ESP | Sensordaten auslesen mit MicroPython
Ideen: W. Kimmig, J. Schnaiter, Gewerblich-Technische Schule Offenburg, 2022
Taster und Potentiometer
Taster
Mit einem Taster (s. Abb. 1) kann man bspw. ein Licht anschalten. Der Taster detektiert den Tastendruck und gibt an den angeschlossenen Pin 0 V (pull-down) oder 3,3 V (pull-up).
from machine import Pin
import time
button = Pin(17, mode=Pin.IN, pull=Pin.PULL_UP)
led = Pin(27, Pin.OUT)
while True:
if button.value() == 1:
led.on()
else:
led.off()Man beachte, dass der Wert des Tasters entweder 0 oder 1. So kann ganz einfach der Zustand des Tasters ermittelt werden und mit Hilfer einer Entscheidung bspw. die LED ein- oder ausgeschaltet werden.
Potentiometer
Mit dem Potentiometer (auch Poti) an unserem Board (s. Abb. 1) lässt sich mit Hilfe des Analog-Digitalwandlers (auch ADC) eine Spannung zwischen 0 und 3,3 V erfassen und in einen digitalen Wert zwischn 0 und 4095 umwandeln.
from machine import Pin, ADC
import time
poti = ADC(2)
while True:
value = poti.read() # 0–4095
print(f"Poti: {value}")
time.sleep(0.2)
Die Klasse ADC ist bereits in dem Modul machine enthalten. Wir erstellen ein neues Objekt dieser Klasse: poti = ADC(2).
Beim Aufruf von value = poti.read()wird die anliegende Spannung in einen Wert von 0 - 4095 gewandelt.
Mit print(f"Poti: {value}") geben wir den aktuellen gewandelten Wert aus.
value = poti.read_u16().
Helligkeit und Lärmpegel
Umgebungslichtsensoren (english: ambient light) dienen der Tagerkennung oder können ermitteln, ob das Licht in Räumen ausgeschaltet ist. Der Sensor wandelt Lichtenergie in ein elektrisches Signal
Ein Lärmpegelsensor (auch Schallpegelsensor) wird eingesetzt, um die Lautstärke bzw. den Schalldruckpegel in der Umgebung zu messen. Der Sensor wandelt Schallwellen (akustische Energie) in ein elektrisches Signal um
Beide Sensoren (s. Abb. 2) liefern einen analogen Wert zwischen 0 und 3,3 V. Da die Signale an ADC-Pins des Mikrocontrollers anliegen, können sie in einen 12-Bit-Wert umgewandelt werden. Insgesamt hat der Mikrocontroller 16 analoge Eingänge.
Die Klasse ADC ist Teil des machine-Moduls.
Es werden zwei ADC-Objekte erzeugt.
Der Zugriff auf den aktuellen Beleuchtungswert und Lärmpegelwert erfolgt über die Funktion ambientLight.read() und soundLevel.read().
Mit print(...) werden die Werte ausgegeben und die Messung wird alle 200 ms wiederholt.
from machine import Pin, ADC
import time
ambientLight = ADC(34)
soundLevel = ADC(35)
while True:
v1 = ambientLight.read() # 0–4095
v2 = soundLevel.read() # 0–4095
print(f"Helligkeit: {v1:4d}")
print(f"Laermpegel: {v2:4d}")
time.sleep(0.2)
Luftfeuchtigkeit und Temperatur für die Luftqualität in Räumen DHT
Zur Vermeidung von Schimmel sollte die Luftfeuchtigkeit in Innenräumen unter 60 % bleiben. Hierzu werden Luftfeuchtigkeitssensoren eingesetzt.
Die DHT-Sensoren (Digital Humidity & Temperature) sind kostengünstige digitale Sensoren mit einem kapazitiven Feuchtigkeitssensor und einem NTC-Temperatursensor zur Messung der Umgebungsluft. Der Sensor in Abb. 3 verfügt über eine I2C-Schnittstelle.
- Add-ons for your ESP
- DHT Temperatur- / Luftfeuchtesensor
Micropython bietet eine DHT-Bibliothek, welche importiert wird. Einmal eingebunden kann ein Objekt der entsprechenden DHT-Klasse erzeugt werden.
Mit dem Aufruf dht.measurements wird die Messung durchgeführt und die Messwerte in einem Dictonary zurückgegeben. Zum extrahieren der beiden Messwerte greifen wir über den Schlüssel auf den jeweiligen Messwert zu. In diesem Fall wird die Messung und Ausgabe jede Sekunde zyklisch wiederholt.
from machine import Pin, I2C
import dht20, time
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21))
dht = dht20.DHT20(0x38,i2c)
while True:
temperature = dht.measurements["t"]
humidity = dht.measurements["rh"]
print(f"T: {temperature:.2f} °C")
print(f"H: {humidity:.2f} %")
time.sleep(1)Luftdruck, Temperatur und 3-Achsen-Beschleunigung BMP180 und LIS3DHTR
Mit einem Luftdrucksensor lässt sich ein Tief- oder Hochdruckgebiet vorhersagen, aber ggf. auch die Höhe bestimmen. Der BMP180-Sensor in Abb. 4 misst sowohl die Temperatur als auch den Druck. Die Auflösung ist dabei so gut, dass damit auch die Höhe berechnet werden kann.
Der Beschleunigunssensor in Abb. 4 misst eine Änderung der Bewegung in x-, y- und z-Richtung. So kann man erkennen ob ein Gerät gedreht wird oder fällt. Auf dieser Basis funktioniert die Sturz- und Unfallerkennung, Bild- und Flugstabilisierung als auch die Schwingungserkennung. Die Kommunikation beider Sensoren läuft über die integrierte I2C-Schnittstelle.
- Add-ons for your ESP
- BMP180 Luftdruck- und Temperatursensor
- MMA7660FC 3-Achsen-Beschleunigungssensor
Um die Klasse BMP180 verwenden zu können muss die Bibliothek bmp180.py auf dem ESP-Controller kopiert werden.
Beim Erzeugen des BMP-Objekts wird zur Berechnung der Höhe der aktuelle Luftdruck in hPa übergeben.
Auf die Sensorwerte Luftdruck, Temperatur und Höhe kann dann über die drei Objektattribute bmp.pressure, bmp.temperature und bmp.altitude zugegriffen werden.
from machine import Pin, I2C
import bmp280, time
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21))
bmp = bmp280.BMP280(i2c, 0x77, 101700) #Tagesluftdruck
while True:
print(f"Temp: {bmp.temperature:.2f} °C")
print(f"Druck: {bmp.pressure:.1f} hPa")
print(f"Druck: {bmp.altitude:.1f} m")
time.sleep(1)Um die Klasse LIS3DHTR verwenden zu können muss die Bibliothek lis3dhtr.py auf dem ESP-Controller kopiert werden.
Beim Erzeugen des lis-Objekts kann die I2C-Adresse optional angegeben werden.
Auf die drei Sensorwerte x,y und z kann dann über die Funktion lis.read() zugegriffen werden. Diese Funktion gibt alle drei Werte zurück.
Das Auslesen wird alle halbe Sekunde zyklisch wiederholt.
from machine import Pin, I2C
import lis3dhtr, time
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21))
lis=lis3dhtr.LIS3DHTR(i2c,0x19)
while True:
x, y, z = lis.read()
print(f"x: {x:.2f}")
print(f"y: {y:.2f}")
print(f"z: {z:.2f}")
time.sleep(0.5)Arbeitsauftrag 1 reading sensor data
Taster
- Erstelle den Ordner 02-Button
- Erstelle die Datei button.py und gib den passenden Code ein, so dass bei Tastendruck die LED angeht.
- Kannst Du den Taster auch so programmieren, dass das Licht angeht wenn du einmal den Taster drückst und beim nächsten Mal wieder aus?
Light and Sound Umgebungslicht und Lärmpegel mit dem ADC
- Erstelle den Ordner 06-ADC.
- Erstelle die Datei light-basic.py und gib den passenden Code zur Anzeige des Unmgebungslichtwertes ein.
- Gib den Wert am OLED-Display und in Thonny aus.
- Erstelle die Datei sound-basic.py zur Ausgabe des Lärmpegels.
- Wird der Lärmpegel mehr als 5 s überschritten, soll die rote LED leuchten.
Mit dieser Vorgehensweise lassen sich weitere Sensoren einfach integrieren.
Arbeitsauftrag 2 reading sensor data via I2C
Luftfeuchte und Temperaturmessung
- Erstelle den Ordner I2C
- Erstelle die Datei humidity-basic.py und gib den passenden Code ein.
- Binde alle notwendigen Libraries ein.
- Übertrage die Bibliotheken auf den ESP und starte das Programm. Teste und verifiziere die Ausgabe.
Luftdruck, Temperatur und Höhe
- Erstelle den Ordner I2C
- Erstelle die Datei pressure-basic.py und gib den passenden Code ein.
- Binde alle notwendigen Libraries ein.
- Übertrage die Bibliotheken auf den ESP und starte das Programm. Teste und verifiziere die Ausgabe.
- Aktualisiere den Luftdruck, so dass die korrekte Höhe berechnet wird.
- Ergänze das Programm so, dass die Temperatur auch in Kelvin und Grad Fahrenheit angezeigt wird.
- Vergleiche die Temperaturwerte der beiden Sensoren (DHT und BMP). Recherchiere welcher der beiden Sensoren den exakteren Wert ermittelt und ermittle den Grund hierfür.
messwerte={
"pressure": bmp.pressure,
"temperatureBMP": bmp.temperature,
...
}Wichtige Funktionen zum Ansteuern von Sensoren
from machine import Pin, I2C |
importieren der Klassen Pin und I2Caus dem Modul machine |
i2c = I2C(0, scl=Pin(22), sda=Pin(21)) |
I2C-Objekt am Pin 21 und 22 erzeugen |
print(f"H: {humidity:.2f} %") |
Formatierte Ausgabe eines Sensorwertes |
x, y, z = lis.read() |
Funktionsaufruf mit drei Rückgabewerten |
messwerte={"wert1": 20.1, "wert2": 36.2} |
Aufbau eines Dictionaries |