Feinstaub-Sensor selber bauen: Das Luftdaten-Projekt (Sds011)

Einen Feinstaub-Sensor selber bauen ist für viele Smart-Home- und Elektronik-Fans der Einstieg in sinnvolle Umweltmessungen: Sie erfassen die Partikelbelastung (PM2.5 und PM10) vor der eigenen Haustür, vergleichen Innen- und Außenluft und können die Daten – wenn gewünscht – im Luftdaten-Projekt (SDS011) veröffentlichen. Das ist nicht nur spannend, sondern auch praktisch: Sie sehen, wie stark Verkehr, Kaminbetrieb, Wetterlagen oder Lüften die Luftqualität beeinflussen. Der SDS011 ist dabei besonders beliebt, weil er als Laser-Partikelsensor gut dokumentiert, relativ robust und für DIY-Projekte bezahlbar ist. Damit Ihr Sensor jedoch brauchbare Werte liefert, müssen Sie mehr beachten als „nur anschließen“: Luftführung, Montagehöhe, Gehäusebelüftung, Wartung (Staub im Messkanal), Messintervalle und eine sinnvolle Datenübertragung (z. B. per WLAN mit ESP8266). Dieser Leitfaden erklärt die Bauteile, den Aufbau, die typische Sensor-Community-Integration, häufige Fehlerquellen und praxistaugliche Einstellungen – so, dass das Projekt nicht als Bastelversuch endet, sondern dauerhaft zuverlässig läuft.

Was das Luftdaten-Projekt ist und warum es so populär wurde

Das Luftdaten-Projekt (heute im Umfeld der Sensor.Community bekannt) hat eine einfache Idee: Bürgerinnen und Bürger messen Umweltdaten mit eigenen Sensoren und stellen sie in einer offenen Datenplattform zur Verfügung. Dadurch entstehen hochaufgelöste Karten, die lokale Unterschiede sichtbar machen, die klassische Messstationen allein oft nicht abbilden. Der Erfolg liegt vor allem in der Standardisierung der DIY-Hardware (z. B. SDS011) und der einfachen Datenübermittlung über WLAN.

• Transparenz: Sie sehen, wie sich die Luftqualität lokal verändert.
• Lernwert: Sie verstehen Sensorik, Datenqualität und Umwelteinflüsse besser.
• Community: Viele Bauanleitungen, Firmware-Optionen und Erfahrungswerte sind verfügbar.
• Offene Daten: Messwerte können öffentlich genutzt und verglichen werden.

Für den offiziellen Einstieg und die Sensorregistrierung sind diese Seiten relevant: Sensor.Community und Luftdaten-Informationen und Hintergrund.

SDS011 verstehen: Messprinzip, Stärken und Grenzen

Der SDS011 ist ein Laser-Streulicht-Partikelsensor. Vereinfacht gesagt saugt ein kleiner Lüfter Luft durch eine Messkammer, ein Laser beleuchtet die Partikel, und aus dem Streulicht wird auf die Partikelkonzentration geschlossen. Der Sensor liefert typischerweise PM2.5 und PM10 als Massendichten (µg/m³). Genau hier ist wichtig: Es handelt sich um eine indirekte Messung, die von Partikeleigenschaften (Größe, Form, Dichte) beeinflusst wird. Für Trends, Vergleiche und Smart-Home-Logik ist der Sensor sehr gut geeignet; für amtliche Grenzwertnachweise ist er nicht gedacht.

• Stärken: gute Trendmessung, weit verbreitet, viele Erfahrungswerte, einfache serielle Schnittstelle.
• Grenzen: abhängig von Partikelzusammensetzung, empfindlich gegenüber Verschmutzung und ungünstiger Luftführung.
• Wartung: Lüfter und Messkammer können mit der Zeit verschmutzen, was Drift begünstigt.

Benötigte Bauteile: Die bewährte DIY-Stückliste

Für einen klassischen Feinstaub-Sensor im Luftdaten-/Sensor.Community-Umfeld wird der SDS011 mit einem WLAN-fähigen Mikrocontroller kombiniert. Häufig kommen ESP8266-Boards (z. B. NodeMCU oder Wemos D1 Mini) zum Einsatz, weil sie günstig sind und die WLAN-Anbindung gut beherrschen. Optional ergänzen viele Bastler einen Temperatur-/Feuchtesensor, um Kontextdaten zu erfassen und Plausibilitätschecks zu erleichtern.

• SDS011 Feinstaub-Sensor (PM2.5/PM10)
• ESP8266-Board (z. B. NodeMCU oder Wemos D1 Mini)
• USB-Netzteil (stabil, ausreichend Stromreserve)
• Kabel/Adapter (Dupont-Kabel, ggf. JST-Adapter je nach Sensor)
• Gehäuse (wetterfest, belüftet; häufig 3D-Druck oder Kunststoffbox)
• Optional: Temperatur/Feuchte (z. B. BME280 oder SHT-Sensoren), um Umgebungsbedingungen mitzuerfassen

Warum die Stromversorgung entscheidend ist

Der SDS011 hat einen Lüfter und benötigt beim Betrieb mehr Strom als viele einfache Sensoren. Zusätzlich zieht der ESP8266 beim WLAN-Senden kurzzeitig höhere Ströme. Ein zu schwaches oder „billiges“ USB-Netzteil kann zu Resets, Messausfällen oder instabilen WLAN-Verbindungen führen. Praxisregel: lieber ein qualitativ solides 5-V-Netzteil nutzen als später Fehlersuche zu betreiben.

Gehäuse und Montage: So vermeiden Sie die häufigsten Messfehler

Bei Feinstaubmessung ist die Montage mindestens so wichtig wie die Elektronik. Viele „komische“ Werte entstehen durch falsche Luftführung, direkte Witterungseinflüsse oder Montageorte, die nicht repräsentativ sind. Ein gutes Gehäuse schützt vor Regen, lässt aber Luft durch. Gleichzeitig sollte es direkte Sonneneinstrahlung und Wärmestau minimieren, damit Temperatur- und Feuchtewerte nicht verfälscht werden (falls Sie Zusatzsensoren nutzen).

• Spritzwasserschutz: Regen darf nicht in die Messkammer gelangen.
• Belüftung: Luft muss frei ein- und ausströmen können.
• Abstand zu Wänden: zu nah an Fassaden kann Luftstrom und Temperatur beeinflussen.
• Höhe: häufig praxisnah sind 1,5–3 m, je nach örtlichen Gegebenheiten.
• Keine Abluftquellen: nicht direkt neben Dunstabzug, Trocknerabluft oder Lüftungsauslässen montieren.

Innen- vs. Außenmessung: Zwei Sensoren sind oft sinnvoller als ein Kompromiss

Innenluft reagiert stark auf Kochen, Kerzen, Staubsaugen und Lüften. Außenluft zeigt Verkehr, Wetterlagen und Nachbarschaftseinflüsse. Wer beides verstehen will, baut häufig zwei Sensoren: einen innen (geschützt, stabil), einen außen (wetterfest, repräsentativ). So vermeiden Sie, dass ein einzelner Sensor „alles zugleich“ abbilden soll und am Ende weder innen noch außen wirklich passt.

Verdrahtung und Schnittstellen: SDS011 mit ESP8266 verbinden

Der SDS011 kommuniziert typischerweise seriell (UART). In DIY-Aufbauten wird der Sensor mit dem ESP8266 verbunden, sodass der Mikrocontroller Messwerte ausliest und per WLAN sendet. Wichtig ist, die Schnittstelle stabil zu konfigurieren und die Kabelführung sauber zu halten. Lange, lose Leitungen in einem feuchten Außenkasten sind eine Einladung für Kontaktprobleme.

• UART-Verbindung: RX/TX korrekt kreuzen (Sender ↔ Empfänger)
• Gemeinsame Masse: GND muss sauber verbunden sein
• Mechanische Entlastung: Kabel gegen Zug sichern
• Korrosionsschutz: im Außenbetrieb auf Feuchtigkeit und Kondensat achten

Firmware und Datenübertragung: Bewährte Wege für stabile Messwerte

Für das Luftdaten-/Sensor.Community-Ökosystem existieren etablierte Firmware-Optionen, die Messwerte formatieren und an Plattformen senden können. Alternativ können Sie die Daten lokal im Smart Home nutzen – beispielsweise via MQTT – und erst später entscheiden, ob Sie öffentlich teilen möchten. Dieser Ansatz ist besonders attraktiv, wenn Sie Datenschutz und lokale Automationen priorisieren.

• Direkt zur Community-Plattform: standardisierte Übertragung nach Registrierung
• Lokal per MQTT: Messwerte ins Heimnetz, dann in Home Assistant/ioBroker auswerten
• Hybrid: lokal speichern und zusätzlich ausgewählte Werte veröffentlichen

Wenn Sie MQTT für lokale Integration nutzen möchten, sind diese Referenzen hilfreich: MQTT Standard und Grundlagen und als Broker-Standardlösung Eclipse Mosquitto.

Messintervalle und Betriebsmodus: Stabilität vor Datendichte

Feinstaubwerte schwanken, aber nicht jede Sekunde ist sinnvoll. Zu kurze Intervalle erhöhen Datenrauschen und belasten Hardware (Lüfter, WLAN, Stromversorgung). Viele Setups arbeiten mit Mittelwerten und moderaten Sendeintervallen. Für Außenmessung sind Zeitfenster von 1–5 Minuten in der Praxis oft ausreichend, für Innenmessung können 30–60 Sekunden sinnvoll sein, wenn Sie kurzfristige Ereignisse (z. B. Kochen) sehen wollen.

• Außen: 60–300 Sekunden sind meist praxisnah
• Innen: 30–120 Sekunden, je nach Ziel
• Glättung: gleitende Mittelwerte reduzieren „Zappeln“

Qualität der Messwerte: Plausibilität, Drift und Wartung

Feinstaub-Sensoren sind wartungsärmer als viele denken, aber nicht wartungsfrei. Der SDS011 enthält einen Lüfter und eine Messkammer; Staubablagerungen können die Luftführung verändern. Außerdem können Umgebungsbedingungen wie sehr hohe Luftfeuchte oder Kondensation Messwerte verfälschen. Gute Praxis ist, die Daten regelmäßig auf Plausibilität zu prüfen und den Sensor bei Bedarf zu reinigen oder in einen „Ruhemodus“ zu versetzen, wenn er nicht permanent laufen muss.

• Plausibilitätschecks: plötzliche Sprünge ohne Ereignis hinterfragen (z. B. Baustelle, Rauch, Kochen)
• Vergleich: gelegentlich mit einem zweiten Sensor oder einer nahegelegenen Station vergleichen
• Wartung: je nach Umgebung alle paar Monate Sichtprüfung, ggf. vorsichtig reinigen
• Feuchte: hohe Luftfeuchte kann Streulichtmessungen beeinflussen; Kontextdaten helfen

Warum ein zusätzlicher Temperatur-/Feuchtesensor sinnvoll sein kann

Auch wenn das Luftdaten-Projekt primär Feinstaub adressiert, liefern Temperatur und Luftfeuchte wertvollen Kontext. Sie können z. B. erkennen, ob erhöhte Partikelwerte mit hoher Feuchte (Nebel) zusammenfallen oder ob ein Innenanstieg durch Kochen plausibel ist. Außerdem lassen sich daraus Smart-Home-Regeln ableiten, etwa Lüftungsempfehlungen.

PM2.5 und PM10 richtig interpretieren

Die SDS011-Werte werden in µg/m³ ausgegeben und sind häufig als PM2.5 und PM10 dargestellt. PM2.5 umfasst feinere Partikel (bis 2,5 µm), PM10 umfasst größere Partikel (bis 10 µm) und enthält PM2.5 als Anteil. Im Alltag ist es sinnvoll, nicht nur Momentwerte zu betrachten, sondern Trends und Mittelwerte über 10–60 Minuten. So erkennen Sie echte Muster, statt auf kurzfristige Spitzen überzureagieren.

• PM2.5: feinere Partikel, oft stärker gesundheitlich relevant
• PM10: gröbere Partikel, z. B. Staub, Abrieb, aufgewirbelte Partikel
• Trends: Druckwetterlagen, Inversionslagen oder Kaminbetrieb zeigen sich oft als länger anhaltende Erhöhungen

Einfacher Mittelwert zur Glättung (MathML)

Wenn Sie Messwerte x_1 bis x_n innerhalb eines Fensters mitteln möchten, genügt der arithmetische Mittelwert:

$\overline{x}=\frac{x\_1+x\_2+\dots +x\_n}{n}$

Für Dashboards und Alarme sind geglättete Werte oft aussagekräftiger als Rohwerte, weil sie kurzfristige Messspitzen und Rauschen reduzieren.

Smart-Home-Integration: Von der Messung zur Automation

Ein großer Vorteil eines selbstgebauten Feinstaub-Sensors ist die direkte Integration in Ihr Smart Home. So können Sie bei erhöhten Werten automatisch reagieren: Fenster schließen (Hinweis), Lüftungsanlage steuern, Luftreiniger aktivieren oder eine Push-Benachrichtigung senden. Wichtig ist dabei eine konservative Logik: Statt bei jeder Spitze Alarm zu schlagen, arbeiten Sie mit Mittelwerten und einem sinnvollen Zeitkriterium.

• Benachrichtigungen: Alarm erst bei anhaltend erhöhten Werten
• Luftreiniger: einschalten bei PM2.5 über Schwelle, ausschalten mit Hysterese
• Lüftung: Empfehlungen nur, wenn Außenluft besser als Innenluft ist
• Historie: Tages- und Wochenprofile helfen bei Ursachenanalyse

Für Plattformen sind diese Einstiege hilfreich: Home Assistant und ioBroker.

Schwellwertlogik mit Hysterese (MathML)

Eine Hysterese verhindert ständiges Ein- und Ausschalten. Wenn S der Schwellwert ist und H die Hysterese, dann gilt vereinfacht:

$\mathrm{Ein},\mathrm{wenn}\mathrm{PM}\ge S$
$\mathrm{Aus},\mathrm{wenn}\mathrm{PM}\le S–H$

So bleibt die Steuerung stabil, selbst wenn Messwerte um den Grenzbereich pendeln.

Typische Fehlerquellen beim SDS011-Aufbau und wie Sie sie vermeiden

Viele Probleme treten immer wieder auf. Wenn Sie diese Punkte früh berücksichtigen, vermeiden Sie langes Debugging und gewinnen schneller verlässliche Messdaten.

• Wärmestau im Gehäuse: führt zu verfälschten Temperatur- und teilweise Feuchtewerten; Gehäuse belüften.
• Regen/Spritzwasser: kann Sensor beschädigen; Luftführung und Schutzhaube sauber umsetzen.
• Instabiles Netzteil: verursacht Resets; ein hochwertiges 5-V-Netzteil verwenden.
• Schlechte Montageposition: direkt an Abgas, Kamin, Grill oder Staubquelle misst „Spezialfälle“ statt Umgebung.
• Zu hohe Datenrate: unnötige Last, mehr Rauschen; moderate Intervalle und Mittelwerte nutzen.
• Keine Kontextdaten: ohne Temperatur/Feuchte fehlen Hinweise auf Kondensation oder Wettereffekte.

Wartung und Langzeitbetrieb: So bleibt der Sensor über Monate stabil

Ein Feinstaub-Sensor ist am besten, wenn er unauffällig im Hintergrund läuft. Dazu gehören ein wetterfester Aufbau, stabile WLAN-Verbindung und eine einfache Möglichkeit, Software-Updates einzuspielen. OTA-Updates (Over-the-Air) sind gerade im Außenbetrieb sehr praktisch, weil Sie das Gehäuse nicht ständig öffnen müssen. Prüfen Sie außerdem in festen Abständen, ob die Werte plausibel sind und ob der Lüfter normal läuft.

• OTA-Updates: reduzieren Wartungsaufwand und erhöhen Sicherheit
• Monitoring: Verfügbarkeit (online/offline), RSSI, Uptime und Messwerte im Blick behalten
• Reinigung: nur vorsichtig und passend, um die Optik nicht zu beschädigen
• Vergleich: gelegentlich mit Nachbarstationen oder Referenzwerten abgleichen

Outbound-Links zu relevanten Informationsquellen

• Sensor.Community (Projekt, Registrierung, Hintergrund)
• Luftdaten (Einführung und Community-Kontext)
• MQTT.org (Protokollstandard für lokale Datenübertragung)
• Eclipse Mosquitto (MQTT-Broker)
• Home Assistant (Smart-Home-Integration und Visualisierung)
• ioBroker (Datenpunkte, Automationen, Visualisierung)

FAQ: Häufige Fragen zum Feinstaub-Sensor (SDS011) und Luftdaten-Projekt

Ist der SDS011 für Außenmessung geeignet?

Ja, wenn die Außenmontage fachgerecht erfolgt: spritzwassergeschützt, gut belüftet und an einem sinnvollen Montageort. Direkter Regen, stehendes Wasser und Wärmestau sind die häufigsten Ursachen für Ausfälle oder unbrauchbare Daten.

Warum sind meine Werte bei Nebel oder hoher Luftfeuchte auffällig hoch?

Hohe Luftfeuchte und Aerosole können optische Streulichtmessungen beeinflussen. Deshalb ist Kontextmessung (Feuchte/Temperatur) sinnvoll, und in der Auswertung helfen Mittelwerte und Trendbetrachtung. Einzelspitzen sind weniger aussagekräftig als stabile Verläufe.

Welche Messintervalle sind empfehlenswert?

Für Außenmessung sind 1–5 Minuten in vielen Fällen ausreichend. Für Innenmessung können 30–120 Sekunden sinnvoll sein, wenn Sie kurzfristige Ereignisse erkennen möchten. Zu kurze Intervalle erhöhen Datenrauschen und belasten Stromversorgung und WLAN.

Kann ich die Daten auch nur lokal nutzen, ohne sie zu veröffentlichen?

Ja. Sie können die Werte per MQTT oder über Ihre Smart-Home-Plattform lokal verarbeiten, visualisieren und für Automationen verwenden. Eine Veröffentlichung in der Community ist optional und sollte bewusst entschieden werden.

Wie erkenne ich, ob der Sensor „driftet“ oder verschmutzt ist?

Typisch sind langsam ansteigende Grundwerte ohne plausiblen Grund oder deutlich abweichende Werte im Vergleich zu nahegelegenen Stationen bei ähnlichen Wetterlagen. Regelmäßige Plausibilitätschecks und eine saubere Montage helfen, Drift früh zu erkennen.

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