Raspberry Pi Pico 2 – der Mikrocontroller wird erwachsen

Passende Hardware im Überblick

Sensoren – das Herzstück:
MH-Z19B NDIR-CO2-Sensor – der Preis-Leistungs-Klassiker (Link)*
Sensirion SCD40 – misst CO2, Temperatur und Feuchte in einem (Link)*
DS18B20 Temperaturfühler 5er-Set – für die Außentemperatur (Link)*
37-Sensoren-Kit – mit LEDs und Summer für die Ampel (Link)*
Quimat-Bastelset – Widerstände, Taster, Kabel (Link)*

Boards – vom Zero bis zum Pi 5:
Raspberry Pi Zero 2 W – reicht für die Messstation völlig (Link)*
Raspberry Pi 5 mit 4GB RAM – wenn Datenbank und Grafana dazukommen (Link)*
Raspberry Pi 5 mit 8GB RAM – die Allzweck-Empfehlung (Link)*
Raspberry Pi 5 mit 16GB RAM – für die Smart-Home-Zentrale (Link)*
Raspberry Pi 4 Starter-Set – günstiger Einstieg mit Zubehör (Link)*

Verkabelung und Anzeige:
Breadboard-Set mit Jumperkabeln – ohne Löten aufbauen (Link)*
WS2812B LED-Streifen – die Ampel in Groß (Link)*
3,5-Zoll-Display für den Pi 5 – Zahl und Kurve am Gerät (Link)*
Ulanzi TC001 Pixel-Uhr – zeigt den ppm-Wert im Wohnzimmer (Link)*

Funk und Automation:
ELEGOO ESP32 im 3er-Pack – ein Messpunkt pro Zimmer (Link)*
ESP32-C6 im Doppelpack – sparsam und mit Thread an Bord (Link)*
Shelly Plug S Gen3 – schaltet den Lüfter bei zu hohem Wert (Link)*
NOUS A7Z Zigbee-Steckdose – die günstige Alternative dazu (Link)*

Kurz gesagt: Was bringt ein CO2-Sensor am Raspberry Pi?

Die Kurzfassung:

• CO2 ist der beste Marker für verbrauchte Luft: Die Konzentration steigt mit jedem Atemzug im Raum und fällt beim Lüften sofort. Genau deshalb taugt sie als Messgröße, wo Temperatur und Luftfeuchte nichts verraten.
• Die Zahlen, auf die es ankommt: Draußen liegen rund 420 ppm an. Das Umweltbundesamt stuft Innenraumwerte unter 1.000 ppm als hygienisch unbedenklich ein, 1.000 bis 2.000 ppm als auffällig und alles darüber als inakzeptabel.
• Nur NDIR zählt: Echte Messung gibt es über Infrarot-Absorption – beim MH-Z19B oder den Sensirion-Modellen SCD40 und SCD41. Billige Gassensoren liefern nur einen geschätzten „eCO2"-Wert und sind für Lüftungsentscheidungen wertlos.
• Der Aufbau ist Einsteigerstoff: Vier Kabel, eine Schnittstelle freischalten, ein Python-Skript – mehr braucht ein Raspberry Pi CO2-Sensor nicht.
• Achtung beim Pi 5: Dessen serielle Standardschnittstelle liegt auf dem Debug-Header. Für einen UART-Sensor an GPIO 14/15 muss zusätzlich dtoverlay=uart0-pi5 gesetzt werden.
• Der eigentliche Gewinn kommt danach: Werte per MQTT ins Smart Home, eine Ampel an der Wand und eine Automation, die den Lüfter einschaltet, statt nur zu mahnen.

Warum CO2 der ehrlichste Wert im Raum ist

Ein Raspberry Pi CO2-Sensor misst etwas, das niemand riechen, sehen oder fühlen kann – und das trotzdem den Unterschied zwischen einem klaren Kopf und dem Nachmittagstief ausmacht. Kohlendioxid entsteht beim Atmen und ist ein zuverlässiger Stellvertreter für alles andere, was sich in geschlossenen Räumen ansammelt: Feuchtigkeit, Gerüche, Ausdünstungen, Aerosole.

Die Größenordnungen sind schnell erklärt. Die Außenluft liegt inzwischen bei rund 420 ppm, also 0,042 Prozent. Ein gut gelüftetes Zimmer pendelt sich bei 500 bis 800 ppm ein. Ein Büro mit geschlossenem Fenster und zwei Personen reißt die 1.000er-Marke oft schon nach einer Stunde, ein Schlafzimmer über Nacht regelmäßig die 2.000. Die 1.000-ppm-Grenze ist dabei keine Erfindung der Sensorhersteller, sondern geht auf den Hygieniker Max von Pettenkofer im 19. Jahrhundert zurück und steht bis heute in den Leitlinien des Umweltbundesamts.

Der Reiz der Messung liegt in ihrer Unmittelbarkeit: Wer ein Fenster öffnet, sieht den Wert innerhalb von Minuten fallen. Aus einer abstrakten Empfehlung wird eine Rückmeldung, auf die man reagiert – und in vielen Haushalten ändert genau das dauerhaft das Lüftungsverhalten.

Ein Missverständnis gehört gleich ausgeräumt: CO2 ist nicht CO. Kohlendioxid in Innenraumkonzentrationen macht müde und unkonzentriert, ist aber nicht giftig. Kohlenmonoxid dagegen ist lebensgefährlich, entsteht bei unvollständiger Verbrennung und wird von keinem CO2-Sensor erkannt. Wer Gastherme, Kamin oder Ofen im Haus hat, braucht zusätzlich einen zertifizierten CO-Melder – die Bastellösung ersetzt ihn nicht.

CO2-Sensor am Raspberry Pi anschließen – Schritt für Schritt

1. Sensor auswählen: Der MH-Z19B kommuniziert seriell über UART, die Sensirion-Modelle SCD40 und SCD41 über I2C. Beide Wege sind gleich einfach, unterscheiden sich aber in der Verkabelung – die Entscheidung fällt also vor dem ersten Kabel.
2. MH-Z19B verkabeln: Vcc an 5 V (Pin 2 oder 4), GND an Pin 6, TX des Sensors an GPIO 15 (Pin 10, RX des Pi) und RX des Sensors an GPIO 14 (Pin 8, TX des Pi). Die Datenleitungen kreuzen sich also. Welcher Pin wo liegt, zeigt das GPIO-Pinout.
3. Serielle Schnittstelle freischalten: sudo raspi-config → Interface Options → Serial Port. Auf die Frage nach der Login-Shell mit Nein antworten, auf die nach der Hardware mit Ja. Nach dem Neustart liegt der Sensor auf /dev/serial0. Grundlagen dazu stehen im Artikel zur seriellen Schnittstelle.
4. Sonderfall Pi 5: Beim Pi 5, Pi 500 und Compute Module 5 zeigt /dev/serial0 auf den separaten Debug-Header, nicht auf GPIO 14/15. Damit der Sensor an den Pins funktioniert, gehört dtoverlay=uart0-pi5 in die /boot/firmware/config.txt; angesprochen wird die Schnittstelle danach als /dev/ttyAMA0.
5. SCD40 statt UART: Beim I2C-Weg reichen vier Leitungen – 3,3 V, GND, SDA an GPIO 2 und SCL an GPIO 3. I2C wird ebenfalls über raspi-config unter Interface Options aktiviert. i2cdetect -y 1 muss anschließend die Adresse 0x62 zeigen, sonst stimmt etwas an der Verkabelung nicht.
6. Python-Umgebung anlegen: Seit Bookworm verweigert das System Installationen mit pip direkt ins Betriebssystem. Also erst python3 -m venv ~/co2, dann source ~/co2/bin/activate und darin die Bibliothek installieren – für den MH-Z19B etwa pip install mh-z19, für die Sensirion-Sensoren den Treiber sensirion-i2c-scd.
7. Erste Messung: Der Sensor braucht rund drei Minuten Aufwärmzeit, danach liefert er alle paar Sekunden einen ppm-Wert. Sinnvoll ist ein Intervall von 30 bis 60 Sekunden. Wie das Skript aussieht, zeigt die Einführung in GPIO mit Python.
8. Dauerbetrieb einrichten: Das Skript als Systemd-Dienst hinterlegen, damit es nach jedem Neustart automatisch wieder misst. Ein Sensor, der nach dem ersten Stromausfall schweigt, wird nie zur Gewohnheit.

MH-Z19B, SCD40 oder SCD41 – die Sensoren im Vergleich

Drei Modelle decken praktisch den gesamten Bastelbereich ab. Alle drei messen echtes CO2, unterscheiden sich aber in Verfahren, Anschluss und Ausstattung:

Für eine Ampel im Wohnzimmer ist der MH-Z19B die günstigste solide Wahl, und seine große Community bedeutet viele fertige Skripte. Die Sensirion-Modelle punkten dort, wo es klein werden soll oder wo Temperatur und Luftfeuchte ohnehin mit interessieren – etwa im Verbund mit einer Wetterstation. Nicht infrage kommen Sensoren vom Typ MQ-135 oder CCS811: Sie messen flüchtige organische Verbindungen und rechnen daraus einen Schätzwert – bei offenem Fenster und einem Glas Wein auf dem Tisch schlagen sie Alarm.

Von der Messung zur Lüftungsampel und ins Smart Home

Eine Zahl im Terminal ändert kein Verhalten. Erst die sichtbare Rückmeldung macht aus dem Messaufbau ein Werkzeug, das im Alltag wirkt. Drei Ausbaustufen haben sich etabliert:

• Die Ampel: Drei LEDs, geschaltet über GPIO – grün unter 800 ppm, gelb bis 1.200, rot darüber. Wer es größer mag, nimmt einen adressierbaren LED-Streifen und färbt gleich die ganze Regalkante ein.
• Die Anzeige: Ein kleines Display am Pi zeigt Zahl und Tendenz. Wohnzimmertauglicher ist eine Pixel-Uhr wie die Ulanzi TC001 mit AWTRIX, die den Wert im Wechsel mit Uhrzeit und Wetter einblendet.
• Die Automation: Der Pi schickt den Messwert per MQTT an Home Assistant. Dort wird daraus ein Sensor mit Verlaufskurve, und eine Automation schickt ab 1.200 ppm eine Nachricht aufs Handy oder schaltet über eine Funksteckdose den Lüfter ein.

Wer mehrere Räume überwachen will, sollte nicht in jedes Zimmer einen Pi stellen. Deutlich sparsamer ist ein ESP32 pro Raum, programmiert mit ESPHome: Der Sensor wird in einer knappen YAML-Datei beschrieben, die Firmware entsteht auf Knopfdruck, und der Messwert landet automatisch in Home Assistant. Der Pi bleibt in dieser Aufteilung die Zentrale, die Daten sammelt, historisiert und auswertet – etwa in einem Grafana-Dashboard, das die CO2-Kurve eines ganzen Winters zeigt.

Fehler und Stolpersteine bei der CO2-Messung

• TX und RX nicht gekreuzt: Der Sendeausgang des Sensors gehört an den Empfangseingang des Pi. Wer stur Pin an Pin steckt, bekommt niemals Daten – und keine Fehlermeldung, die darauf hinweist.
• Die Login-Shell blockiert die Schnittstelle: Bleibt die serielle Konsole aktiv, belegt das System den Port selbst. In raspi-config muss die Shell aus und die Hardware an sein, nicht umgekehrt.
• Falsche Spannung: Der MH-Z19B will 5 V an Vcc, seine Datenleitungen arbeiten aber mit 3,3 V. Sensoren, die ihre Signale mit 5 V herausgeben, brauchen einen Pegelwandler – sonst leidet der Pi.
• Zu früh geurteilt: Nach dem ersten Einschalten liefern NDIR-Sensoren einige Minuten lang Unsinn. Und bis die automatische Nullpunktkorrektur greift, vergehen ein bis zwei Tage mit regelmäßigem Frischluftkontakt.
• Selbstkalibrierung im Dauerbetrieb ohne Lüften: Die Automatik setzt voraus, dass der Raum irgendwann Frischluftniveau erreicht. In einem Serverschrank oder Gewächshaus, wo das nie passiert, driftet der Wert weg – dort gehört die Automatik abgeschaltet und von Hand kalibriert.
• Sensor am falschen Platz: Direkt neben dem Kopf, über der Heizung oder im Fensterrahmen entstehen Messwerte, die nichts über den Raum aussagen. Sinnvoll ist eine Position in Kopfhöhe, mindestens einen Meter vom nächsten Menschen entfernt und außerhalb des direkten Luftzugs.
• Zu kurzes Intervall: Sekündliche Abfragen erzeugen Millionen Datenpunkte im Jahr und bringen keinerlei zusätzliche Erkenntnis. Eine Messung pro Minute genügt.

Häufige Fragen zum CO2-Sensor am Raspberry Pi

Welche Werte sind normal und ab wann sollte gelüftet werden?
Unter 800 ppm ist die Luft gut, bis 1.000 ppm unbedenklich. Ab 1.000 lohnt das Fenster, ab 1.500 wird es spürbar zäh, ab 2.000 gilt der Wert als inakzeptabel. Ein Schlafzimmer erreicht diese Marke über Nacht ohne Weiteres.

Reicht ein Pi Zero 2 W für die Messstation?
Locker. Messen, LEDs schalten und eine MQTT-Nachricht senden fordert praktisch keine Rechenleistung. Der Zero 2 W ist genau für solche Aufgaben gebaut und verbraucht dabei kaum Strom.

Wie oft muss ein CO2-Sensor kalibriert werden?
Im Normalfall gar nicht. Die automatische Nullpunktkorrektur nimmt den niedrigsten Wert eines mehrtägigen Zeitraums als Frischluftreferenz von rund 400 ppm an. Voraussetzung ist nur, dass der Raum regelmäßig gelüftet wird.

Erkennt der Sensor auch Kohlenmonoxid?
Nein, und das ist der wichtigste Satz zum Thema. CO2-Sensoren sind für Kohlenmonoxid blind. Wo Verbrennung stattfindet, ist ein geprüfter CO-Melder Pflicht – die Ampel ist Komfort, kein Lebensretter.

Kann ich den Sensor auch ohne Raspberry Pi betreiben?
Ja, ein ESP32 mit ESPHome kostet weniger, braucht kein Betriebssystem und meldet die Werte direkt ins Smart Home. Der Pi lohnt sich, wenn zusätzlich Datenbank, Dashboard oder eigene Skripte laufen sollen.

Wie lange hält so ein Sensor?
Die Hersteller nennen für NDIR-Module Lebensdauern von mehreren Jahren im Dauerbetrieb. Die Infrarotquelle altert langsam, was sich durch die regelmäßige Nullpunktkorrektur weitgehend ausgleicht.

Lässt sich aus dem CO2-Wert die Zahl der Personen im Raum ableiten?
Grob ja – die Anstiegsgeschwindigkeit hängt von Raumgröße und Personenzahl ab. Für eine belastbare Anwesenheitserkennung ist das zu träge; dafür sind Präsenzmelder gedacht.

Fazit

Der Raspberry Pi CO2-Sensor ist unter allen Bastelprojekten dasjenige mit dem direktesten Nutzen im Alltag: rund 20 Euro Sensorik, vier Kabel, ein kurzes Skript – und aus dem Gefühl „hier ist die Luft schlecht" wird eine Zahl, auf die man reagieren kann. Unsere klare Empfehlung: Nimm den SCD40, wenn Temperatur und Luftfeuchte mit erfasst werden sollen, sonst den MH-Z19B – und plane von Anfang an die Anbindung ans Smart Home ein. Denn eine LED, die niemand ansieht, ändert nichts; eine Nachricht aufs Handy und ein Lüfter, der von selbst anspringt, sehr wohl. Und Finger weg von allem, was mit „eCO2" wirbt: Wer schätzt statt misst, kann sich den Aufbau gleich sparen.

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