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

Kategorien: Anzeigemodule, Temperatur messen, Zeit anzeigen

Schlagwörter: BME280, LCD I2C, RTC-Modul

Ziele des Projekts

die aktuelle Zeit von einem NTP-Server holen und auf das RTC-Modul DS3231 übertragen
der DS3231 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
optional: zu einstellbaren Zeiten den Zeitstempel des DS3231 mit der Zeit eines NTP-Servers abgleichen

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

Beispiel ESP32-Wroom

Alle 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
KontaktNTP bestimmt, ob zu den angegebenen Zeiten (im Beispiel 6 und 18 Uhr) der NTP-Server kontaktiert werden darf
false: das Programm stellt nur beim Start eine Internetverbindung her
true: zu den angegebenen Zeiten wird der NTP-Server kontaktiert und die Zeit mit dem RTC-Modul abgeglichen

#ifdef ESP32
  #include "WiFi.h"
#else
  #include "ESP8266WiFi.h"
#endif
#include "time.h"
#include "LCDIC2.h"
#include "Adafruit_BME280.h"
#include "RTClib.h"

RTC_DS3231 rtc;

// Name des BME280
Adafruit_BME280 bme; 

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

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

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

#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;

tm Zeit;

// Array der Wochentag Namen mit Leerzeichen auffüllen
char daysOfTheWeek[7][12] = {"Montag    ", "Dienstag  ", "Mittwoch  ", "Donnerstag", "Freitag   ", "Samstag   ", "Sonntag   "};

// nur zur Verschönerung der Anzeige der WiFi-Verbindung/NTP-Server
int Zaehler = 0;
int Zeile = 0;

bool SekundenAnzeigen = true;

bool KontaktNTP = true;

// true -> Start BME280 erfolgereich, false -> Start BME280 gescheitert
bool BMEStart;

#ifdef ESP32

#include "WiFi.h"

#else

#include "ESP8266WiFi.h"

#endif

#include "time.h"

#include "LCDIC2.h"

#include "Adafruit_BME280.h"

#include "RTClib.h"

RTC_DS3231 rtc;

// Name des BME280

Adafruit_BME280 bme;

// 4-zeiliges LCD

LCDIC2 lcd(0x27, 20, 4);

char Router[] = "Router_SSID";

char Passwort[] = "xxxxxxxx";

// NTP-Server aus dem Pool

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

#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;

tm Zeit;

// Array der Wochentag Namen mit Leerzeichen auffüllen

char daysOfTheWeek[7][12] = {"Montag ", "Dienstag ", "Mittwoch ", "Donnerstag", "Freitag ", "Samstag ", "Sonntag "};

// nur zur Verschönerung der Anzeige der WiFi-Verbindung/NTP-Server

int Zaehler = 0;

int Zeile = 0;

bool SekundenAnzeigen = true;

bool KontaktNTP = true;

// true -> Start BME280 erfolgereich, false -> Start BME280 gescheitert

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 64 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
Nachdem die Zeit mit dem NTP-Server synchronisiert wurde, wird sie dem RTC-Modul übermittelt.

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

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

  rtc.begin();

  // 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 
  {
   else 
  {
    BMEStart = false;
    lcd.print("BME nicht vorhanden  ");
  }
  
  // aktuelle Zeit holen
  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) ZeitAktualisieren();
}

100

101

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152

153

void setup()

{

Serial.begin(9600);

// Schalter für erfolgreiche Synchronisierung der Zeit

int Suche = -1;

rtc.begin();

// 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

{

else

{

BMEStart = false;

lcd.print("BME nicht vorhanden ");

}

// aktuelle Zeit holen

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) ZeitAktualisieren();

}

Der loop-Teil

void loop() 
{
  DateTime aktuell = rtc.now();
  /*
    Datumsformat festlegen
    DD -> Tag mit führender 0
    MM -> Monat mit führender 0
    YYYY -> vollständige Angabe des Jahres
  */
  char Datum[] = "DD.MM.YYYY";
  
  lcd.setCursor(0, 0);

  // Wochentag anzeigen
  lcd.print(daysOfTheWeek[aktuell.dayOfTheWeek()]);
  
  // Datum in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen
  lcd.setCursor(0, 1);
  lcd.print(aktuell.toString(Datum));
 
  // Format der Zeitangabe festlegen
  char ZeitFormat[] = "hh:mm:ss";

  lcd.setCursor(11, 1);

  // Zeitangabe in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen
  String Uhrzeit = aktuell.toString(ZeitFormat);
  if(SekundenAnzeigen) lcd.print(Uhrzeit);
  else lcd.print(Uhrzeit.substring(0, 5));

  // neue Messung zur vollen Minute
  if(aktuell.second() == 0) 
  {
      if(BMEStart) MessungAnzeigen();

    // wegen der zeitlichen Verzögerung Zeit neu holen
    DateTime aktuell = rtc.now();
  } 

  // die Variable KontaktNTP bestimmt, ob der NTP-Server kontaktiert werden darf
  if(KontaktNTP)
  {
    if(aktuell.hour() == 6 && aktuell.minute() == 0) ZeitAktualisieren();
    if(aktuell.hour() == 18 && aktuell.minute() == 0) ZeitAktualisieren();
  }
}

void loop()

{

DateTime aktuell = rtc.now();

Datumsformat festlegen

DD -> Tag mit führender 0

MM -> Monat mit führender 0

YYYY -> vollständige Angabe des Jahres

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

lcd.setCursor(0, 0);

// Wochentag anzeigen

lcd.print(daysOfTheWeek[aktuell.dayOfTheWeek()]);

// Datum in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen

lcd.setCursor(0, 1);

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

// Format der Zeitangabe festlegen

char ZeitFormat[] = "hh:mm:ss";

lcd.setCursor(11, 1);

// Zeitangabe in Zeichenkette (String) umwandeln und anzeigen

String Uhrzeit = aktuell.toString(ZeitFormat);

if(SekundenAnzeigen) lcd.print(Uhrzeit);

else lcd.print(Uhrzeit.substring(0, 5));

// neue Messung zur vollen Minute

if(aktuell.second() == 0)

{

if(BMEStart) MessungAnzeigen();

// wegen der zeitlichen Verzögerung Zeit neu holen

DateTime aktuell = rtc.now();

}

// die Variable KontaktNTP bestimmt, ob der NTP-Server kontaktiert werden darf

if(KontaktNTP)

{

if(aktuell.hour() == 6 && aktuell.minute() == 0) ZeitAktualisieren();

if(aktuell.hour() == 18 && aktuell.minute() == 0) ZeitAktualisieren();

}

Funktionen

Im loop-Teil werden zwei ⇒Funktionen aufgerufen:

ZeitAktualisieren()
zu einstellbaren Zeiten kann die Zeit erneut mit dem NTP-Server synchronisiert werden
als Vorschlag 6 Uhr und 18 Uhr
Ist die Variable KontaktNTP auf false gesetzt, wird der NTP-Server nur beim Start kontaktiert
MessungAnzeigen()
nach jeder vollen Minute werden die Messwerte des BME280 abgefragt und angezeigt

void ZeitAktualisieren()
{
  // aktuelle Zeit holen
  time(&aktuelleZeit);
 
  // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
  localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);
  rtc.adjust(DateTime(Zeit.tm_year, Zeit.tm_mon + 1, Zeit.tm_mday, Zeit.tm_hour, Zeit.tm_min, Zeit.tm_sec));
}

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 ZeitAktualisieren()

{

// aktuelle Zeit holen

time(&aktuelleZeit);

// localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen

localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

rtc.adjust(DateTime(Zeit.tm_year, Zeit.tm_mon + 1, Zeit.tm_mday, Zeit.tm_hour, Zeit.tm_min, Zeit.tm_sec));

}

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: Juni 14, 2026 @ 8:42