Wetterstation mit DHT-Sensor und Ethernet-Shield – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Kategorien: Darstellung im Browser, Temperatur messen

Ziel des Projekts

Die mit dem Temperatursensor DHT gemessenen Werte sollen in einem Internetbrowser angezeigt werden. Nach einem festgelegten Zeitintervall wird die Seite neu geladen. Zusätzlich können über einen Button die aktuellen Messwerte abgerufen und angezeigt werden.

Für dieses Projekt benötigst du ein sogenanntes „Shield“, eine Platine, die einfach auf den Arduino aufgesteckt wird. Auf ihr befinden sich ein LAN-Anschluss (RJ45) und ein SD-Karten-Modul.
Wird das SD-Karten-Modul verwendet stehen die Pins 11, 12 und 13 (⇒SPI-Pins) und der CS-Pin 4 nicht zur Verfügung.

Benötigte Bauteile

Der Schaltplan

(Fahre mit der Maus über das Bild, um die Bezeichnungen der Bauteile zu sehen)

Für das Programm brauchst du eine freie IP-Adresse und eine freie MAC-Adresse in deinem lokalen Netzwerk.
Im Regelfall befindet sich in einem lokalen Netzwerk ein DHCP-Server, der jedem Gerät im Netzwerk automatisch eine IP-Adresse zuteilt. Im Programm wird eine über DHCP vergebene Adresse verwendet.

Die MAC-Adresse ist die Hardware-Adresse jeder einzelnen Netzwerkschnittstelle (LAN oder WLAN), mit der jedes Gerät im Netzwerk eindeutig identifiziert werden kann.
Sie besteht aus sechs Bytes in hexadezimaler Schreibweise, die durch „:“ oder „-“ getrennt werden.

Du kannst die im Programm verwendete „erfundene“ MAC-Adresse übernehmen: Die Gefahr, dass sich ein Gerät mit der gleichen MAC-Adresse im Netzwerk befindet, ist äußerst gering.

Benötigte Bibliotheken

Das Programm

Binde die benötigten Bibliotheken ein und lege die Variablen fest:

#include "Ethernet.h"
#include "DHT.h"
#include "RTClib.h"

// Name des RTC-Moduls
RTC_DS3231 rtc;

// Pin des Sensors
int SENSOR_DHT = 8;

// #define SensorTyp DHT11

// oder DHT22
#define SensorTyp DHT22

// Sensor einen Namen zuweisen
DHT dht(SENSOR_DHT, SensorTyp); 

// MAC-Adresse und IP definieren
byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED};

// statischeIP = false -> IP-Adresse über DHCP vergeben
bool statischeIP = false;

// statische IP
IPAddress ip(192, 168, 1, 200);

// Name des WebServers vergeben
EthernetServer WebServer(80);
int Zaehler = 0;

// maximale Anzahl der gespeicherten Daten in den Arrays
const int AnzahlDaten = 11;

// Arrays für die Speicherung
String gespeicherteTemperatur[AnzahlDaten];
String gespeichertesDatum[AnzahlDaten];
String gespeicherteLuftfeuchtigkeit[AnzahlDaten];

bool letzterWert = true;

#include "Ethernet.h"

#include "DHT.h"

#include "RTClib.h"

// Name des RTC-Moduls

RTC_DS3231 rtc;

// Pin des Sensors

int SENSOR_DHT = 8;

// #define SensorTyp DHT11

// oder DHT22

#define SensorTyp DHT22

// Sensor einen Namen zuweisen

DHT dht(SENSOR_DHT, SensorTyp);

// MAC-Adresse und IP definieren

byte mac[] = {0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED};

// statischeIP = false -> IP-Adresse über DHCP vergeben

bool statischeIP = false;

// statische IP

IPAddress ip(192, 168, 1, 200);

// Name des WebServers vergeben

EthernetServer WebServer(80);

int Zaehler = 0;

// maximale Anzahl der gespeicherten Daten in den Arrays

const int AnzahlDaten = 11;

// Arrays für die Speicherung

String gespeicherteTemperatur[AnzahlDaten];

String gespeichertesDatum[AnzahlDaten];

String gespeicherteLuftfeuchtigkeit[AnzahlDaten];

bool letzterWert = true;

Der setup-Teil startet das RTC-Modul und fordert über DHCP eine IP an oder legt manuell eine fest:

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  delay(1000);

  // Temperatursensor starten
  dht.begin();

  // RTC-Modul starten
  if (!rtc.begin())
  {
    Serial.println("RTC nicht verbunden");
    Serial.println("Programm wird beendet!");
    while (1);
  }
  else Serial.println("RTC verbunden!");
  
  rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));

  // Ethernet starten statische IP
  if (statischeIP) Ethernet.begin(mac, ip);

  // Ethernet starten DHCP
  else Ethernet.begin(mac);

  // Webserver starten
  WebServer.begin();
  Serial.begin(9600);
  DateTime aktuell = rtc.now();

  // Datum und Zeit holen
  char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";
  char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";
  Serial.print(aktuell.toString(Datum));
  Serial.println(aktuell.toString(Zeit));

  // zur Kontrolle IP-Adresse anzeigen
  // localIP -> Adresse, die im Browser eingegeben wird
  Serial.print(F("IP des Ethernet-Shields: "));
  if (statischeIP) Serial.print(F("statische IP: "));
  else Serial.print(F("IP DHCP: "));
  Serial.println(Ethernet.localIP());
}

void setup()

{

Serial.begin(9600);

delay(1000);

// Temperatursensor starten

dht.begin();

// RTC-Modul starten

if (!rtc.begin())

{

Serial.println("RTC nicht verbunden");

Serial.println("Programm wird beendet!");

while (1);

}

else Serial.println("RTC verbunden!");

rtc.adjust(DateTime(F(__DATE__), F(__TIME__)));

// Ethernet starten statische IP

if (statischeIP) Ethernet.begin(mac, ip);

// Ethernet starten DHCP

else Ethernet.begin(mac);

// Webserver starten

WebServer.begin();

Serial.begin(9600);

DateTime aktuell = rtc.now();

// Datum und Zeit holen

char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";

char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";

Serial.print(aktuell.toString(Datum));

Serial.println(aktuell.toString(Zeit));

// zur Kontrolle IP-Adresse anzeigen

// localIP -> Adresse, die im Browser eingegeben wird

Serial.print(F("IP des Ethernet-Shields: "));

if (statischeIP) Serial.print(F("statische IP: "));

else Serial.print(F("IP DHCP: "));

Serial.println(Ethernet.localIP());

}

Im Seriellen Monitor wird die IP des Ethernet-Shields angezeigt. Diese Adresse wird in einem Browser eingegeben.

Der loop-Teil:

Um den Speicherplatz zu minimieren, wird bei allen print und println Anweisungen das ⇒F-Makro eingesetzt.

Info

Wenn die Seite mit Aufruf der IP nicht angezeigt wird, versuche ein http:// davorzusetzen.

void loop()
{
  DateTime aktuell = rtc.now();
  float Temperatur;
  float Luftfeuchtigkeit;

  // auf Clienten warten ...
  EthernetClient Client = WebServer.available();

  // neue Anfrage
  if (Client)
  {
    // solange der Client verbunden ist ...
    while (Client.connected())
    {
      if (Client.available())
      {
        char Zeichen = Client.read();

        // \n = Seite vom Clienten vollständig geladen
        if (Zeichen == '\n')
        {
          // HTTP-Anforderung senden
          Client.println(F("HTTP/1.1 200 OK"));
          Client.println(F("Content-Type: text/html"));
          Client.println("Connection: close");

          // Leerzeile zwingend erforderlich
          Client.println();

          /*
            HTML-Seite aufbauen
            die folgenden Anweisungen müssen
            mit print oder println gesendet werden
            println "verschönert" den Quelltext
            (jede Anweisung in einer eigenen Zeile)
          */
          Client.println(F("<!doctype html>"));
          Client.println(F("<html>"));
          Client.println(F("<body>"));

          // alle 60 Sekunden aktualisieren mit meta-Tag
          Client.println(F("<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"60\">"));
          Client.println(F("<h1>Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen"));
          Client.println(F("</h1>"));
          Client.println(F("<hr />"));
          Client.print(F("<h2>Letzte Messung: "));

          /*
              Wochentag anzeigen
              0 = Sonntag
              1 = Montag
              ...
              6 = Samstag
          */
          switch (aktuell.dayOfTheWeek())
          {
            case 0:
              Client.print(F("Sonntag"));
              break;
            case 1:
              Client.print(F("Montag"));
              break;
            case 2:
              Client.print(F("Dienstag"));
              break;
            case 3:
              Client.print(F("Mittwoch"));
              break;
            case 4:
              Client.print(F("Donnerstag"));
              break;
            case 5:
              Client.print(F("Freitag"));
              break;
            case 6:
              Client.print(F("Samstag"));
              break;
          }
          Client.print(", ");

          // Datum und Zeit schreiben
          char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";
          char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";
          Client.print(aktuell.toString(Datum));
          Client.print(F(" "));
          Client.print(aktuell.toString(Zeit));
          Client.println(F("</h2>"));
          Client.println(F("<hr />"));

          // Button anzeigen und formatieren
          Client.println(F("<form>"));
          Client.print(F("<td><input style='font-size:14pt; font-weight:bold;"));
          Client.print(F(" background-color:#55A96B;"));
          Client.print(F(" width:200px; cursor:pointer;"));
          Client.print(F(" border-radius:5px;border: 2px solid black;' type='button'"));
          Client.println(F(" onClick='location.reload();'"));
          Client.println(F(" value=\"aktualisieren\">"));
          Client.println(F("</form>"));
          Client.println(F("<hr />"));

          // Temperatur lesen
          Temperatur = dht.readTemperature();

          // in String umwandeln, mit replace . durch , ersetzen
          String AnzeigeTemperatur = String(Temperatur);
          AnzeigeTemperatur.replace(".", ",");

          // Luftfeuchtigkeit lesen
          Luftfeuchtigkeit = dht.readHumidity();

          // in String umwandeln, mit replace . durch , ersetzen
          String AnzeigeLuftfeuchtigkeit = String(Luftfeuchtigkeit);
          AnzeigeLuftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

          Client.print(F("<b>Temperatur: <br>"));
          Client.println(AnzeigeTemperatur + " &deg;C</b>");
          Client.println(F("<br>"));
          Client.print(F("<br><b>Luftfeuchtigkeit: <br>"));
          Client.println(AnzeigeLuftfeuchtigkeit + " %</b><hr />");

          // Datum speichern
          gespeichertesDatum[Zaehler] = aktuell.toString(Datum);
          gespeichertesDatum[Zaehler] = gespeichertesDatum[Zaehler] + aktuell.toString(Zeit);

          // Temperatur speichern
          gespeicherteTemperatur[Zaehler] = AnzeigeTemperatur;

          // Luftfeuchtigkeit speichern
          gespeicherteLuftfeuchtigkeit[Zaehler] = AnzeigeLuftfeuchtigkeit;
          Client.println(F("<b>Gespeicherte Werte:<br></b>"));

          // Daten anzeigen
          for (int i = 0; i <= Zaehler - 1; i++)
          {
            Client.println(String(i + 1) + ": ");
            switch (aktuell.dayOfTheWeek())
            {
              case 0:
                Client.print(F("Sonntag"));
                break;
              case 1:
                Client.print(F("Montag"));
                break;
              case 2:
                Client.print(F("Dienstag"));
                break;
              case 3:
                Client.print(F("Mittwoch"));
                break;
              case 4:
                Client.print(F("Donnerstag"));
                break;
              case 5:
                Client.print(F("Freitag"));
                break;
              case 6:
                Client.print(F("Samstag"));
                break;
            }

            Client.print(", ");
            Client.println(gespeichertesDatum[i]);
            Client.print(F(" | Temperatur:  -> "));
            Client.println(gespeicherteTemperatur[i] );
            Client.print(F(" &deg;C" ));
            Client.print(F(" | Luftfeuchtigkeit:  -> "));
            Client.println(gespeicherteLuftfeuchtigkeit[i]);
            Client.println(F("%"));
            Client.println(F("<br>"));
          }
          Client.println(F("<hr />"));

          // IPs anzeigen
          Client.print(F("<b>Eigene IP: "));
          Client.print(Client.remoteIP());
          Client.println(F("<br>"));
          Client.println(F("IP des Ethernet-Shields: "));
          Client.print(Ethernet.localIP());
          Client.println(F("</b>"));
          Client.println(F("</body>"));
          Client.println(F("</html>"));

          // Zeit, um die Antwort zu übertragen
          delay(1);

          // Verbindung beenden
          Client.stop();

          // Zaehler erhöhen und bei > 6 zurücksetzen
          if (Zaehler < 6 && letzterWert) Zaehler ++;
          letzterWert = !letzterWert;
          if (Zaehler >= 6) Zaehler = 0;
        }
      }
    }
  }
}

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void loop()

{

DateTime aktuell = rtc.now();

float Temperatur;

float Luftfeuchtigkeit;

// auf Clienten warten ...

EthernetClient Client = WebServer.available();

// neue Anfrage

if (Client)

{

// solange der Client verbunden ist ...

while (Client.connected())

{

if (Client.available())

{

char Zeichen = Client.read();

// \n = Seite vom Clienten vollständig geladen

if (Zeichen == '\n')

{

// HTTP-Anforderung senden

Client.println(F("HTTP/1.1 200 OK"));

Client.println(F("Content-Type: text/html"));

Client.println("Connection: close");

// Leerzeile zwingend erforderlich

Client.println();

HTML-Seite aufbauen

die folgenden Anweisungen müssen

mit print oder println gesendet werden

println "verschönert" den Quelltext

(jede Anweisung in einer eigenen Zeile)

Client.println(F("<!doctype html>"));

Client.println(F("<html>"));

Client.println(F("<body>"));

// alle 60 Sekunden aktualisieren mit meta-Tag

Client.println(F("<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"60\">"));

Client.println(F("<h1>Temperatur und Luftfeuchtigkeit messen"));

Client.println(F("</h1>"));

Client.println(F("<hr />"));

Client.print(F("<h2>Letzte Messung: "));

Wochentag anzeigen

0 = Sonntag

1 = Montag

...

6 = Samstag

switch (aktuell.dayOfTheWeek())

{

case 0:

Client.print(F("Sonntag"));

break;

case 1:

Client.print(F("Montag"));

break;

case 2:

Client.print(F("Dienstag"));

break;

case 3:

Client.print(F("Mittwoch"));

break;

case 4:

Client.print(F("Donnerstag"));

break;

case 5:

Client.print(F("Freitag"));

break;

case 6:

Client.print(F("Samstag"));

break;

}

Client.print(", ");

// Datum und Zeit schreiben

char Datum[] = "DD.MM.YYYY ";

char Zeit[] = "hh:mm:ss Uhr";

Client.print(aktuell.toString(Datum));

Client.print(F(" "));

Client.print(aktuell.toString(Zeit));

Client.println(F("</h2>"));

Client.println(F("<hr />"));

// Button anzeigen und formatieren

Client.println(F("<form>"));

Client.print(F("<td><input style='font-size:14pt; font-weight:bold;"));

Client.print(F(" background-color:#55A96B;"));

Client.print(F(" width:200px; cursor:pointer;"));

Client.print(F(" border-radius:5px;border: 2px solid black;' type='button'"));

Client.println(F(" onClick='location.reload();'"));

Client.println(F(" value=\"aktualisieren\">"));

Client.println(F("</form>"));

Client.println(F("<hr />"));

// Temperatur lesen

Temperatur = dht.readTemperature();

// in String umwandeln, mit replace . durch , ersetzen

String AnzeigeTemperatur = String(Temperatur);

AnzeigeTemperatur.replace(".", ",");

// Luftfeuchtigkeit lesen

Luftfeuchtigkeit = dht.readHumidity();

// in String umwandeln, mit replace . durch , ersetzen

String AnzeigeLuftfeuchtigkeit = String(Luftfeuchtigkeit);

AnzeigeLuftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

Client.print(F("<b>Temperatur: <br>"));

Client.println(AnzeigeTemperatur + " °C</b>");

Client.println(F("<br>"));

Client.print(F("<br><b>Luftfeuchtigkeit: <br>"));

Client.println(AnzeigeLuftfeuchtigkeit + " %</b><hr />");

// Datum speichern

gespeichertesDatum[Zaehler] = aktuell.toString(Datum);

gespeichertesDatum[Zaehler] = gespeichertesDatum[Zaehler] + aktuell.toString(Zeit);

// Temperatur speichern

gespeicherteTemperatur[Zaehler] = AnzeigeTemperatur;

// Luftfeuchtigkeit speichern

gespeicherteLuftfeuchtigkeit[Zaehler] = AnzeigeLuftfeuchtigkeit;

Client.println(F("<b>Gespeicherte Werte:<br></b>"));

// Daten anzeigen

for (int i = 0; i <= Zaehler - 1; i++)

{

Client.println(String(i + 1) + ": ");

switch (aktuell.dayOfTheWeek())

{

case 0:

Client.print(F("Sonntag"));

break;

case 1:

Client.print(F("Montag"));

break;

case 2:

Client.print(F("Dienstag"));

break;

case 3:

Client.print(F("Mittwoch"));

break;

case 4:

Client.print(F("Donnerstag"));

break;

case 5:

Client.print(F("Freitag"));

break;

case 6:

Client.print(F("Samstag"));

break;

}

Client.print(", ");

Client.println(gespeichertesDatum[i]);

Client.print(F(" | Temperatur: -> "));

Client.println(gespeicherteTemperatur[i] );

Client.print(F(" °C" ));

Client.print(F(" | Luftfeuchtigkeit: -> "));

Client.println(gespeicherteLuftfeuchtigkeit[i]);

Client.println(F("%"));

Client.println(F("<br>"));

}

Client.println(F("<hr />"));

// IPs anzeigen

Client.print(F("<b>Eigene IP: "));

Client.print(Client.remoteIP());

Client.println(F("<br>"));

Client.println(F("IP des Ethernet-Shields: "));

Client.print(Ethernet.localIP());

Client.println(F("</b>"));

Client.println(F("</body>"));

Client.println(F("</html>"));

// Zeit, um die Antwort zu übertragen

delay(1);

// Verbindung beenden

Client.stop();

// Zaehler erhöhen und bei > 6 zurücksetzen

if (Zaehler < 6 && letzterWert) Zaehler ++;

letzterWert = !letzterWert;

if (Zaehler >= 6) Zaehler = 0;

}

Ziel des Projekts

Benötigte Bauteile

Der Schaltplan

Benötigte Bibliotheken

Das Programm

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