Einfache (Raum-)Klimaüberwachung mit einem Arduino

In diesem schon etwas umfangreicherem Projekt beschäftigen wir uns mit mehreren Faktoren rund um das Thema (Raum-)Klima. Wir werden die Temperatur, die Luftfeuchtigkeit und den Luftdruck messen, Höchst- und Tiefstwerte unserer Messungen speichern und dies alles auf einem TFT-Display ausgeben.

Raumklimaüberwachung mit einem Arduino, BMP085, RTC, DHT11

Für die Luftdruckmessung verwenden wir einen BMP085 Luftdruck- und Temperatursensor (in diesem Fall auf einem Breakoutboard, namens GY-65).

Die Luftfeuchtigkeitsmessung erfolgt durch einen DHT11, welcher sowohl die Luftfeuchtigkeit, als auch die Temperatur messen kann.

Wie schon an den obigen Bauteilen zu erkennen, können wir für die Temperaturmessung gleich 2 verschiedene Sensorquellen benutzen, den BMP085 oder den DHT11 (im Programmbeispiel werden beide abwechselnd ausgelesen und angezeigt).

Um gleichzeitig auch noch das Datum und die Zeit anzuzeigen verwenden wir ein Tiny RTC Modul, inklusive Batterie, damit die Zeit auch bei Stromausfall weiterläuft, auf Basis des DS1307-Echtzeitchips.

Weiterhin werden in unserem Projekt ein Arduino Nano (dies kann natürlich auch ein Arduino anderen Typs sein), ein TFT Farbmodul (HY-1.8 SPI), ein Breadboard, ein Breadboard-Power-Modul und diverse Verbindungskabel verwendet. Links für die Beschaffung der entsprechenden Komponenten finden sich weiter unten.

Schaltplan (komplette Verdrahtung auf dem Breadboard):

Schaltplangröße:

Für weitere Informationen (z.B. Pinbelegungen von Bauteilen oder genaue Kabelverbindungen)
mit der Maus über Elemente fahren (oder im Touch-Modus: Elemente antippen)...

Arduino (Nano, Uno, Pro Mini)	BMP085 (GY-65)	DHT11	Tiny RTC-Modul DS1307	TFT-Display HY-1.8 SPI	Spannungsquelle 5V (z.B. Breadboard Power Supply)
5V (VCC)	VCC	VCC	VCC	VCC, LED+ VCC	VCC 5V
GND	GND	GND	GND	GND, LED- GND	GND
A4 (SDA)	SDA		SDA
A5 (SCL)	SCL (SDL)		SCL
D4		DATA
D9				A0
D10				CS
D11				SDA
D13				SCK
D8				RESET

Wie auf dem Foto ganz oben gut zu erkennen ist hier einiges an Verkabelung durchzuführen.

Für den Arduino-Sketch müssen wir nun noch folgende Bibliotheken installieren:

Adafruit-BMP085-Bibliothek – GY-65 (BMP085)
Adafruit-DHT-Bibliothek – DHT11
Adafruit-ST3375-Bibliothek – TFT-Display HY-1.8 SPI (ST7735-Chipsatz)
Adafruit-Grafik-Bibliothek
RTClib von Jean-Claude Wippler – Tiny RTC Modul

Dann laden wir noch den Sketch auf den Arduino…

Programmcode:

// BMP085, DHT11, TinyRTC (DS1307) und 1.8 Zoll TFT-Farb-Display (HY-1.8 SPI)

#include <SPI.h>

#include "Adafruit_GFX.h"    // Adafruit Grafik-Bibliothek
#include "Adafruit_ST7735.h" // Adafruit ST7735-Bibliothek


#include <Wire.h>
#include "Adafruit_BMP085.h" // Adafruit BMP085-Bibliothek

#include "RTClib.h"

#include <DHT.h>
#define DHTPIN 4         // Zur Messung verwendeter Pin, in unserem Fall also Pin 4
#define DHTTYPE DHT11    // DHT 11

// TFT-Display
#define CS   10 // Arduino-Pin an Display CS   
#define DC   9  // Arduino-Pin an Display A0
#define RST  8  // Arduino Reset-Pin

Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(CS, DC, RST);  // Display-Bibliothek Setup

RTC_DS1307 RTC; // Tiny RTC Modul

Adafruit_BMP085 bmp;   // BMP085

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);  // Initialisieren des DHTs


DateTime now;
DateTime time_old;
DateTime date_old;

boolean night_mode=true;

void setup(void) {
  
  // Initialisiere RTC
  Wire.begin();
  RTC.begin();
  
  if (! RTC.isrunning()) {
    // Aktuelles Datum und Zeit setzen, falls die Uhr noch nicht läuft
    RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
  }
  
  bmp.begin();  // BMP085 starten
  
  dht.begin();  // DHT starten
  
  // Display
  tft.initR(INITR_BLACKTAB);     // ST7735-Chip initialisieren
  
  display_show();
}


float temp=1000;
float hum=1000;
int32_t pressure=1000;
float min_temp=1000;
float max_temp=-1000;
float min_humidity=1000;
float max_humidity=-1000;
int32_t min_pressure=1000000;
int32_t max_pressure=-1000;

int tempct=0;

void loop() {

  DateTime now=RTC.now();
  
  if(now.minute()!=time_old.minute()){
    show_time(time_old,true);
    time_old=now;
    show_time(time_old,false);
  }
  if(now.day()!=date_old.day()){
    show_date(date_old,true);
    date_old=now;
    show_date(date_old,false);
  }
  
  float t;
  if(tempct%2==0)t=dht.readTemperature();
  else t=bmp.readTemperature();
  if(isnan(t)){}
  else if((int)t!=(int)temp){
   show_temp(temp,true);
   temp=t;
   if(min_temp>temp)min_temp=temp;
   if(max_temp<temp)max_temp=temp;
   show_temp(temp,false);
  }
  tempct++;
  
  float h = dht.readHumidity();
  if(isnan(h)){}
  else if(h!=hum){
   show_hum(hum,true);
   hum=h;
   if(min_humidity>hum)min_humidity=hum;
   if(max_humidity<hum)max_humidity=hum;
   show_hum(hum,false);
  }
  
  int32_t p=bmp.readPressure();
  if(p!=pressure){
   show_pressure(pressure,true);
   pressure=p;
   if(min_pressure>pressure)min_pressure=pressure;
   if(max_pressure<pressure)max_pressure=pressure;
   show_pressure(pressure,false);
  }
  
  delay(10000);  
 
}

void show_temp(float temp,boolean clear){
  
  int clearcolor=night_mode?ST7735_BLACK:ST7735_WHITE;
  int textcolor=night_mode?ST7735_WHITE:ST7735_BLACK;
  
  byte xs=12;
  byte ys=66;
  String htemp=String((int)temp);
  //byte xss=(temp<10?:temp
  
  set_text(xs,ys,htemp,clear?clearcolor:textcolor,3);
  set_text(xs+(3*htemp.length()*8),ys,"",(clear?clearcolor:textcolor),2);
  tft.write(247); // das °-Zeichen  
  tft.print("C");
  set_text(xs+81,ys+1,String((int)max_temp),clear?clearcolor:ST7735_RED,1);
  tft.write(247);tft.print("C");
  set_text(xs+81,ys+11,String((int)min_temp),clear?clearcolor:ST7735_BLUE,1);
  tft.write(247);tft.print("C");
}

void show_hum(float hum,boolean clear){

  int clearcolor=night_mode?ST7735_BLACK:ST7735_WHITE;
  int textcolor=night_mode?ST7735_WHITE:ST7735_BLACK;

  byte xs=12;
  byte ys=96;
  
  set_text(xs,ys,String((int)hum)+"%",clear?clearcolor:textcolor,3);
  set_text(xs+81,ys+1,String((int)max_humidity)+"%",clear?clearcolor:ST7735_GREEN,1);
  set_text(xs+81,ys+11,String((int)min_humidity)+"%",clear?clearcolor:ST7735_YELLOW,1);
}

void show_pressure(float pressure,boolean clear){
  
  int clearcolor=night_mode?ST7735_BLACK:ST7735_WHITE;
  int textcolor=night_mode?ST7735_WHITE:ST7735_BLACK;
  
  byte xs=12;
  byte ys=130;
  
  set_text(xs,ys,String((int32_t)pressure)+"Pa",clear?clearcolor:textcolor,1);
  
  if(max_pressure>=100000)xs-=8; 
  set_text(xs+68,ys-5,String((int32_t)max_pressure)+"Pa",clear?clearcolor:ST7735_CYAN,1);
  set_text(xs+68,ys+5,String((int32_t)min_pressure)+"Pa",clear?clearcolor:ST7735_MAGENTA,1);//
}

String get_day_of_week(uint8_t dow){ 
  
  String dows="  ";
  switch(dow){
   case 0: dows="So"; break;
   case 1: dows="Mo"; break;
   case 2: dows="Di"; break;
   case 3: dows="Mi"; break;
   case 4: dows="Do"; break;
   case 5: dows="Fr"; break;
   case 6: dows="Sa"; break;
  }
  
  return dows;
}

void show_time(DateTime now, boolean clear){
  
  int clearcolor=night_mode?ST7735_BLACK:ST7735_WHITE;
  int textcolor=night_mode?ST7735_WHITE:ST7735_BLACK;

  tft.setTextColor(clear?clearcolor:textcolor);
      
  tft.setTextSize(3);
  tft.setCursor(21,21);
  if(now.hour()<10)tft.print(0);
  tft.print(now.hour(),DEC);
  tft.print(":");
  if(now.minute()<10)tft.print(0);
  tft.print(now.minute(),DEC);
//    tft.print(":");
//    if(now.second()<10)tft.print(0);
//    tft.print(now.second(),DEC);
}

void show_date(DateTime now,boolean clear){
  
  int clearcolor=night_mode?ST7735_BLACK:ST7735_WHITE;
  int textcolor=night_mode?ST7735_WHITE:ST7735_BLACK;

  tft.setTextColor(clear?clearcolor:textcolor);
  tft.setTextSize(1);
  tft.setCursor(24,47);  
  tft.print(get_day_of_week(now.dayOfWeek()));
  tft.print(", ");
  if(now.day()<10)tft.print(0);
  tft.print(now.day(),DEC);
  tft.print(".");
  if(now.month()<10)tft.print(0);
  tft.print(now.month(),DEC);
  tft.print(".");
  tft.print(now.year(),DEC);
}

void set_text(int x,int y,String text,int color,int size){
  
  tft.setTextSize(size);
  tft.setCursor(x,y);
  tft.setTextColor(color);
  tft.print(text);
}

void display_show(){

  tft.fillScreen(night_mode?ST7735_BLACK:ST7735_WHITE); 
  
  set_text(2,4,"Raumklimaueberwachung",ST7735_BLUE,1);  
  set_text(14,147,"blog.simtronyx.de",ST7735_GREEN,1);
  
  time_old=date_old=RTC.now();
  
  show_time(time_old,false);
  show_date(date_old,false);  
}

Download Source Code

… und schon kann die Überwachung beginnen.

Bei einigen Blogbesuchern und Bastlern sind bei der Kompilierung Fehler aufgetreten. Dies lag an der “Robot_Control”-Bibliothek, welche sich nicht mit den verwendeten Bibliotheken verträgt. Die “Robot_Control”-Bibliothek sollte temporär entfernt werden, wodurch das Problem behoben wird.

Die obigen Bibliotheken sind ZIP-Versionen die mit der Arduino IDE 1.0.X funktionieren, eventuell sollten bei Verwendung der IDE mit Version 1.6.X die aktuellsten Bibliotheken direkt bei GitHub gesucht und installiert werden, falls es zu Fehlern beim Kompilieren kommt!

Bauteile (Bezugsquellen):

eBay:	1.8 Zoll TFT SPI Display Arduino Nano BMP085 Breadboard Breadboard Kabel Breadboard Power Modul DHT11 DS1307
Amazon:	1.8 Zoll TFT SPI Display Arduino Nano BMP085 Breadboard Breadboard Kabel Breadboard Power Modul DHT11 DS1307

Gut?

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