Zeit mit NTP und Messwerte des BME280 auf LCD anzeigen – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Inhalt

8 Minuten

Kategorien: Anzeigemodule, Temperatur messen

Schlagwörter: BME280, LCD I2C

Ziele des Projekts

die aktuelle Zeit alle 60 Sekunden vom NTP-Server holen
⇒millis() sorgt für die fortlaufende Zeit
Wochentag, Datum und Uhrzeit auf dem 4-zeiligen LCD mit I²C-Schnittstelle anzeigen
im 60 Sekunden Rhythmus die Messwerte des BME280 ermitteln und aktualisieren

Benötigte Bauteile

Board installieren

Als Mikrocontroller können beliebige Module aus der Familie der ESP-Mikrocontroller verwendet werden.

NTP-Server

Die korrekte Zeit ist für die Bearbeitung vielfältiger Aufgaben in der Datenverarbeitung notwendig. Daher muss die Zeit regelmäßig mit im Internet zur Verfügung stehenden NTP (Network Time Protocol)-Servern synchronisiert werden.
In Europa sind Zeitserver zu einem länderspezifischen Pool zusammen geschlossen. In Deutschland heißt der Pool de.pool.ntp.org
Als zusätzliche Information muss dem Programm die Zeitzone mitgeteilt werden:

Der Schaltplan

ESP32-Wroom

Die Module werden über I²C angeschlossen: die SCL-Pins werden mit 22, die SDA-Pins mit 21 verbunden.

I²C-Pins anderer Mikrocontroller

Benötigte Bibliotheken

Das Programm

Bibliotheken und Variable

die ifdef-Abfrage sorgt dafür, dass je nach verwendeten Mikrocontroller die korrekte WiFi-Bibliothek verwendet wird
das ⇒Array daysOfTheWeek sorgt für die Darstellung der Wochentage
da die Namen unterschiedlich lang sind, müssen sie mit Leerzeichen aufgefüllt werden
Die ⇒Struktur tm besteht aus verschiedenen Elementen:
tm_hour -> Stunde: 0 bis 23
tm_min -> Minuten: 0 bis 59
tm_sec -> Sekunden 0 bis 59
tm_mday -> Tag 1 bis 31
tm_mon -> Monat: 0 (Januar) bis 11 (Dezember)
tm_year -> Jahre seit 1900
tm_yday -> vergangene Tage seit 1. Januar des Jahres
tm_isdst -> Wert > 0 = Sommerzeit (dst = daylight saving time)
define Zeitzone „CET-1CEST,M3.5.0/02,M10.5.0/03“
definiert die Zeitzone
CET = Central European Time -1 -> 1 Stunde zurück
CEST = Central European Summer Time von
M3 = März, 5.0 = Sonntag 5. Woche, 02 = 2 Uhr
bis M10 = Oktober, 5.0 = Sonntag 5. Woche 03 = 3 Uhr
SekundenAnzeigen entscheidet darüber, ob die Sekunden bei der Darstellung der Uhrzeit fortlaufend angezeigt werden
true/false

#ifdef ESP32
  #include "WiFi.h"
#else
    #include "ESP8266WiFi.h"
#endif

#include "time.h"
#include "LCDIC2.h"
#include "Adafruit_BME280.h"

#define MeeresHoehe (1013.25)

// Name des BME280
Adafruit_BME280 bme; 

// 4-zeiliges LCD
LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);

char Router[] = "Router_SSID";
char Passwort[] = "xxxxxxx";

// NTP-Server aus dem Pool
#define Zeitserver "de.pool.ntp.org"

/*
  Liste der Zeitzonen
  https://github.com/nayarsystems/posix_tz_db/blob/master/zones.csv
  Zeitzone CET = Central European Time -1 -> 1 Stunde zurück
  CEST = Central European Summer Time von
  M3 = März, 5.0 = Sonntag 5. Woche, 02 = 2 Uhr
  bis M10 = Oktober, 5.0 = Sonntag 5. Woche 03 = 3 Uhr
*/
#define Zeitzone "CET-1CEST,M3.5.0/02,M10.5.0/03"

// time_t enthält die Anzahl der Sekunden seit dem 1.1.1970 0 Uhr
time_t aktuelleZeit;

/* 
  Struktur tm
  tm_hour -> Stunde: 0 bis 23
  tm_min -> Minuten: 0 bis 59
  tm_sec -> Sekunden 0 bis 59
  tm_mday -> Tag 1 bis 31
  tm_mon -> Monat: 0 (Januar) bis 11 (Dezember)
  tm_year -> Jahre seit 1900
  tm_yday -> vergangene Tage seit 1. Januar des Jahres
  tm_isdst -> Wert > 0 = Sommerzeit (dst = daylight saving time)
*/
tm Zeit;

int Sekunden = 0;

// Anzeige der WiFi-Verbindung/NTP-Server mit Punkten
int Zaehler = 0;
int Zeile = 0;

bool SekundenAnzeigen = true;

unsigned long Zeitmessung = 0; 

bool BMEStart;

#ifdef ESP32

#include "WiFi.h"

#else

#include "ESP8266WiFi.h"

#endif

#include "time.h"

#include "LCDIC2.h"

#include "Adafruit_BME280.h"

#define MeeresHoehe (1013.25)

// Name des BME280

Adafruit_BME280 bme;

// 4-zeiliges LCD

LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);

char Router[] = "Router_SSID";

char Passwort[] = "xxxxxxx";

// NTP-Server aus dem Pool

#define Zeitserver "de.pool.ntp.org"

Liste der Zeitzonen

https://github.com/nayarsystems/posix_tz_db/blob/master/zones.csv

Zeitzone CET = Central European Time -1 -> 1 Stunde zurück

CEST = Central European Summer Time von

M3 = März, 5.0 = Sonntag 5. Woche, 02 = 2 Uhr

bis M10 = Oktober, 5.0 = Sonntag 5. Woche 03 = 3 Uhr

#define Zeitzone "CET-1CEST,M3.5.0/02,M10.5.0/03"

// time_t enthält die Anzahl der Sekunden seit dem 1.1.1970 0 Uhr

time_t aktuelleZeit;

Struktur tm

tm_hour -> Stunde: 0 bis 23

tm_min -> Minuten: 0 bis 59

tm_sec -> Sekunden 0 bis 59

tm_mday -> Tag 1 bis 31

tm_mon -> Monat: 0 (Januar) bis 11 (Dezember)

tm_year -> Jahre seit 1900

tm_yday -> vergangene Tage seit 1. Januar des Jahres

tm_isdst -> Wert > 0 = Sommerzeit (dst = daylight saving time)

tm Zeit;

int Sekunden = 0;

// Anzeige der WiFi-Verbindung/NTP-Server mit Punkten

int Zaehler = 0;

int Zeile = 0;

bool SekundenAnzeigen = true;

unsigned long Zeitmessung = 0;

bool BMEStart;

Der setup-Teil

Beim Start des Programms werden Statusmeldungen angezeigt:

Der BME280 wird in verschiedenen Ausführungen und mit unterschiedlichen HEX-Adressen angeboten: 0x76 oder 0x77
Du musst in Zeile 59 die korrekte Adresse einsetzen.
die HEX-Adresse kannst du mit diesem Programm ⇒herausfinden.
beim ersten Kontakt mit dem NTP-Server entspricht die übermittelte Zeit noch dem UNIX-Zeitstempel, der Zeit in Sekunden, die seit dem 1.1.1970 vergangen sind.
es wird für maximal 40 Sekunden im Sekundentakt die Zeit solange abgefragt, bis die Jahreszahl nicht mehr 1970 ist, also die Zeit korrekt ist
bei Misserfolg wird das Programm beendet

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

  // Schalter für erfolgreiche Synchronisierung der Zeit
  int Suche = -1;

  // LCD starten
  lcd.begin();
 
  // Cursor "verstecken"
  lcd.setCursor(false);
  lcd.clear();

  // WiFi starten
  // Stations-Modus
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(Router, Passwort);

  Zaehler = 0;
  Zeile = 0;
  lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)
  {
    delay(200);
    lcd.print(".");

    // wenn . Zeilenende erreichen -> nächste Zeile
    Zaehler ++;

    if(Zaehler > 19) 
    {
      Zeile ++; 
      Zaehler = 0;
    }
    lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);
    
    // keine WiFi-Verbindung
    if(Zeile > 3)
    {
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0, 0);
      lcd.print("WiFi-Verbindung");
      lcd.setCursor(0, 1);
      lcd.print("fehlgeschlagen!");
      lcd.setCursor(0, 3);
      lcd.print("Programmende");
      while(1);
    }
  }

  lcd.clear();
  lcd.setCursor(0, 0);
  lcd.print("WiFi gestartet!");
  
  // Zeitzone: Parameter für die zu ermittelnde Zeit
  configTzTime(Zeitzone, Zeitserver);

  lcd.setCursor(0, 1);  

  // BME280 starten Hex-Adressen ox76 oder 0x77
  if(bme.begin(0x76)) 
  {
    lcd.print("BME280 gestartet!");
    BMEStart = true;
  }
  else 
  {
    BMEStart = false;
    lcd.print("BME nicht vorhanden  ");
  }

  time(&aktuelleZeit);
 
  // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
  localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);
 
  // nur ESP32
  #ifdef ESP32
  {
    // beim Start entspricht das Datum der Unixtime: 1.1.1970
    // das Datum soll erst angezeigt werden, wenn es korrekt ist
    String Jahr = String(Zeit.tm_year + 1900);
    int Zaehler = 0;
 
    // String Jahr nach "1970" durchsuchen
    int Suche = Jahr.indexOf("1970");     

    Zaehler = 0;
    Zeile = 2;   
    lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);  

    // solange die Suche nicht erfolgreich ist
    // maximal 40 Sekunden
    while (Suche != -1 && Zaehler < 40)
    {
      // aktuelle Zeit holen
      time(&aktuelleZeit);
 
      // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
      localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);
      Jahr = String(Zeit.tm_year + 1900);
    
      // String Jahr nach "1970" durchsuchen
      Suche = Jahr.indexOf("1970");
 
      delay(1000);
      lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);
      lcd.print(".");
      Zaehler ++;
    
      if(Zaehler > 19) 
      {
        Zeile ++; 
        Zaehler = 0;
      }
    
      // Zeit konnte innerhalb 40 Sekunden nicht geholt werden
      if(Zeile > 3)
      {
        lcd.clear();
        lcd.setCursor(0, 0);
        lcd.print("Verbindung zum");
        lcd.setCursor(0, 1);
        lcd.print("Zeitserver");
        lcd.setCursor(0, 2);
        lcd.print("fehlgeschlagen!");
        lcd.setCursor(0, 3);
        lcd.print("Programmende");
        while(1);
      }
    }  
  }
  #endif
  
  // Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert
  lcd.setCursor(0, 3);  
  lcd.print("Zeit synchronisiert");
 
  delay(3000);

  lcd.clear();
  if(BMEStart)MessungAnzeigen ();
  
  // Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert
  if (Suche == -1) ZeitAnzeigen();

  Zeitmessung = millis() + 1000; 
}

100

101

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149

void setup()

{

Serial.begin(9600);

// Schalter für erfolgreiche Synchronisierung der Zeit

int Suche = -1;

// LCD starten

lcd.begin();

// Cursor "verstecken"

lcd.setCursor(false);

lcd.clear();

// WiFi starten

// Stations-Modus

WiFi.mode(WIFI_STA);

WiFi.begin(Router, Passwort);

Zaehler = 0;

Zeile = 0;

lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)

{

delay(200);

lcd.print(".");

// wenn . Zeilenende erreichen -> nächste Zeile

Zaehler ++;

if(Zaehler > 19)

{

Zeile ++;

Zaehler = 0;

}

lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);

// keine WiFi-Verbindung

if(Zeile > 3)

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("WiFi-Verbindung");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("fehlgeschlagen!");

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("Programmende");

while(1);

}

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("WiFi gestartet!");

// Zeitzone: Parameter für die zu ermittelnde Zeit

configTzTime(Zeitzone, Zeitserver);

lcd.setCursor(0, 1);

// BME280 starten Hex-Adressen ox76 oder 0x77

if(bme.begin(0x76))

{

lcd.print("BME280 gestartet!");

BMEStart = true;

}

else

{

BMEStart = false;

lcd.print("BME nicht vorhanden ");

}

time(&aktuelleZeit);

// localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen

localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

// nur ESP32

#ifdef ESP32

{

// beim Start entspricht das Datum der Unixtime: 1.1.1970

// das Datum soll erst angezeigt werden, wenn es korrekt ist

String Jahr = String(Zeit.tm_year + 1900);

int Zaehler = 0;

// String Jahr nach "1970" durchsuchen

int Suche = Jahr.indexOf("1970");

Zaehler = 0;

Zeile = 2;

lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);

// solange die Suche nicht erfolgreich ist

// maximal 40 Sekunden

while (Suche != -1 && Zaehler < 40)

{

// aktuelle Zeit holen

time(&aktuelleZeit);

// localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen

localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

Jahr = String(Zeit.tm_year + 1900);

// String Jahr nach "1970" durchsuchen

Suche = Jahr.indexOf("1970");

delay(1000);

lcd.setCursor(Zaehler, Zeile);

lcd.print(".");

Zaehler ++;

if(Zaehler > 19)

{

Zeile ++;

Zaehler = 0;

}

// Zeit konnte innerhalb 40 Sekunden nicht geholt werden

if(Zeile > 3)

{

lcd.clear();

lcd.setCursor(0, 0);

lcd.print("Verbindung zum");

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Zeitserver");

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print("fehlgeschlagen!");

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("Programmende");

while(1);

}

#endif

// Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("Zeit synchronisiert");

delay(3000);

lcd.clear();

if(BMEStart)MessungAnzeigen ();

// Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert

if (Suche == -1) ZeitAnzeigen();

Zeitmessung = millis() + 1000;

}

Der loop-Teil

void loop() 
{
  if (Zeitmessung < millis()) 
  {
    Zeitmessung += 1000;
    Sekunden++; 

    if (Sekunden == 60) 
    { 
      if(BMEStart) MessungAnzeigen();
      ZeitAnzeigen();
    }
  }

  lcd.setCursor(16, 1);
  if(SekundenAnzeigen)
  {
    lcd.print(":");
    if(Sekunden < 10) lcd.print("0");
    lcd.print(String(Sekunden));
  }
  else lcd.print("   ");
}

void loop()

{

if (Zeitmessung < millis())

{

Zeitmessung += 1000;

Sekunden++;

if (Sekunden == 60)

{

if(BMEStart) MessungAnzeigen();

ZeitAnzeigen();

}

lcd.setCursor(16, 1);

if(SekundenAnzeigen)

{

lcd.print(":");

if(Sekunden < 10) lcd.print("0");

lcd.print(String(Sekunden));

}

else lcd.print(" ");

}

Funktionen

Im loop-Teil werden zwei ⇒Funktionen aufgerufen:

ZeitAnzeigen()
die Zeit wird alle 60 Sekunden mit dem NTP-Server synchronisiert
MessungAnzeigen()
nach jeder vollen Minute werden die Messwerte des BME280 abgefragt und angezeigt

void ZeitAnzeigen()
{
  // aktuelle Zeit holen
  time(&aktuelleZeit);
 
  // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
  localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);
  
  lcd.setCursor(0, 0);

  // Wochentage mitt Leerzeichen (Donnerstag 10 Zeichen)
  switch (Zeit.tm_wday) 
  {
    case 0:
      lcd.print("Sonntag   ");
      break;
    case 1:
      lcd.print("Montag     ");
      break;
    case 2:
      lcd.print("Dienstag  ");
      break;
    case 3:
      lcd.print("Mittwoch  ");
      break;
    case 4:
      lcd.print("Donnerstag");
      break;
    case 5:
      lcd.print("Freitag   ");
      break;
    case 6:
      lcd.print("Samstag   ");
      break;      
  }  

  lcd.setCursor(0, 1);

  // Tag: führende 0 ergänzen
  if (Zeit.tm_mday < 10) lcd.print("0");

  lcd.print(String(Zeit.tm_mday));
  lcd.print(".");
 
  // Monat: führende 0 ergänzen
  if (Zeit.tm_mon < 9) lcd.print("0");
  lcd.print(String(Zeit.tm_mon + 1));
  lcd.print(".");

  // Anzahl Jahre seit 1900
  lcd.print(String(Zeit.tm_year + 1900));

  lcd.setCursor(11, 1);

  // Stunde: wenn Stunde < 10 -> 0 davor setzen
  if (Zeit.tm_hour < 10) lcd.print("0");

  lcd.print(String(Zeit.tm_hour));
  lcd.print(":");
 
  // Minuten
  if (Zeit.tm_min < 10) lcd.print("0");
  lcd.print(String(Zeit.tm_min));

  Sekunden = Zeit.tm_sec;
  lcd.setCursor(16, 1);
  if(SekundenAnzeigen)
  {
    lcd.print(":");
 
    // Sekunden
    if (Zeit.tm_sec < 10) lcd.print("0");
    lcd.print(String(Zeit.tm_sec));
  }
  else lcd.print("   ");
}

void MessungAnzeigen()
{
  String Temperatur = String(bme.readTemperature(), 1);
  String Luftfeuchtigkeit = String(bme.readHumidity(), 1);

  String Luftdruck = String(int(bme.readPressure() / 100.0)); 

  // float verwendet den . als Dezimaltrennzeichen
  // . mit replace durch , ersetzen
  Temperatur.replace(".", ",");
  Luftdruck.replace(".", ",");
  Luftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

  lcd.setCursor(0, 2);
  lcd.print(Temperatur + "\337C  ");
  lcd.setCursor(8, 2);
  lcd.print(Luftdruck + " hPa ");
  lcd.setCursor(0, 3);
  lcd.print(Luftfeuchtigkeit + "%");
}

void ZeitAnzeigen()

{

// aktuelle Zeit holen

time(&aktuelleZeit);

// localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen

localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

lcd.setCursor(0, 0);

// Wochentage mitt Leerzeichen (Donnerstag 10 Zeichen)

switch (Zeit.tm_wday)

{

case 0:

lcd.print("Sonntag ");

break;

case 1:

lcd.print("Montag ");

break;

case 2:

lcd.print("Dienstag ");

break;

case 3:

lcd.print("Mittwoch ");

break;

case 4:

lcd.print("Donnerstag");

break;

case 5:

lcd.print("Freitag ");

break;

case 6:

lcd.print("Samstag ");

break;

}

lcd.setCursor(0, 1);

// Tag: führende 0 ergänzen

if (Zeit.tm_mday < 10) lcd.print("0");

lcd.print(String(Zeit.tm_mday));

lcd.print(".");

// Monat: führende 0 ergänzen

if (Zeit.tm_mon < 9) lcd.print("0");

lcd.print(String(Zeit.tm_mon + 1));

lcd.print(".");

// Anzahl Jahre seit 1900

lcd.print(String(Zeit.tm_year + 1900));

lcd.setCursor(11, 1);

// Stunde: wenn Stunde < 10 -> 0 davor setzen

if (Zeit.tm_hour < 10) lcd.print("0");

lcd.print(String(Zeit.tm_hour));

lcd.print(":");

// Minuten

if (Zeit.tm_min < 10) lcd.print("0");

lcd.print(String(Zeit.tm_min));

Sekunden = Zeit.tm_sec;

lcd.setCursor(16, 1);

if(SekundenAnzeigen)

{

lcd.print(":");

// Sekunden

if (Zeit.tm_sec < 10) lcd.print("0");

lcd.print(String(Zeit.tm_sec));

}

else lcd.print(" ");

}

void MessungAnzeigen()

{

String Temperatur = String(bme.readTemperature(), 1);

String Luftfeuchtigkeit = String(bme.readHumidity(), 1);

String Luftdruck = String(int(bme.readPressure() / 100.0));

// float verwendet den . als Dezimaltrennzeichen

// . mit replace durch , ersetzen

Temperatur.replace(".", ",");

Luftdruck.replace(".", ",");

Luftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print(Temperatur + "\337C ");

lcd.setCursor(8, 2);

lcd.print(Luftdruck + " hPa ");

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print(Luftfeuchtigkeit + "%");

}

Quellen

Letzte Aktualisierung: Apr. 20, 2026 @ 20:25