{"id":2553,"date":"2022-03-02T20:22:08","date_gmt":"2022-03-02T19:22:08","guid":{"rendered":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/?p=2553"},"modified":"2022-03-16T20:48:59","modified_gmt":"2022-03-16T19:48:59","slug":"klimadaten-mit-dem-raspberry-pi-temperatur-feuchte-druck-ins-internet","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cbrell.de\/blog\/klimadaten-mit-dem-raspberry-pi-temperatur-feuchte-druck-ins-internet\/","title":{"rendered":"Klimadaten mit dem Raspberry Pi – Temperatur, Feuchte, Druck ins Internet"},"content":{"rendered":"

In „Klimadaten mit dem Raspberry Pi“ bauen Sie mit einem preisg\u00fcnstigen Raspberry Zero eine Mini-Wetterstation auf. Gemessen werden Temperatur, relative Luftfeuchte und Luftdruck. Die Daten werden an einen Webservice \u00fcbertragen und sind dann im Internet einsehbar. Als Sensoren kommen der DHT22 f\u00fcr Temperatur und Feuchte sowie ein BMP280 f\u00fcr den Druck zum Einsatz. In diesem Blog gibt es bereits Anleitungen f\u00fcr den DHT22, die aber nur teilweise mit dem neuen RaspiOS getestet sind. Daher finden Sie hier quasi eine Neuauflage. Zudem werden die Daten nun auf einen Server im Internet geschickt. Im Grundsatz beruht das Vorhaben auf dem Konzept des hohlen Baumstamms<\/a>.<\/em><\/p>\n

Ausl\u00f6ser f\u00fcr diese Anleitung ist ein Vorhaben „Stadt Land Flu\u00df revisited“ des Lise Meitner Gymnasiums in Willich Anrath.<\/em><\/p>\n

Zu einem Vergleich der Anbringung von Temperatursensoren gibt es erste Messergebnisse: Klimadaten im Vergleich \u2013 Temperatursensor im oder am Geh\u00e4use<\/a><\/em><\/p>\n

Stand 12.03.2022<\/em><\/p>\n

Das ben\u00f6tigen Sie<\/h2>\n
    \n
  1. Einen Raspberry Pi Zero WH Version 1.1
    \n(Wenn Sie einen Pi 4 oder Zero 2 verwenden wollen, schauen Sie sich bitte die Hinweise unten auf der Seite an)<\/li>\n
  2. Ein 5V-Netzteil<\/li>\n
  3. Ein Breadboard<\/li>\n
  4. Ein paar Kabel m-m und w-m<\/li>\n
  5. Einen Feuchtesensor DHT22<\/li>\n
  6. Einen Luftdrucksensor BME280<\/li>\n
  7. Einen WLAN-Zugang (einfaches WLAN, kein Enterprise Network)<\/li>\n
  8. Einen Rechner (Windows, MacOS, Linux)<\/li>\n
  9. Einen Texteditor mit Syntax Highlighting (Sublime Text, Notepad++)<\/li>\n<\/ol>\n

    Aufsetzen des Raspberry Pi Zero<\/h2>\n

    Anmerkung: Im Sch\u00fclerworkshop erhalten Sie eine bereits vorbereitete Micro-SD-Karte und k\u00f6nnen diesen Abschnitt \u00fcberspringen – gehen Sie gleich zu\u00a0 „Die SD-Karte f\u00fcr den headless-Betrieb“ vorbereiten<\/strong>„. Wenn Sie sp\u00e4ter noch einmal alleine das Aufsetzen nachvollziehen wollen, finden Sie in den folgenden Zeilen die Anleitung dazu.<\/em><\/p>\n

    Das Betriebssystem herunterladen<\/h3>\n

    Die Mini-Wetterstation soll headless – also ohne Monitor und Tastatur – laufen, somit verzichten Sie auf eine grafische Benutzungsoberfl\u00e4che.
    \nF\u00fcr den Raspberry Zero Version 1.x ben\u00f6tigen Sie die 32-Bit-Version des RaspiOS. Laden Sie sie herunter von<\/p>\n

    https:\/\/www.raspberrypi.com\/software\/operating-systems\/<\/a><\/p>\n

    Scrollen Sie bis „Raspberry Pi OS with desktop and recommended software Release date: January 28th 2022 System: 32-bit“ (Das Release Datum kann sich ge\u00e4ndert haben).<\/p>\n

    Das Betriebssystem auf SD-Karte „brennen“<\/h3>\n

    Hierzu haben Sie mehrere M\u00f6glichkeiten.<\/p>\n

    Wenn Sie gern im Terminal auf einem Macbook arbeiten, folgen Sie der Anleitung unter https:\/\/cbrell.de\/blog\/raspilab-wetterstation-grundsystem-aufsetzen\/<\/a>.<\/p>\n

    Unter Linux (z.B. Raspberry Desktop \/ Debian) geht es mit der Befehlsfolge<\/p>\n

    df -h\r\n\r\nsudo umount \/dev\/sdb1\r\n\r\nsudo dd if=<name des Images.img> of=\/dev\/sdb1 bs=4M<\/pre>\n
    Dabei zeigt Ihnen der Befehl df -h die richtige Bezeichnung f\u00fcr Ihre SD-Karte an, das muss nicht zwingend sdb1 sein.<\/p>\n
    Wenn Sie lieber Werkzeuge mit grafischer Benutzungsoberfl\u00e4che verwenden, haben Sie diese drei M\u00f6glichkeiten, die SD-Karte zu brennen:<\/p>\n
    \n
    \n
    \n
      \n
    1. Raspberry Pi Imager
      \nOS: Windows, Linux, macOS
      \nFunktionen: Schreiben eines Images
      \nDateiformate: .img
      \nDownload:       https:\/\/www.raspberrypi.com\/software\/<\/a><\/li>\n
    2. balenaEtcher
      \nOS: Windows, Linux, macOS
      \nFunktionen: Schreiben eines Images, Klonen eines Images Dateiformte: .img
      \nDownload:       https:\/\/www.balena.io\/etcher\/<\/a><\/li>\n
    3. ApplePiBaker\u00a0<\/em>
      \nOS: macOS<\/em>
      \nFunktionen: Schreiben eines Images, Erstellen eines Images, Klonen eines Images<\/em>
      \nDateiformate: .img, .7zip, .zip<\/em>
      \nDownload:       https:\/\/www.tweaking4all.com\/software\/macosx-software\/applepi-baker-v2\/<\/a><\/em><\/li>\n<\/ol>\n
      Die SD-Karte f\u00fcr den „headless-Betrieb“ vorbereiten<\/h3>\n
      Praktisch ist es wenn sich der Raspberry nach dem Start gleich in Ihr WLAN einw\u00e4hlt und Sie mit ssh und der Konsole darauf arbeiten k\u00f6nnen.<\/p>\n
      Stecken Sie die SD-Karte in Ihren PC (oder Mac), dann sehen Sie eine Partition mit Namen „boot“. Diese Partition kann von Linux, Mac und Windows beschrieben werden und enth\u00e4lt alle Dateien f\u00fcr den Start des Raspberrys.<\/p>\n
      Verwenden Sie nun einen Texteditor, der „flache“ Textdateien erzeugt. Word oder Pages (Mac) sind ungeeignet. Gut sind Editoren mit Syntax-Highlighting und Zeilennummern wie „Sublime Text“ (Mac + PC) oder „Notepad++“ (nur PC).<\/p>\n
      Erzeugen Sie in „boot“ eine (leere) Datei mit Namen „ssh“. Dadurch k\u00f6nnen Sie sp\u00e4ter mit ssh \u00fcber das WLAN auf den Raspberry zugreifen.<\/p>\n
      Achtung: Im Workshop Lise Meitner ist bereits ein tempor\u00e4res WLAN eingestellt, \u00dcberspringen Sie diesen Schritt und fahren Sie mit „Der erste Start“ fort.<\/em><\/p>\n
      Erzeugen Sie in „boot“ eine Datei mit Namen „wpa_supplicant.conf“. Dadurch kennt der Raspberry Ihr WLAN und kann sich einw\u00e4hlen.\u00a0 In der Datei soll stehen (Zeilenumbr\u00fcche sind wichtigAchtung: Das funktioniert nicht in einem Firmennetzwerk (enterprise network).<\/p>\n
      \r\ncountry=DE\r\nctrl_interface=DIR=\/var\/run\/wpa_supplicant GROUP=netdev\r\nupdate_config=1\r\nnetwork={ \r\n    ssid=\"wlan-bezeichnung\" \r\n    psk=\"passwort\"\r\n    key_mgmt=WPA-PSK\r\n}\r\n<\/pre>\n
      Der erste Start<\/p>\n
      Stecken Sie die SD-Karte in den Raspberry und schlie\u00dfen Sie das Netzteil an.<\/p>\n
      In der Administrationsoberfl\u00e4che Ihres Routers finden Sie nach etwa 100 Sekunden die IP-Adresse.<\/p>\n
      Sie wird die Form 192.168.x.y haben. x ist oft 0,1 oder 2, y kann Werte bis 255 annehmen.<\/p>\n
      Wenn Sie ein Macbook oder einen Linux-Rechner haben, verwenden Sie ein Terminal mit<\/p>\n
       ssh pi@<Ihre IP-Adresse><\/pre>\n
      Sie werden nach dem Passwort gefragt: Geben Sie „raspberry“ ein.<\/p>\n
      Das funktioniert auf Mac, unter Linux und auch sehr gut unter Windows 10. Ebenso k\u00f6nnen Sie auf Windows die Software PuTTY verwenden, die Sie unter https:\/\/www.putty.org\/<\/a> finden – das ist aber nicht erforderlich.<\/p>\n
      Lebensdauer der SD-Karte verl\u00e4ngern<\/h3>\n
      Anmerkung: In Sch\u00fclerworkshops erhalten Sie eine SD-Karte mit vorbereitetem Image (bzw. das vorbereitete Image zum Brennen), auf der die Schutz-Ma\u00dfnahmen schon eingerichtet sind. Dann k\u00f6nnen Sie diesen Schritt \u00fcberspringen.<\/em><\/p>\n
      Wenn Sie nur experimentieren wollen, k\u00f6nnen Sie auf die Lebensdauer-Verl\u00e4ngerung verzichten. Planen Sie, die Mini-Wetterstation mehrere Jahre zu betreiben, dann sind die Ma\u00dfnahmen unumg\u00e4nglich. Jeder Schreibzugriff verk\u00fcrzt die Lebensdauer der SD-Karte. Kern der Ma\u00dfnahmen sind also Reduzierung der Schreibzugriffe: Einrichtung einer Ramdisk f\u00fcr notwendige Schreibzugriffe, Vermeidung m\u00f6glichst vieler Logging-Mechanismen. Das Vorgehen ist unter RaspiLab Wetterstation Zugriffe auf SD-Karte minimieren und Lebensdauer erh\u00f6hen<\/a> beschrieben.<\/p>\n
      Verzeichnisse f\u00fcr die Sensoren einrichten<\/h2>\n
      Um sp\u00e4ter einfach mit dem PC Programme \u00e4ndern zu k\u00f6nnen, landen alle Programme und Konfigurationsdateien im Verzeichnis boot der SD-Karte.<\/p>\n
      Nach Abschluss aller Arbeiten werden Sie unter boot die folgenden Struktur vorfinden:<\/p>\n
      boot+\r\n    +-AA+\r\n        +-CONF+\r\n        |     +sensor.txt\r\n        +PY+\r\n        |  +bmp.py\r\n        |  +dht.py\r\n        |  +transfer.py\r\n        +SH+\r\n           +klima.sh<\/pre>\n
      Abb. 1: Verzeichnisstruktur<\/p>\n
      Um auf dem Raspberry im Verzeichnis boot zu arbeiten, ben\u00f6tigen Sie root-Rechte und stellen schreibenden Befehlen „sudo“ voran.<\/p>\n
      Wechseln Sie in das Verzeichnis boot und schauen Sie sich die existierende Verzeichnisstruktur an mit<\/p>\n
      cd \/boot\r\nls<\/pre>\n
      Legen Sie, wenn nicht vorhanden, AA an (damit k\u00f6nnen Sie sp\u00e4ter einfach alle Dateien „in einem Rutsch“ sichern).<\/p>\n
      sudo mkdir AA<\/pre>\n
      Wechseln Sie in AA<\/p>\n
      cd AA<\/pre>\n
      legen Sie die restlichen Verzeichnisse an, wenn nicht vorhanden<\/p>\n
      sudo mkdir CONF\r\n\r\nsudo mkdir PY\r\n\r\nsudo mkdir SH<\/pre>\n
      Feuchtesensor DHT22 einrichten<\/h2>\n
      Anmerkung: In Sch\u00fclerworkshops erhalten Sie eine SD-Karte, auf der der DHT22 schon eigerichtet ist. Dann k\u00f6nnen Sie diesen Schritt \u00fcberspringen und gleich mit dem Anschluss und den Tests beginnend mit „Feuchtesensor anschlie\u00dfen“ fortfahren.<\/em><\/p>\n
      Bibliothek installieren<\/h3>\n
      F\u00fcr den DHT22 gibt es eine neuere Bibliothek, die wiederum Python3 erfordert. F\u00fcr die Installation ben\u00f6tigen Sie einen Python-Paketmanager mit Namen pip. Wechseln Sie wieder in das Nutzerverzeichnis \/home\/pi. Die Bibliothek richten Sie ein mit<\/p>\n
      \n
      \n
      \n
      sudo pip3 install --user Adafruit_DHT<\/pre>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
      Nach der Einrichtung sehen Sie die Bibliothek im pi-Nutzerverzeichnis.<\/p>\n
      Feuchtesensor anschlie\u00dfen<\/h3>\n
      F\u00fcr den Feuchtesensor ben\u00f6tigen Sie 3,3V, Masse und eine Datenleitung. Die Datenleitung schlie\u00dfen Sie an GPIO 17 = Anschluss 11 an die Pin-Leiste des Raspberrys an. Die Z\u00e4hlung beginnt an der SD-Karten-Seite.<\/p>\n
       Raspberry Pi Pinbelegung\r\n# SD-Karten-Seite\r\n+------------+------+-----+-------+------+----\r\n|                     GPIO|Pin|Pin|      | \r\n+============+======+=====+=======+------+-----\r\n|       +VCC |3,3V. |     | 1 | 2 |      | 5 V\r\n+------------+-------+----+-------+------+-----\r\n|            |  SDA1| 2   | 3 | 4 |      |5 V\r\n+------------+------+-----+---+---+------+-----\r\n|            |  SCL1| 3   | 5 |.....\r\n+------------+------+-----+---+--\r\n|            |GPCLK0| 4   | 7 |\r\n+------------+------+-----+---+--\r\n|            |GND   |     | 9 |\r\n+------------+------+-----+---+--\r\n|DHT22       |CE1_1 |17   |11 |\r\n+------------+------+-----+---+--<\/pre>\n
      Abb. 2: Bedeutung der GPIO-Pins am Raspberry<\/em><\/p>\n
      Abb. 3 zeigt die Beschaltung des DHT22. Der Widerstand mit 4,7 Kilo-Ohm ist ein sogenannter Pull-Up-Widerstand und sorgt daf\u00fcr, dass am Anschluss „Signal GPIO“ eine definierte Spannung anliegt. Es funktioniert auch mit einem Widerstand von 5,6 Kilo-Ohm.<\/p>\n
      \"Feuchtesensor<\/a><\/p>\n
      Abb. 3: Beschaltung des DHT22<\/em><\/p>\n
       <\/p>\n
      Abb. 4 zeigt das komplett best\u00fcckte Steckbrett mit DHT22, BMP280 und Widerst\u00e4nden. Die Spannungsversorgung (VCC) der Sensoren erfolgt \u00fcber einen 75 Ohm Widerstand, das verhindert meist einen Defekt, falls eine Kabel vertauscht wird. F\u00fchren Sie die Verkabelung in zwei Schritten durch: Erst DHT22, dann DHT22 testen, dann BMP280.<\/p>\n
      \"Bild<\/a><\/p>\n
      Abb.4: Verkabelung des DHT22 und des BMP280 auf dem Steckbrett. Der Raspberry wird durch ein einfaches Haushalts-Gummi fixiert.<\/em><\/p>\n
      \"Bild<\/a><\/p>\n
      Abb. 5: Details Sensoren<\/em><\/p>\n
      Abb. 5 zeigt Details der Anschl\u00fcsse der Sensoren. Die Steckbretter haben Nummern, der wei\u00dfe DHT22 ist an den Nummern 30 (VCC), 31 (Daten), 32 (nichst) und 33 (Masse) eingesteckt, der BMP280 an den Nummern 20, 21 (nicht benutzt), 22, 23 (f\u00fcr IC2), 24 (Masse) und 25 (VCC)<\/p>\n
      \"Bild<\/a><\/p>\n
      Abb. 6: Verkabelung am Raspberry<\/em><\/p>\n
      Bei dem Steckbrett sind die Anschl\u00fcsse am Rand blau und rot miteinander verbunden. Die anderen Anschl\u00fcsse sind senkrecht dazu verbunden und nummeriert.<\/p>\n
      Am Raspberry werden die Anschl\u00fcsse 1,3,5, 9 und 11 verwendet (Abb. 6 und Abb. 7).<\/p>\n
      Raspi Kabelfarbe Nr. Stechbrett Bedeutung\r\n---------------------------------------------\r\n1     orange     35\u00a0 zum 75 Ohm Vorwiderstand\r\n\r\n3     gr\u00fcn      22   SDA des BMP280 (Daten I2C)\r\n\r\n5     blau      23   SLC des BMP280 (Daten I2C) \r\n\r\n9     Masse\u00a0 \u00a0       blaue Randleiste \r\n\r\n11    gelb      31 \u00a0 DHT22 Datenleitung, \r\n\r\nPull-Up-Widerstand 5,6k zwischen VCC und 31\r\n\r\nVorwiderstand 75 Ohm zwischen 35 und roter Randleiste\r\n\r\nErster Test des Feuchtesensors<\/pre>\n
      Abb. 7: Verbindungen zwischen Raspberry und Steckbrett\u00a0<\/em><\/p>\n
      Feuchtesensor interaktiv ausprobieren<\/h3>\n
      In Ihrem Nutzerverzeichnis \/home\/pi sehen Sie mit dem Befehl<\/p>\n
      ls<\/p>\n
      die Dateien wie in Abb. 8<\/p>\n
      pi@weatherstation:~ $ ls\r\nAdafruit_Python_DHT  bme280.py  DHT22_PI4.py  DHT22_ZERO.py  __pycache__\r\npi@weatherstation:~ $ \r\n<\/pre>\n
      Abb. 8 Dateien in \/home\/pi<\/em><\/p>\n
      F\u00fcr den ersten Test verwenden Sie Python interaktiv im Terminal. Nacheinander geben Sie ein: python (ruft Python interaktiv auf), import … (bindet Bibliothek ein), Aufruf der Bibliotheksfunktion Adafruit_DHT.read_retry (fragt Sensor bis zu 15 mal ab, 17 ist die GPIO-Nummer), print (gibt die Daten im Terminal aus), exit (verl\u00e4sst Python wieder).<\/span> Der Dialog mit den vollst\u00e4ndigen Aufrufen sieht wie in Abb. 9 aus.<\/p>\n
      pi@weatherstation<\/b><\/span>:<\/span>~ $<\/b><\/span> python<\/span>\r\nPython 3.9.2 (default, Mar 12 2021, 04:06:34)<\/span>\r\n[GCC 10.2.1 20210110] on linux<\/span>\r\nType \"help\", \"copyright\", \"credits\" or \"license\" for more information.<\/span>\r\n>>> import Adafruit_DHT<\/span>\r\n>>> hum, temp = Adafruit_DHT.read_retry(Adafruit_DHT.AM2302, 17)<\/span>\r\n>>> print (hum, temp)<\/span>\r\n56.400001525878906 11.5<\/span>\r\n>>> exit()<\/span>\r\npi@weatherstation<\/b><\/span>:<\/span>~ $<\/b><\/span><\/pre>\n
      Abb. 9: Reihenfolge der Python-Befehle, um den DHT22 auszulesen.<\/p>\n
      Anstatt die Befehle interaktiv einzugeben, k\u00f6nnen Sie sich auch in eine Datei mit der Endung .py schreiben wie im n\u00e4chsten Schritt.<\/p>\n
      Python-Programm f\u00fcr den Feuchtesensor DHT22<\/h2>\n
      DHT22 Programm Stufe eins<\/h3>\n
      Das Python-Programm soll den Namen dht.py bekommen. Wechseln Sie in das Verzeichnis \/boot\/AA\/PY und legen Sie mit dem Editor nano\u00a0 die Datei dht.py an.<\/p>\n
      cd \/boot\/AA\/PY\r\nsudo nano dht.py<\/pre>\n
      Schreiben Sie den Quelltext aus Abb. 10 ab. Wichtig dabei ist:<\/p>\n