Messdaten mit BME680 und ESP32 anzeigen – Projekte für Arduino und ESP32-Mikrocontroller

Ziele des Projekts

Die Messdaten sollen auf einem LCD und im nächsten Schritt zusätzlich auf einer Webseite dargestellt werden.

Die Programme funktioniert nur mit einem ESP32, es wird die properitäre, nicht quelloffene Bibliothek von Bosch verwendet.

Die Hardware

Der Bosch Sensor BME680 misst Temperatur, Luftfeuchtigkeit und den Luftdruck. Außerdem enthält er einen MOX (Metalloxid)-Sensor. Das beheizte Metalloxid ändert seinen Widerstand je nach Konzentration der flüchtigen organischen Verbindungen (VOC = Volatile Organic Compounds) in der Luft.

Viele Materialien in Innenräumen setzen Gase frei:

Reinigungs- und Pflegemittel
Möbel, Einrichtungsgegenstände
Teppiche, Tapeten
Baumaterialien (Farben)
elektronische Geräte (Computer, Drucker)
Heizgeräte (Herde, Öfen)
menschliche Atemluft, Schweiß

Die Luftqualität wird zunächst als Widerstand in Ohm gemessen. Je höher die Konzentration von VOC, desto geringer ist der Widerstandswert.

Ein interner Algorithmus der proprietären Bosch-Software (BSEC) wandelt diesen Rohwert in einen Wert für die Luftqualität (IAQ = Index for Air Quality) um.

Die Tabelle zeigt den IAQ und die Bewertung der Luftqualität:

Das Umweltbundesamt bewertet den CO₂ Gehalt in der Raumluft in verschiedenen Stufen:

Luftqualität in Innenräumen

Raumluftkategorie IDA (indoor Air)	Beschreibung	Konzentration CO2 in ppm
IDA 1	Hohe Raumluftqualität	≤ 800
IDA 2	Mittlere Raumluftqualität	> 800 - 1000
IDA 3	Mäßige Raumluftqualität	> 1000 - 1400
IDA 4	Niedrige Raumluftqualität	> 1400

Quelle: https://www.umweltbundesamt.de/sites/default/files/medien/pdfs/kohlendioxid_2008.pdf

Darstellung der Messwerte

alle Messwerte zu verschiedenen Zeitpunkten im gut durchlüftetem Raum

Auf dem LCD

Im Seriellen Monitor

Auf einer Webseite

Natürlich kommt die Genauigkeit dieser Messwerte nicht an die Präzision professioneller Messgeräte heran. Sie können aber zuverlässige Hinweise auf die Qualität der Raumluft geben. Die Daten für Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck stehen kurz nach der Aktivierung des Sensors zur Verfügung. Der MOX-Sensor benötigt bis zu 30 Minuten, um erste Messdaten anzuzeigen. Stabilität und Zuverlässigkeit der Messdaten sind erst nach mehreren Tagen gewährleistet.
Der Wert für die Genauigkeit IAQ muss 3 erreichen.

Benötigte Bauteile

BME680
4-zeiliges LCD mit I²C-Schnittstelle
Leitungsdrähte

Board installieren

Installiere mit dem Boardverwalter das passende Board:

ESP32-Wroom

Hardware anschließen

BME680 (Breakout)

rot -> VCC

schwarz -> GND

gelb -> SCL: 22

grün -> SDA: 21

Die Hex-Adresse ist 0x77 (BME68X_I2C_ADDR_HIGH).
Ein Verbindung von SDO zu GND ändert die Adresse auf 0x76 (BME68X_I2C_ADDR_LOW).
Quelle: https://joy-it.net/files/files/Produkte/SEN-BME680/SEN-BME680_Anleitung_2024-04-11.pdf

BME680 (Grove-Anschluss)

schwarz -> GND

rot -> VCC

gelb -> SDA: 21

weiß -> SCL: 22

Der BME680 mit Grove-Anschluss hat die Adresse 0x76 (BME68X_I2C_ADDR_LOW).

LCD

VCC -> 5 V
GND -> GND
SDA -> 21
SCL -> 22

Benötigte Bibliotheken

Die Bibliothek BSEC ist eine proprietäre Bibliothek, der Quelltext steht nicht zur Verfügung.
Der Compiler zeigt eine entsprechende Meldung:

Bibliothek BSEC Software Library wurde als vorkompiliert angegeben:

Außerdem steht sie nur für die Architekturen SAMD (UNO R4/UNO R4 WiFi ) und ESP (ESP32 oder ESP8266) zur Verfügung.

Funktionen der Bibliothek BSEC

Schlüsselwort	Aktion	Ausgabe
runInStatus()	Status des Sensors feststellen	0 = noch nicht bereit, 1 = bereit
iaqAccuracy()	Genauigkeit des IAQ-Wertes	0 - 3
temperature()	Temperatur messen	Messbereich: -40 - 85°C
humidity()	Luftfeuchtigkeit messen	0 - 100%
pressure()	Luftdruck messen	300 – 1100 hPa
gasResistance()	Widerstandswert in kOhm des MOX-Sensors	Je niedriger der Wert, desto höher ist die Konzentration der VOCs
breathVocEquivalent()	VOC-Konzentration auf Basis des statischen IAQs schätzen	Angabe in ppm (parts per million) 0,5 - 15
iaq()	Luftqualität berechnen	0 - 500
staticIaq()	Statische Luftqualität berechnen	0 -500
co2Equivalent()	CO2 auf Basis des statischen IAQs schätzen	Angabe in ppm (parts per million)

Der Wert für staticIaq ist für stationäre Geräte optimiert. Er berechnet auf der Basis der bisherigen Daten den Messwert. iaq() ist für mobile Anwendungen gedacht.

Das Programm für die Darstellung der Messwerte auf dem LCD

Bibliotheken einbinden und Variable definieren

#include "bsec.h"
#include "LCDIC2.h"

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

// Objekt (iaqSensor) der Klasse Bsec definieren
Bsec iaqSensor;

#include "bsec.h"

#include "LCDIC2.h"

// 4-zeiliges LCD

LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);

// Objekt (iaqSensor) der Klasse Bsec definieren

Bsec iaqSensor;

Der setup-Teil

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

  // auf Serielle Verbindung warten
  while (!Serial);
  delay(1000);

  // LCD starten
  lcd.begin();

  // Cursor "verstecken"
  lcd.setCursor(false);

  // Hex-Adresse des BME680
  // BME68X_I2C_ADDR_HIGH = 0x77 (Standard)
  // BME68X_I2C_ADDR_LOW = 0x76 (Verbindung SDO zu GND)
  iaqSensor.begin(BME68X_I2C_ADDR_HIGH, Wire);
  
  // Array der verfügbaren Sensoren
  bsec_virtual_sensor_t sensorList[13] = 
  {
    BSEC_OUTPUT_IAQ,
    BSEC_OUTPUT_STATIC_IAQ,
    BSEC_OUTPUT_CO2_EQUIVALENT,
    BSEC_OUTPUT_BREATH_VOC_EQUIVALENT,
    BSEC_OUTPUT_RAW_TEMPERATURE,
    BSEC_OUTPUT_RAW_PRESSURE,
    BSEC_OUTPUT_RAW_HUMIDITY,
    BSEC_OUTPUT_RAW_GAS,
    BSEC_OUTPUT_STABILIZATION_STATUS,
    BSEC_OUTPUT_RUN_IN_STATUS,
    BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_TEMPERATURE,
    BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_HUMIDITY,
    BSEC_OUTPUT_GAS_PERCENTAGE
  };

  // BSEC_SAMPLE_RATE_ULP: Ultra Low Powermode -> Messung alle 5 Minuten
  // BSEC_SAMPLE_RATE_LP: Low Powermode -> Messung alle 3 Sekunden
  iaqSensor.updateSubscription(sensorList, 13, BSEC_SAMPLE_RATE_LP);
}

void setup()

{

Serial.begin(9600);

// auf Serielle Verbindung warten

while (!Serial);

delay(1000);

// LCD starten

lcd.begin();

// Cursor "verstecken"

lcd.setCursor(false);

// Hex-Adresse des BME680

// BME68X_I2C_ADDR_HIGH = 0x77 (Standard)

// BME68X_I2C_ADDR_LOW = 0x76 (Verbindung SDO zu GND)

iaqSensor.begin(BME68X_I2C_ADDR_HIGH, Wire);

// Array der verfügbaren Sensoren

bsec_virtual_sensor_t sensorList[13] =

{

BSEC_OUTPUT_IAQ,

BSEC_OUTPUT_STATIC_IAQ,

BSEC_OUTPUT_CO2_EQUIVALENT,

BSEC_OUTPUT_BREATH_VOC_EQUIVALENT,

BSEC_OUTPUT_RAW_TEMPERATURE,

BSEC_OUTPUT_RAW_PRESSURE,

BSEC_OUTPUT_RAW_HUMIDITY,

BSEC_OUTPUT_RAW_GAS,

BSEC_OUTPUT_STABILIZATION_STATUS,

BSEC_OUTPUT_RUN_IN_STATUS,

BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_TEMPERATURE,

BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_HUMIDITY,

BSEC_OUTPUT_GAS_PERCENTAGE

};

// BSEC_SAMPLE_RATE_ULP: Ultra Low Powermode -> Messung alle 5 Minuten

// BSEC_SAMPLE_RATE_LP: Low Powermode -> Messung alle 3 Sekunden

iaqSensor.updateSubscription(sensorList, 13, BSEC_SAMPLE_RATE_LP);

}

Der loop-Teil

void loop() 
{
  // wenn der Sensor arbeitet ...
  if (iaqSensor.run()) 
  {
    // Messwerte ermitteln, in Strings umwandeln, . durch , ersetzen
    String Temperatur = String(iaqSensor.temperature);
    Temperatur.replace(".", ",");

    String Luftfeuchtigkeit = String(iaqSensor.humidity);
    Luftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

    String Luftdruck = String(iaqSensor.pressure / 100);
    Luftdruck.replace(".", ",");

    String IAQ = String(iaqSensor.iaq);
    IAQ.replace(".", ",");

    String StatischerIAQ = String(iaqSensor.staticIaq);
    StatischerIAQ.replace(".", ",");

    String CO2 = String(iaqSensor.co2Equivalent);
    CO2.replace(".", ",");

    String VOC = String(iaqSensor.breathVocEquivalent);
    VOC.replace(".", ",");

    String GasInProzent = String(iaqSensor.gasPercentage);
    GasInProzent.replace(".", ",");

    String WiderstandMOXSensor = String(iaqSensor.gasResistance / 1000);
    WiderstandMOXSensor.replace(".", ",");

    // Ausgabe Serieller Monitor
    Serial.print("IP-Adresse: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Statusmeldungen:");
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Sensor bereit (0-1): " + String(int(iaqSensor.runInStatus)));
    Serial.println("Genauigkeit IAQ (0-3): " + String(int(iaqSensor.iaqAccuracy)));
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Messwerte:");
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Temperatur: " + Temperatur + " °C");
    Serial.println("Feuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + " %");
    Serial.println("Luftdruck: " + Luftdruck + " hPa");
    Serial.println("IAQ: " + IAQ);
    Serial.println("Statischer IAQ: " + StatischerIAQ);
    Serial.println("Schätzung CO2: " + CO2 + " ppm");
    Serial.println("Gas (0-100): " + GasInProzent + " %");
    Serial.println("Widerstandswert MOX-Sensor: " + WiderstandMOXSensor + " kOhm");
    Serial.println("VOC: " + VOC);
    Serial.println("-----------------------------");

    // Ausgabe LCD
    lcd.setCursor(0, 0);
    lcd.print("Temperatur: " + Temperatur + "\337C");
    lcd.setCursor(0, 1);
    lcd.print("Feuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + "%");
    lcd.setCursor(0, 2);
    lcd.print("IAQ: " + IAQ);
    lcd.setCursor(0, 3);
    lcd.print("CO2: " + CO2 + " ppm");
  }
}

void loop()

{

// wenn der Sensor arbeitet ...

if (iaqSensor.run())

{

// Messwerte ermitteln, in Strings umwandeln, . durch , ersetzen

String Temperatur = String(iaqSensor.temperature);

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

String Luftfeuchtigkeit = String(iaqSensor.humidity);

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

String Luftdruck = String(iaqSensor.pressure / 100);

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

String IAQ = String(iaqSensor.iaq);

IAQ.replace(".", ",");

String StatischerIAQ = String(iaqSensor.staticIaq);

StatischerIAQ.replace(".", ",");

String CO2 = String(iaqSensor.co2Equivalent);

CO2.replace(".", ",");

String VOC = String(iaqSensor.breathVocEquivalent);

VOC.replace(".", ",");

String GasInProzent = String(iaqSensor.gasPercentage);

GasInProzent.replace(".", ",");

String WiderstandMOXSensor = String(iaqSensor.gasResistance / 1000);

WiderstandMOXSensor.replace(".", ",");

// Ausgabe Serieller Monitor

Serial.print("IP-Adresse: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Statusmeldungen:");

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Sensor bereit (0-1): " + String(int(iaqSensor.runInStatus)));

Serial.println("Genauigkeit IAQ (0-3): " + String(int(iaqSensor.iaqAccuracy)));

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Messwerte:");

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Temperatur: " + Temperatur + " °C");

Serial.println("Feuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + " %");

Serial.println("Luftdruck: " + Luftdruck + " hPa");

Serial.println("IAQ: " + IAQ);

Serial.println("Statischer IAQ: " + StatischerIAQ);

Serial.println("Schätzung CO2: " + CO2 + " ppm");

Serial.println("Gas (0-100): " + GasInProzent + " %");

Serial.println("Widerstandswert MOX-Sensor: " + WiderstandMOXSensor + " kOhm");

Serial.println("VOC: " + VOC);

Serial.println("-----------------------------");

// Ausgabe LCD

lcd.setCursor(0, 0);

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

lcd.setCursor(0, 1);

lcd.print("Feuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + "%");

lcd.setCursor(0, 2);

lcd.print("IAQ: " + IAQ);

lcd.setCursor(0, 3);

lcd.print("CO2: " + CO2 + " ppm");

}

Das Programm mit der Darstellung der Messwerte auf einer Webseite

Bibliotheken einbinden und Variable definieren

#include "bsec.h"
#include "WiFi.h"
#include "WebServer.h"
#include "time.h"

// Objekt (iaqSensor) der Klasse Bsec definieren
Bsec iaqSensor;

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

// ip und gateway müssen an das lokale Netz angepasst werden
IPAddress ip(192, 168, 1, 100);
IPAddress gateway(192, 168, 1, 1);
IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);

/*
  öffentliche DNS-Server
  -----------------------------------------------
  OpenDNS 208, 67, 222, 222 (USA)
  Google 8, 8, 8, 8 (USA)
  Cloudfare 1, 1, 1, 1 (USA)
  DNSWWatch 84, 200, 69, 80 (Deutschland)
  Quad9 9, 9, 9, 9 (Schweiz)
  Neustar UltraDNS 56, 154, 70, 3 (USA, gefiltert)
  Deutsche Telekom 217, 5,100, 185
  ------------------------------------------------
  oder die im Router eingetragene IP
  im Beispiel: 192, 168, 1, 20
*/
IPAddress primaryDNS(192, 168, 1, 20);
IPAddress secondaryDNS(9, 9, 9, 9);

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

// 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_wday -> Wochentag (0 = Sonntag, 6 = Samstag)
  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;

WebServer server(80);

// benötigte Strings
String Nachricht;
String Temperatur;
String Luftfeuchtigkeit;
String Luftdruck;
String CO2;
String IAQ;
String StatischerIAQ;

#include "bsec.h"

#include "WiFi.h"

#include "WebServer.h"

#include "time.h"

// Objekt (iaqSensor) der Klasse Bsec definieren

Bsec iaqSensor;

char Router[] = "Router_SSID";

char Passwort[] = "xxxxxxxx";

// ip und gateway müssen an das lokale Netz angepasst werden

IPAddress ip(192, 168, 1, 100);

IPAddress gateway(192, 168, 1, 1);

IPAddress subnet(255, 255, 255, 0);

öffentliche DNS-Server

-----------------------------------------------

OpenDNS 208, 67, 222, 222 (USA)

Google 8, 8, 8, 8 (USA)

Cloudfare 1, 1, 1, 1 (USA)

DNSWWatch 84, 200, 69, 80 (Deutschland)

Quad9 9, 9, 9, 9 (Schweiz)

Neustar UltraDNS 56, 154, 70, 3 (USA, gefiltert)

Deutsche Telekom 217, 5,100, 185

------------------------------------------------

oder die im Router eingetragene IP

im Beispiel: 192, 168, 1, 20

IPAddress primaryDNS(192, 168, 1, 20);

IPAddress secondaryDNS(9, 9, 9, 9);

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

// statischeIP = true -> statische IP festlegen

bool statischeIP = true;

// 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_wday -> Wochentag (0 = Sonntag, 6 = Samstag)

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;

WebServer server(80);

// benötigte Strings

String Nachricht;

String Temperatur;

String Luftfeuchtigkeit;

String Luftdruck;

String CO2;

String IAQ;

String StatischerIAQ;

Der setup-Teil

Beim Start des Programms zeigen die Meldungen ob Datum und Zeit korrekt sind. Wenn in 90 Sekunden keine Verbindung zu einem Zeitserver hergestellt werden konnte, wird das Programm beendet. Nach einem erneuten Hochladen kommt zumeist die Verbindung schnell zustande.

void setup() 
{
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  // Zeitzone: Parameter für die zu ermittelnde Zeit
  configTzTime(Zeitzone, Zeitserver);

  // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
  localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);
  Serial.begin(9600);

  // auf Serielle Verbindung warten
  while (!Serial);
  delay(1000);

  // WiFi starten
    WiFi.begin(Router, Passwort);

   // statische IP vergeben
  if (statischeIP) 
  {
    WiFi.config(ip, gateway, subnet, primaryDNS, secondaryDNS); 
    Serial.print("Verbunden mit ");
    Serial.println(Router);

    // IP anzeigen
    Serial.print("Statische IP: ");
  }

  // IP über DHCP ermitteln
  else
  {
    while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
    {
      delay(200);
      Serial.print(".");
    }
    Serial.println();
    Serial.print("Verbunden mit ");
    Serial.println(Router);
    Serial.print("IP über DHCP: ");
  }

  // IP anzeigen
  Serial.println(WiFi.localIP());

 // beim Start entspricht das Datum der Unixtime: 1.1.1970
  // Datum/Kalender sollen erst angezeigt werden, wenn das Datum korrekt ist
  String Jahr = String(Zeit.tm_year + 1900); 
  int Zaehler = 0;

  // String Jahr nach "1970" durchsuchen
  int Suche = Jahr.indexOf("1970");         

  Serial.println("-------------------------"); 
  Serial.println("Datum und Zeit holen (maximal 90 Sekunden)...");
  
  // solange die Suche nicht erfolgreich ist
  while (Suche != -1) 
  {
    // 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");

    // Zeit in Stunden, Minuten und Sekunden
   //  Stunden = int(Zeit.tm_hour), Minuten = int(Zeit.tm_min), Sekunden = int(Zeit.tm_sec);
    delay(1000);
    Zaehler ++;

    if (Zaehler >= 90)
    {
      Serial.println();
      Serial.println("Datum und Zeit konnte innerhalb von " + String(Zaehler) + " Sekunden nicht geholt werden");
      Serial.println("Programm wird beendet");

      // Programm beenden
      while(1);
    }

    Serial.print(".");
  }   

  Serial.println();

  // Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert
  if (Suche == -1) 
  {
    Serial.println("-------------------------");
    Serial.println("Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert ...");
    
    if (Zeit.tm_mday < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(Zeit.tm_mday);
    Serial.print(".");

    // Monat: führende 0 ergänzen
    if (Zeit.tm_mon < 9) Serial.print("0");
    
    // Zählung beginnt mit 0 -> +1
    Serial.print(Zeit.tm_mon + 1);
    Serial.print(".");

    // Anzahl Jahre seit 1900
    Serial.println(Zeit.tm_year + 1900);

    if (Zeit.tm_hour < 10) Serial.print("0");
    Serial.print(Zeit.tm_hour);
    Serial.print(":");
      
    if (Zeit.tm_min < 10) Serial.print("0");
    Serial.println(Zeit.tm_min);
    Serial.println("-------------------------");

    if (Zeit.tm_hour < 10) 
    {
      Serial.print("0");
    }
    Serial.print(Zeit.tm_hour);
    Serial.print(":");
      
    if (Zeit.tm_min < 10) 
    {
      Serial.print("0");
    }

    Serial.print(Zeit.tm_min);
    Serial.println(" Uhr");
  }
  server.begin();
  server.on("/", SeiteBauen);

  // Hex-Adresse des BME680
  // BME68X_I2C_ADDR_HIGH = 0x77
  // BME68X_I2C_ADDR_LOW = 0x76
  iaqSensor.begin(BME68X_I2C_ADDR_HIGH, Wire);

  // Array der verfügbaren Sensoren
  bsec_virtual_sensor_t sensorList[13] = 
  {
    BSEC_OUTPUT_IAQ,
    BSEC_OUTPUT_STATIC_IAQ,
    BSEC_OUTPUT_CO2_EQUIVALENT,
    BSEC_OUTPUT_BREATH_VOC_EQUIVALENT,
    BSEC_OUTPUT_RAW_TEMPERATURE,
    BSEC_OUTPUT_RAW_PRESSURE,
    BSEC_OUTPUT_RAW_HUMIDITY,
    BSEC_OUTPUT_RAW_GAS,
    BSEC_OUTPUT_STABILIZATION_STATUS,
    BSEC_OUTPUT_RUN_IN_STATUS,
    BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_TEMPERATURE,
    BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_HUMIDITY,
    BSEC_OUTPUT_GAS_PERCENTAGE
  };

  // BSEC_SAMPLE_RATE_ULP: Ultra Low Powermode -> Messung alle 5 Minuten
  // BSEC_SAMPLE_RATE_LP: Low Powermode -> Messung alle 3 Sekunden
  iaqSensor.updateSubscription(sensorList, 13, BSEC_SAMPLE_RATE_LP);
}

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void setup()

{

WiFi.mode(WIFI_STA);

// Zeitzone: Parameter für die zu ermittelnde Zeit

configTzTime(Zeitzone, Zeitserver);

// localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen

localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

Serial.begin(9600);

// auf Serielle Verbindung warten

while (!Serial);

delay(1000);

// WiFi starten

WiFi.begin(Router, Passwort);

// statische IP vergeben

if (statischeIP)

{

WiFi.config(ip, gateway, subnet, primaryDNS, secondaryDNS);

Serial.print("Verbunden mit ");

Serial.println(Router);

// IP anzeigen

Serial.print("Statische IP: ");

}

// IP über DHCP ermitteln

else

{

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)

{

delay(200);

Serial.print(".");

}

Serial.println();

Serial.print("Verbunden mit ");

Serial.println(Router);

Serial.print("IP über DHCP: ");

}

// IP anzeigen

Serial.println(WiFi.localIP());

// beim Start entspricht das Datum der Unixtime: 1.1.1970

// Datum/Kalender sollen erst angezeigt werden, wenn das Datum korrekt ist

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

int Zaehler = 0;

// String Jahr nach "1970" durchsuchen

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

Serial.println("-------------------------");

Serial.println("Datum und Zeit holen (maximal 90 Sekunden)...");

// solange die Suche nicht erfolgreich ist

while (Suche != -1)

{

// 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");

// Zeit in Stunden, Minuten und Sekunden

// Stunden = int(Zeit.tm_hour), Minuten = int(Zeit.tm_min), Sekunden = int(Zeit.tm_sec);

delay(1000);

Zaehler ++;

if (Zaehler >= 90)

{

Serial.println();

Serial.println("Datum und Zeit konnte innerhalb von " + String(Zaehler) + " Sekunden nicht geholt werden");

Serial.println("Programm wird beendet");

// Programm beenden

while(1);

}

Serial.print(".");

}

Serial.println();

// Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert

if (Suche == -1)

{

Serial.println("-------------------------");

Serial.println("Datum/Zeit erfolgreich synchronisiert ...");

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

Serial.print(Zeit.tm_mday);

Serial.print(".");

// Monat: führende 0 ergänzen

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

// Zählung beginnt mit 0 -> +1

Serial.print(Zeit.tm_mon + 1);

Serial.print(".");

// Anzahl Jahre seit 1900

Serial.println(Zeit.tm_year + 1900);

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

Serial.print(Zeit.tm_hour);

Serial.print(":");

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

Serial.println(Zeit.tm_min);

Serial.println("-------------------------");

if (Zeit.tm_hour < 10)

{

Serial.print("0");

}

Serial.print(Zeit.tm_hour);

Serial.print(":");

if (Zeit.tm_min < 10)

{

Serial.print("0");

}

Serial.print(Zeit.tm_min);

Serial.println(" Uhr");

}

server.begin();

server.on("/", SeiteBauen);

// Hex-Adresse des BME680

// BME68X_I2C_ADDR_HIGH = 0x77

// BME68X_I2C_ADDR_LOW = 0x76

iaqSensor.begin(BME68X_I2C_ADDR_HIGH, Wire);

// Array der verfügbaren Sensoren

bsec_virtual_sensor_t sensorList[13] =

{

BSEC_OUTPUT_IAQ,

BSEC_OUTPUT_STATIC_IAQ,

BSEC_OUTPUT_CO2_EQUIVALENT,

BSEC_OUTPUT_BREATH_VOC_EQUIVALENT,

BSEC_OUTPUT_RAW_TEMPERATURE,

BSEC_OUTPUT_RAW_PRESSURE,

BSEC_OUTPUT_RAW_HUMIDITY,

BSEC_OUTPUT_RAW_GAS,

BSEC_OUTPUT_STABILIZATION_STATUS,

BSEC_OUTPUT_RUN_IN_STATUS,

BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_TEMPERATURE,

BSEC_OUTPUT_SENSOR_HEAT_COMPENSATED_HUMIDITY,

BSEC_OUTPUT_GAS_PERCENTAGE

};

// BSEC_SAMPLE_RATE_ULP: Ultra Low Powermode -> Messung alle 5 Minuten

// BSEC_SAMPLE_RATE_LP: Low Powermode -> Messung alle 3 Sekunden

iaqSensor.updateSubscription(sensorList, 13, BSEC_SAMPLE_RATE_LP);

}

Der loop-Teil

void loop() 
{
  // wenn der Sensor arbeitet ...
  if (iaqSensor.run()) 
  {
    // aktuelle Zeit holen
    time(&aktuelleZeit);

    // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
    localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

    // es kann bis zu 30 Sekunden dauern
    // bis die Zeit ermittelt wird
    // Name des Wochentages 0-6
    switch (Zeit.tm_wday) {
      case 0:
        Serial.print("Sonntag");
        break;
      case 1:
        Serial.print("Montag");
        break;
      case 2:
        Serial.print("Dienstag");
        break;
      case 3:
        Serial.print("Mittwoch");
        break;
      case 4:
        Serial.print("Donnerstag");
        break;
      case 5:
        Serial.print("Freitag");
        break;
      case 6:
        Serial.print("Samstag");
        break;
    }

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

    // Monat: führende 0 ergänzen
    if (Zeit.tm_mon < 10) Serial.print("0");

    // Zählung beginnt mit 0 -> + 1
    Serial.print(Zeit.tm_mon + 1);
    Serial.print(".");

    // Anzahl Jahre seit 1900
    Serial.print(Zeit.tm_year + 1900);
    Serial.print(" ");

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

    // Minuten
    if (Zeit.tm_min < 10) Serial.print("0"); 
    Serial.println(Zeit.tm_min);

    server.handleClient();

    // Messwerte ermitteln, in Strings umwandeln, . durch , ersetzen
    Temperatur = String(iaqSensor.temperature);
    Temperatur.replace(".", ",");

    Luftfeuchtigkeit = String(iaqSensor.humidity);
    Luftfeuchtigkeit.replace(".", ",");

    Luftdruck = String(iaqSensor.pressure / 100);
    Luftdruck.replace(".", ",");

    IAQ = String(iaqSensor.iaq);
    IAQ.replace(".", ",");

    StatischerIAQ = String(iaqSensor.staticIaq);
    StatischerIAQ.replace(".", ",");

    CO2 = String(iaqSensor.co2Equivalent);
    CO2.replace(".", ",");

    String VOC = String(iaqSensor.breathVocEquivalent);
    VOC.replace(".", ",");

    String GasInProzent = String(iaqSensor.gasPercentage);
    GasInProzent.replace(".", ",");

    String WiderstandMOXSensor = String(iaqSensor.gasResistance / 1000);
    WiderstandMOXSensor.replace(".", ",");

    // Ausgabe Serieller Monitor
    Serial.print("IP-Adresse: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    Serial.println("Statusmeldungen:");
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Sensor bereit (0-1): " + String(int(iaqSensor.runInStatus)));
    Serial.println("Genauigkeit IAQ (0-3): " + String(int(iaqSensor.iaqAccuracy)));
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Messwerte:");
    Serial.println("-----------------------------");
    Serial.println("Temperatur: " + Temperatur + " °C");
    Serial.println("Feuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + " %");
    Serial.println("Luftdruck: " + Luftdruck + " hPa");
    Serial.println("IAQ: " + IAQ);
    Serial.println("Statischer IAQ: " + StatischerIAQ);
    Serial.println("Schätzung CO2: " + CO2 + " ppm");
    Serial.println("Gas (0-100): " + GasInProzent + " %");
    Serial.println("Widerstandswert MOX-Sensor: " + WiderstandMOXSensor + " kOhm");
    Serial.println("VOC: " + VOC);
    Serial.println("-----------------------------");
  }
}

100

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void loop()

{

// wenn der Sensor arbeitet ...

if (iaqSensor.run())

{

// aktuelle Zeit holen

time(&aktuelleZeit);

// localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen

localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

// es kann bis zu 30 Sekunden dauern

// bis die Zeit ermittelt wird

// Name des Wochentages 0-6

switch (Zeit.tm_wday) {

case 0:

Serial.print("Sonntag");

break;

case 1:

Serial.print("Montag");

break;

case 2:

Serial.print("Dienstag");

break;

case 3:

Serial.print("Mittwoch");

break;

case 4:

Serial.print("Donnerstag");

break;

case 5:

Serial.print("Freitag");

break;

case 6:

Serial.print("Samstag");

break;

}

Serial.print(",");

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

Serial.print(Zeit.tm_mday);

Serial.print(".");

// Monat: führende 0 ergänzen

if (Zeit.tm_mon < 10) Serial.print("0");

// Zählung beginnt mit 0 -> + 1

Serial.print(Zeit.tm_mon + 1);

Serial.print(".");

// Anzahl Jahre seit 1900

Serial.print(Zeit.tm_year + 1900);

Serial.print(" ");

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

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

Serial.print(Zeit.tm_hour);

Serial.print(":");

// Minuten

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

Serial.println(Zeit.tm_min);

server.handleClient();

// Messwerte ermitteln, in Strings umwandeln, . durch , ersetzen

Temperatur = String(iaqSensor.temperature);

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

Luftfeuchtigkeit = String(iaqSensor.humidity);

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

Luftdruck = String(iaqSensor.pressure / 100);

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

IAQ = String(iaqSensor.iaq);

IAQ.replace(".", ",");

StatischerIAQ = String(iaqSensor.staticIaq);

StatischerIAQ.replace(".", ",");

CO2 = String(iaqSensor.co2Equivalent);

CO2.replace(".", ",");

String VOC = String(iaqSensor.breathVocEquivalent);

VOC.replace(".", ",");

String GasInProzent = String(iaqSensor.gasPercentage);

GasInProzent.replace(".", ",");

String WiderstandMOXSensor = String(iaqSensor.gasResistance / 1000);

WiderstandMOXSensor.replace(".", ",");

// Ausgabe Serieller Monitor

Serial.print("IP-Adresse: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

Serial.println("Statusmeldungen:");

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Sensor bereit (0-1): " + String(int(iaqSensor.runInStatus)));

Serial.println("Genauigkeit IAQ (0-3): " + String(int(iaqSensor.iaqAccuracy)));

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Messwerte:");

Serial.println("-----------------------------");

Serial.println("Temperatur: " + Temperatur + " °C");

Serial.println("Feuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + " %");

Serial.println("Luftdruck: " + Luftdruck + " hPa");

Serial.println("IAQ: " + IAQ);

Serial.println("Statischer IAQ: " + StatischerIAQ);

Serial.println("Schätzung CO2: " + CO2 + " ppm");

Serial.println("Gas (0-100): " + GasInProzent + " %");

Serial.println("Widerstandswert MOX-Sensor: " + WiderstandMOXSensor + " kOhm");

Serial.println("VOC: " + VOC);

Serial.println("-----------------------------");

}

HTML-Seite erstellen und senden

Wenn du eine dynamische IP-Adresse verwenden willst (statischeIP = false), kannst du mit diesem Programm die IP-Adresse ermitteln.

#include "WiFi.h"
#include "time.h"

// WiFi-Daten
char Router[] = "Router_SSID";
char Passwort[] = "xxxxxxxx";

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

  // auf Serielle Verbindung warten
  while (!Serial);
  delay(1000);

  // WiFi starten
  WiFi.mode(WIFI_STA);
  WiFi.begin(Router, Passwort);
  Serial.print("Verbindung herstellen ");
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
  {
    delay(200);
    Serial.print(".");
  }
  Serial.println();

  // Aufbau der Verbindung erfolgreich
  if (WiFi.status() == 3)
  {
    Serial.print("Verbunden mit ");
    Serial.println(WiFi.SSID());
    Serial.print("IP über DHCP: ");
    Serial.println(WiFi.localIP());
    Serial.print("Gateway: ");
    Serial.println(WiFi.gatewayIP());
  }
  else Serial.println("Es konnte keine Verbindung aufgebaut werden");
}

void loop() 
{
  // bleibt leer, Programm läuft nur einmal
}

#include "WiFi.h"

#include "time.h"

// WiFi-Daten

char Router[] = "Router_SSID";

char Passwort[] = "xxxxxxxx";

void setup()

{

Serial.begin(9600);

// auf Serielle Verbindung warten

while (!Serial);

delay(1000);

// WiFi starten

WiFi.mode(WIFI_STA);

WiFi.begin(Router, Passwort);

Serial.print("Verbindung herstellen ");

while (WiFi.status() != WL_CONNECTED)

{

delay(200);

Serial.print(".");

}

Serial.println();

// Aufbau der Verbindung erfolgreich

if (WiFi.status() == 3)

{

Serial.print("Verbunden mit ");

Serial.println(WiFi.SSID());

Serial.print("IP über DHCP: ");

Serial.println(WiFi.localIP());

Serial.print("Gateway: ");

Serial.println(WiFi.gatewayIP());

}

else Serial.println("Es konnte keine Verbindung aufgebaut werden");

}

void loop()

{

// bleibt leer, Programm läuft nur einmal

}

Du musst in Zeile 75 die angezeigte dynamische IP-Adresse einsetzen.

Wenn du eine statische Adresse (statischeIP = false) verwenden willst, musst in Zeile 75 die IP-Adresse aus Zeile 14 übernehmen. Du musst , durch . ersetzen.

void SeiteBauen() 
{
  // Seite zusammenbauen
  // Kopf der HTML-Seite: aktualisierung alle 60 Sekunden
  // kann angepasst werden
  Nachricht = "<head><meta http-equiv=\"refresh\" content=\"60\"></head>";
  Nachricht += "<h1>Messwerte BME680</h1><hr>";

  // Datum anzeigen
  // formatieren: Schrift 14pt, ohne Serifen, Zeilenhöhe
  Nachricht += "<div style = \"font-size:14pt; font-family:sans-serif; line-height:1.8em\">";
  Nachricht += "Letzte Aktualisierung: ";
  switch (Zeit.tm_wday) 
  {
    case 0:
      Nachricht += "Sonntag";
      break;
    case 1:
      Nachricht += "Montag";
      break;
    case 2:
      Nachricht += "Dienstag";
      break;
    case 3:
      Nachricht += "Mittwoch";
      break;
    case 4:
      Nachricht += "Donnerstag";
      break;
    case 5:
      Nachricht += "Freitag";
      break;
    case 6:
      Nachricht +="Samstag";
      break;
  }

  Nachricht += ", ";

  // wenn der Tag < 10
  if (Zeit.tm_mday < 10) Nachricht += "0";
  Nachricht += String(Zeit.tm_mday) + ".";

  // wen der Monat < 10, Zählung beginnt mit 0
  if ((Zeit.tm_mon + 1) < 10) Nachricht += "0";
  Nachricht += String(Zeit.tm_mon + 1) + ". ";

  // Zeit anzeigen
  // wenn die Stunde < 10
  if (Zeit.tm_hour < 10) Nachricht += "0";
  Nachricht += String(Zeit.tm_hour) + ":";

  // wenn die Minute < 10
  if (Zeit.tm_min < 10) Nachricht += "0";
  Nachricht+= String(Zeit.tm_min) + " Uhr<br><hr>";
  
  Nachricht += "Temperatur: " + Temperatur + " &deg;C<br>";
  Nachricht += "Luftfeuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + " %<br>";
  Nachricht += "Luftdruck: " + Luftdruck + " hPa<br>";
  Nachricht += "IAQ: " + IAQ + "<br>";
  Nachricht += "Statischer IAQ: " + StatischerIAQ + "<br>";
  Nachricht += "Sch&auml;tzung CO2: " + CO2 + " ppm<br>";
  Nachricht += "Genauigkeit IAQ (0-3): " + String(int(iaqSensor.iaqAccuracy)) + "</div>";

  // Button aktualisieren
  Nachricht += "<hr><input style=\"font-size:16pt; font-weight:bold;";
  Nachricht += "background-color:#55A96B;";
  Nachricht += "display:block; cursor:pointer;\"type=\"button\"";

  // IP für den Button aktualisieren (location.href)
  // muss mit dem Wert für IPAdress übereinstimmen (. statt ,)
  // oder der mit DHCP ermittelten IP-Adresse
  Nachricht += " onClick&nbsp;=\"location.href='http://192.168.1.100'\" value=\"aktualisieren\">";
  Nachricht += "<hr>";

  // Nachricht senden -> Seite anzeigen
  server.send(200, "text/html", Nachricht);
}

void SeiteBauen()

{

// Seite zusammenbauen

// Kopf der HTML-Seite: aktualisierung alle 60 Sekunden

// kann angepasst werden

Nachricht = "<head><meta http-equiv=\"refresh\" content=\"60\"></head>";

Nachricht += "<h1>Messwerte BME680</h1><hr>";

// Datum anzeigen

// formatieren: Schrift 14pt, ohne Serifen, Zeilenhöhe

Nachricht += "<div style = \"font-size:14pt; font-family:sans-serif; line-height:1.8em\">";

Nachricht += "Letzte Aktualisierung: ";

switch (Zeit.tm_wday)

{

case 0:

Nachricht += "Sonntag";

break;

case 1:

Nachricht += "Montag";

break;

case 2:

Nachricht += "Dienstag";

break;

case 3:

Nachricht += "Mittwoch";

break;

case 4:

Nachricht += "Donnerstag";

break;

case 5:

Nachricht += "Freitag";

break;

case 6:

Nachricht +="Samstag";

break;

}

Nachricht += ", ";

// wenn der Tag < 10

if (Zeit.tm_mday < 10) Nachricht += "0";

Nachricht += String(Zeit.tm_mday) + ".";

// wen der Monat < 10, Zählung beginnt mit 0

if ((Zeit.tm_mon + 1) < 10) Nachricht += "0";

Nachricht += String(Zeit.tm_mon + 1) + ". ";

// Zeit anzeigen

// wenn die Stunde < 10

if (Zeit.tm_hour < 10) Nachricht += "0";

Nachricht += String(Zeit.tm_hour) + ":";

// wenn die Minute < 10

if (Zeit.tm_min < 10) Nachricht += "0";

Nachricht+= String(Zeit.tm_min) + " Uhr<br><hr>";

Nachricht += "Temperatur: " + Temperatur + " °C<br>";

Nachricht += "Luftfeuchtigkeit: " + Luftfeuchtigkeit + " %<br>";

Nachricht += "Luftdruck: " + Luftdruck + " hPa<br>";

Nachricht += "IAQ: " + IAQ + "<br>";

Nachricht += "Statischer IAQ: " + StatischerIAQ + "<br>";

Nachricht += "Schätzung CO2: " + CO2 + " ppm<br>";

Nachricht += "Genauigkeit IAQ (0-3): " + String(int(iaqSensor.iaqAccuracy)) + "</div>";

// Button aktualisieren

Nachricht += "<hr><input style=\"font-size:16pt; font-weight:bold;";

Nachricht += "background-color:#55A96B;";

Nachricht += "display:block; cursor:pointer;\"type=\"button\"";

// IP für den Button aktualisieren (location.href)

// muss mit dem Wert für IPAdress übereinstimmen (. statt ,)

// oder der mit DHCP ermittelten IP-Adresse

Nachricht += " onClick =\"location.href='http://192.168.1.100'\" value=\"aktualisieren\">";

Nachricht += "<hr>";

// Nachricht senden -> Seite anzeigen

server.send(200, "text/html", Nachricht);

}

Ziele des Projekts

Die Hardware

Luftqualität in Innenräumen

Darstellung der Messwerte

Auf dem LCD

Im Seriellen Monitor

Auf einer Webseite

Benötigte Bauteile

Board installieren

Hardware anschließen

BME680 (Breakout)

BME680 (Grove-Anschluss)

LCD

Benötigte Bibliotheken

Funktionen der Bibliothek BSEC

Das Programm für die Darstellung der Messwerte auf dem LCD

Bibliotheken einbinden und Variable definieren

Der setup-Teil

Der loop-Teil

Das Programm mit der Darstellung der Messwerte auf einer Webseite

Bibliotheken einbinden und Variable definieren

Der setup-Teil

Der loop-Teil

HTML-Seite erstellen und senden

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