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In diesem Beitrag erfährst du, wie man einen Umweltsensor DHT11 am ESP32 D1 R32 mit MicroPython auslesen und diese Sensordaten verarbeiten kann. Für diesen Beitrag verwende ich wieder das Rich Shield von Open Smart. Du kannst jedoch mit wenigen Bauteilen den Sensor an deinen ESP32 anschließen und dieses kleine Tutorial nachbauen. https://youtu.be/7uvoZU09s78 Der DHT11 Sensor ist eine kostengünstige und weit verbreitete Lösung zur Messung von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Er eignet sich hervorragend für viele DIY-Projekte, wie z.B. die Überwachung von Raumklima, Wetterstationen oder Smart-Home-Anwendungen. In den folgenden Abschnitten zeige ich dir Schritt für Schritt, wie du den Sensor anschließt, die Daten ausliest und auswertest. Zusätzlich werde ich dir zeigen, wie du die ausgelesenen Sensordaten mit einem Zeitstempel versiehst und in eine CSV-Datei speicherst. Dies ermöglicht eine einfache Weiterverarbeitung und Analyse der Daten, beispielsweise in Tabellenkalkulationsprogrammen wie Excel. So kannst du die Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte über einen längeren Zeitraum überwachen und Trends erkennen.

Technische Daten des DHT11 Sensors

Mit dem DHT11 Sensor kannst du recht einfach die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit messen. Dabei ist dieser Sensor nicht nur günstig, sondern auch recht genau. Wie genau dieser Sensor arbeitet, habe ich bereits im Beitrag Vergleich von Temperatursensoren für den Arduino & Raspberry PI aufgezeigt. relative LuftfeuchtigkeitMessbereich 20 % bis 90 %Toleranz±5 %TemperaturMessbereich 0 °C bis 60 °CToleranz±2 °CBetriebsspannung5V

DHT11 Sensor am Rich Shield von Open Smart

Der DHT11 Sensor ist am GPIO19 des ESP32 D12 R32 verbunden (D13 am Arduino UNO). Mit diesem Umweltsensor kannst du die Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit messen. Dabei gibt dieser Sensor alle 1,5 Sekunden einen neuen Wert.

Aufbau der Schaltung ohne Rich Shield von Open Smart

Wenn du die kleine Schaltung ohne Rich Shield nachbauen möchtest, dann gibt es zwei Wege. Zum einen kannst du die Schaltung mit einem fertigen Baustein aufbauen und zum anderen mit dem Sensor und einem 10 kOhm Widerstand. Hinweis von mir: Die mit einem Sternchen (*) markierten Links sind Affiliate-Links. Wenn du über diese Links einkaufst, erhalte ich eine kleine Provision, die dazu beiträgt, diesen Blog zu unterstützen. Der Preis für dich bleibt dabei unverändert. Vielen Dank für deine Unterstützung! Schaltung mit einem fertigen Baustein - ein ESP32 D1 R32*, - ein Micro-USB Datenkabel*, - ein DHT11 Sensor*, - drei Breadboardkabel*, 10 cm, - ein 170 Pin Breadboard*

Bei den DHT11 & DHT22 Sensoren auf Platine musst du auf die Beschriftung achten, diese ist immer unterschiedlich. Wenn du deinen Sensor verpolst, dann kann dieser sehr schnell kaputtgehen!

Schaltung - ESP32 D1 R32 mit DHT11 Sensor als Baustein auf einer Platine Schaltung mit Sensor & Widerstand Du erhältst den Sensor auch einzeln, wenn du diesen hast, dann benötigst noch zusätzlich einen 10 kOhm Widerstand, welcher mit VCC verbunden wird. - ein ESP32 D1 R32*, - ein Micro-USB Datenkabel*, - ein DHT11 Sensor*, - ein 10 kOhm Widerstand*, - vier Breadboardkabel*, 10 cm, - ein 170 Pin Breadboard*

Schaltung - DHT11 Sensor am ESP32 D1 R32 mit Widerstand

Programmieren des DHT11 Sensors in MicroPython am ESP32 D1 R32

Damit wir den Sensor auslesen können, benötigen wir ein zusätzliches Modul. Der Firmware von MicroPython liegt bereits ein passendes DHT Modul bei, mit welchem wir den Sensor DHT11 & DHT22 mit wenigen Zeilen Code auslesen können. import dht from machine import Pin, RTC import time d = dht.DHT11(Pin(19, Pin.IN)) while True: d.measure() print("Temperatur: ", d.temperature(), "°C", sep="") print("rel. Luftfeuchtigkeit: ", d.humidity(), "%", sep="") time.sleep(2) Das kleine Programm schreibt fortwährend die Sensordaten in die Kommandozeile.

Einfache Ausgabe der Sensordaten in der Kommandozeile Ausgeben der Daten in einer Tabelle Die Daten lassen sich auch recht einfach in einer Tabelle auf der Kommandozeile ausgeben. Dazu geben wir als Erstes die Kopfzeile aus und setzen den Trenner (Parameter sep in der Funktion print) auf einen geraden Strich / Pipe. Zusätzlich hole ich mir noch den aktuellen Zeitstempel von der internen RealTimeClock. import dht from machine import Pin, RTC import time d = dht.DHT11(Pin(19, Pin.IN)) def getTimestamp(): rtc = RTC() currentDateTime = rtc.datetime() hour = currentDateTime minutes = currentDateTime seconds = currentDateTime textFormat = "{0}:{1}:{2}" if hour < 10: hour = "0"+str(hour) if minutes < 10: minutes = "0"+str(minutes) if seconds < 10: seconds = "0"+str(seconds) return textFormat.format(hour, minutes, seconds) print("Zeittt","Temperaturt", "rel. Luftfeuchtigkeit", sep="|"); while True: d.measure() print(str(getTimestamp())+"t",str(d.temperature())+"°Ctt", str(d.humidity())+"%", sep="|") time.sleep(2) Die tabellarische Ausgabe der Sensordaten auf der Kommandozeile hat den Vorteil das wir diese recht einfach ablesen können und wir könnten diese auch markieren und in eine andere Datei formatiert kopieren.

Tabellarische Ausgabe der Sensordaten auf der Kommandozeile Ausgeben in eine CSV-Datei mit Sensordaten des DHT11 auf dem ESP32 mit MicroPython Wir können auf dem Mikrocontroller auch Dateien schreiben und so die Sensorwerte aufzeichnen. Wie du Dateien schreibst werde ich dir in einem späteren Beitrag noch genauer erläutern, hier möchte ich dir der Vollständigkeitshalber ein kleines Programm zeigen, welches die Daten vom Sensor in eine CSV Datei mit dem Namen "sensordata.csv" schreibt. import dht from machine import Pin, RTC import time import os csvDatei = 'sensordata.csv' lineBreak = 'rn' dht11Sensor = dht.DHT11(Pin(19, Pin.IN)) def getTimestamp(): rtc = RTC() currentDateTime = rtc.datetime() year = currentDateTime month = currentDateTime day = currentDateTime unknown = currentDateTime hour = currentDateTime minutes = currentDateTime seconds = currentDateTime textFormat = "{0}.{1}.{2} {3}:{4}:{5}" return textFormat.format(day, month, year, hour, minutes, seconds) if not csvDatei in os.listdir(): headline = "Zeit;Temperatur;rel. Luftfeuchtigkeit"; with open(csvDatei, 'w') as f: print(headline) f.write(headline) f.write(lineBreak) while True: dht11Sensor.measure() line = str(getTimestamp())+";"+str(dht11Sensor.temperature())+";"+ str(dht11Sensor.humidity()) with open(csvDatei, 'a') as f: print(line) f.write(line) f.write(lineBreak) time.sleep(2) Der Code erstellt auf dem Mikrocontroller die Datei "sensordaten.csv" welche über das Kontextmenü (rechte Maustaste auf der Datei) heruntergeladen werden kann. Zusätzlich wird beim Ausführen des Programmes die Daten auf der Kommandozeile ausgegeben.

Thonny - MicroPython Programm zum aufzeichnen der Sensordaten in eine CSV Datei Diese CSV Datei kann recht einfach in Microsoft Excel importiert und die Daten verarbeitet und visualisiert werden.

Microsoft Excel - importierte CSV Datei

Ausblick

In diesem Beitrag möchte ich dir Shield OPEN SMART Rich Shield TWO für den Arduino UNO vorstellen und zeigen, wie du die verschiedenen Sensoren & Aktoren in der Arduino IDE programmieren kannst.

OPEN SMART Rich Shield TWO für den Arduino UNO Auf diesem Blog habe ich dir bereits einige solcher Module vorgestellt. Ich finde diese Shields besonders für Anfänger geeignet, da ein teils fehleranfälliges verkabeln der Sensoren & Aktoren entfällt. Du brauchst quasi nur einen Arduino UNO, ein Shield und ein USB Datenkabel und natürlich deinen Computer.

Multifunktionales Shield

Multi Purpose Shield V2 von Keyestudio

Multifunktionales Shield von YwRobot

Der Preis dieser Shields ist gemessen an den verbauten Sensoren & Aktoren recht gut und somit kommt man meist damit günstiger weg als, wenn man alles einzeln kaufen würde.

Bezug

Das hier vorgestellte OPEN SMART Rich Shield TWO bekommst du auf zbsp. aliexpress.com für derzeit knapp 8 € zzgl. Versandkosten.

Aufbau des OPEN SMART Rich Shield TWO

Auf diesem Shield sind verbaut: - eine 16x8 LED Matrix, - ein Battery Display, - ein Rotary Decoder, - ein digitaler Temperatursensor DS18B20, - ein Geräuschdetektor, - ein analoger 2 Achsen Joystick, - ein Bewegungssensor / PIR, - ein Sockel für einen Ultraschallabstandssensor vom Typ HC-SR04

Anschluss der Sensoren & Aktoren

Auf dem Rich Shield TWO von OPEN SMART sind einige Sensoren & Aktoren verbaut, auf der Platine sind die Pins beschriftet und man kann ablesen wie diese mit dem Arduino UNO verbunden sind. Für del Ultraschallabstandssensor vom Typ HC-SR04 ist ein Sockel verbaut, der Sensor liegt jedoch nicht dabei! Sensor / AktorPinArduino UNOUltraschallabstandssensor HC-SR04GNDECHOD8TRIGGERD75V8x16 LED Matrix (I²C)SDAanalog A4SCLanalog A5Battery Display (SPI)CLKD10DIOD114fach RGB LEDsA3analoger 2 Achsen JoystickXA0YA1Temperatursensor DS18B20D5Bewegungssensor / PIRD6GeräuschdetektorA2Rotary EncoderSAD2SBD3SWD4

Hinweis

Dieses Shield ist für den Arduino UNO konzipiert, es passt auch auf einen Arduino Leonardo, jedoch hat dieser Mikrocontroller die I²C Pins SDA & SCL nicht an den analogen Pins A4 & A5. Somit wird die 8x16 LED Matrix nicht funktionieren.

Programmieren des OPEN SMART Richt Shield TWO in der Arduino IDE

Für einige der Sensoren / Aktoren benötigst du eine Bibliothek, wie man eine solche in der Arduino IDE installiert, habe ich dir bereits im Beitrag Arduino IDE, Einbinden einer Bibliothek ausführlich erläutert. An den entsprechenden Stellen werde ich dir einen Link zur ZIP-Datei liefern. Vorbereiten des Arduino UNO zum Programmieren Wenn du deinen Arduino UNO bereits für andere Projekte verwendet hast, ist es gut, wenn dieser auf eine Art "default" Sketch gesetzt wird. Dieses hat den Vorteil, dass ggf. Pins welche zuvor auf HIGH gesetzt sind nicht aktiviert sind und somit dein Shield keinen Schaden nehmen kann. In meinem Fall schreibe ich mir immer ein kleines Programm mit einer seriellen Ausgabe. void setup() { Serial.begin(9600); } void loop() { Serial.println("Test"); delay(500); } Den Rotary Decoder können wir nutzen, um die Segmente des Battery Display zu steuern. Den Rotrary Decoder habe ich dir bereits im Beitrag Arduino Lektion 40: Drehregler KY-040 vorgestellt und gezeigt, wie dieser programmiert wird. Für das Battery Display benötigen wir zusätzlich die Bibliothek TM1651, du findest diese zbsp. auf dem GitHub Repository von mworkfun / TM1651 als ZIP-Datei zum download. Da jedoch der Rotary Decoder keinen fixen End- / Startpunkt hat, müssen wir hier die Schritte hinauf oder nach unten zählen und so die Segmente aktivieren / deaktivieren. //Bibliothek zum ansteuern des Battery Displays #include "TM1651.h" //Pins des Displays definieren #define BATTERY_DISPLAY_CLK 10 #define BATTERY_DISPLAY_DIO 11 //Instanz eines Objektes erzeugen TM1651 batteryDisplay(BATTERY_DISPLAY_CLK, BATTERY_DISPLAY_DIO); //Pins des Rotary Decoders definieren #define ROTARY_DECODER_CLK 2 #define ROTARY_DECODER_DT 3 //Variablen zum merken der Positionen int posCount = 0; int lastPosition; int currentPosition; void setup() { pinMode (ROTARY_DECODER_CLK, INPUT); pinMode (ROTARY_DECODER_DT, INPUT); //initiales befüllen der Variable lastPosition lastPosition = digitalRead(ROTARY_DECODER_CLK); } void loop() { //lesen des aktuellen Wertes currentPosition = digitalRead(ROTARY_DECODER_CLK); //Wenn der aktuelle Wert ungleich des letzen ist dann mache... if (currentPosition != lastPosition) { //Wenn der Wert höher ist dann die Variable posCount um eines erhöhen, //andernfalls um eins verringern (digitalRead(ROTARY_DECODER_DT) != currentPosition) ? posCount ++ : posCount--; //Wenn der Wert in der Variable posCount sich zwischen 0 und 8 befindet //dann soll dieser auf dem Battery Display angezeigt werden. if (posCount >= 0 && posCount < 8) { batteryDisplay.displayLevel(posCount); } } //Überschreiben der letzen Position mit der aktuellen lastPosition = currentPosition; } analoger Joystick Auf der Platine ist ein kleiner, analoger 2 Achsen Joystick verbaut. Wie du einen analogen Joystick programmierst habe ich dir im Beitrag Arduino Lektion 38: Joystick gezeigt, jedoch hat dieser verbaute Joystick keinen zusätzlichen Taster. Lesen wir zunächst die X & Y Position des Joysticks aus. #define joystickX A0 //X Achse des Joysticks am analogen PIN A0. #define joystickY A1 //Y Achse des Joysticks am analogen PIN A1. void setup() { //begin der seriellen Kommunikation mit 9600 baud Serial.begin(9600); } void loop() { //auslesen der X Koordinate int x = analogRead(joystickX); //auslesen der Y Koordinate int y = analogRead(joystickY); //Ausgeben der Daten auf der seriellen Schnittstelle Serial.print("aktuelle Koordinaten des Joysticks (x,y): "); Serial.print(x); Serial.print(", "); Serial.println(y); } 16x8 LED Matrix Die 16x8 LED Matrix wird per I²C und dem Chip VK16K33 betrieben. Ein Datenblatt zu diesem Chip findest du unter https://cdn.sparkfun.com/assets/c/8/7/2/5/VK16K33Datasheet.pdf.

Zum Programmieren dieser Matrix nutze ich die Bibliothek LED Backpack, welche man als ZIP-Datei vom GitHub Repository adafruit / Adafruit_LED_Backpack laden kann. Auf dem Display kannst du Smileys, Text und einfache geometrische Figuren zeichnen, dafür bietet dir die genannte Bibliothek jeweils Funktionen, somit musst du lediglich die einzelnen Funktionen aufrufen, ohne viel zu programmieren. Die I²C Adresse der 16x8 LED Matrix ist 0x70! Ausgeben von "Hello World!" auf der LED Matrix Geben wir zunächst die Zeile "Hello World!" auf der LED Matrix aus. //einbinden der benötigten Bibliotheken #include #include #include "Adafruit_LEDBackpack.h" //initialisieren eines Objektes //vom Typ Adafruit_8x16matrix Adafruit_8x16matrix matrix = Adafruit_8x16matrix(); void setup() { //begin der Kommunikation mit der LED Matrix //über die I²C Adresse 0x70 matrix.begin(0x70); } void loop() { //setzen der Textgröße matrix.setTextSize(1); //deaktivieren des automatischen Umbruchs von langen Texten matrix.setTextWrap(false); //aktivieren der LEDs matrix.setTextColor(LED_ON); //drehen der LED Matrix matrix.setRotation(1); //eine Schleife von 7 bis -60 for (int8_t x = 7; x >= -60; x--) { //leeren des Displays matrix.clear(); //setzen des Cursors an die Position matrix.setCursor(x, 0); //schreiben der Textzeile "Hello World!" matrix.print("Hello World!"); //ausgeben der Daten matrix.writeDisplay(); //eine kleine Pause von 100 ms. delay(100); } } Ausgeben von Smileys auf der LED Matrix Wie erwähnt kannst du neben Text auch Punkte, Linien etc. ausgeben, mit dieser Funktion kannst du dann auch Smileys ausgeben.