisierung der Daten?

Die App verwendet einen sogenannten „Ion-Refresher“, mit dem Benutzer durch eine Geste (Herunterziehen) die Verbindung zum Server manuell triggern und die neuesten Messwerte abrufen können.