Hau weg das alte Thermometer, her mit einem Thermometer 2.0

Hast du in deinem Zuhause einen Thermometer? Oder einen Sensor, der die Feuchtigkeit in deiner Wohnung misst?

Früher hatte man in nahezu jedem Haushalt mindestens ein Thermometer. So war das zumindest bei uns, bei Verwandten, bei Eltern von Freunden, … Doch die jüngere Generation – dazu zähle ich auch uns – weiß damit nicht so richtig etwas anzufangen. Doch warum ist das denn so? Hast du dich das auch schon einmal gefragt?

Thermometer

Temperaturen spielen in erster Linie eine Rolle, wenn es um die Auswahl der Kleidung für den kommenden Tag geht – zumindest scheint es so. Man informiert sich auf Wetterportalen im Netz oder bekommt durch ein Widget diese Information direkt auf das Smartphone. Die Informationen sind da, du musst sie nicht selbst erheben. Besonders praktisch ist es auch, dass dein Smartphone durch sein GPS-Modul immer genau weiß, wo du dich aufhältst und dir die richtigen Daten anzeigen kann.

Doch wenn es um deine eigene Wohnung geht, sollte man diese These überdenken. Wenn du in deinem Zuhause zu niedrige Temperaturen hast, dann frierst du nicht einfach nur. Man fühlt sich unwohl und möchte sich nur im Bett verstecken. Und auch wenn es um die Luftfeuchtigkeit geht sollte man vorsichtig sein. Eine zu hohe Luftfeuchtigkeit führt zu einem erhöhten Risiko von Schimmel.

Aus diesem Grund haben wir uns mal für dich auf die Suche begeben, wie wir das Smarthome durch Sensoren – Thermometer und Hydrometer – noch besser gestalten können. Wir wurden bei der Suche fündig und möchten dir nun ein Bauteil für den Raspberry Pi vorstellen, das sich um die Messung von Temperatur und Feuchtigkeit kümmert. Am Ende des Beitrags sollst du in der Lage sein, dieses Modul selbst zu installieren und in Betrieb zu nehmen. Wir widmen uns also dem Thema Raspberry Pi Anwendungsmöglichkeiten und bauen eine eigene kleine Wetterstation für Zuhause mit Thermometer und Hygrometer.

Der Raspberry Pi und sein Thermometer

Wusstest du, dass der Raspberry Pi ein integriertes Thermometer hat? Dieser misst genauso die Temperaturen wie das externe Modul, welches wir dir hier vorstellen. Jetzt fragst du dich, wieso du dann ein externes Modul kaufen sollst, wenn der Raspberry Pi doch selbst bereits die Temperatur messen kann. Und die Frage ist berechtigt. Ich habe sie mir auch für einen kurzen Moment gestellt, ehe mir ein Licht aufgegangen ist.

Das interne Thermometer des Pis ist auf der Platine befestigt und ermittelt die Daten in seiner unmittelbaren Umgebung bzw. die Temperatur des Geräts selbst. Beim Betrieb des Raspberry Pi entsteht jedoch – wie bei jedem anderen Computer auch – Wärme. Die Wärme wird in den Raum abgegeben. Eine aktive Kühlung durch Lüfter hat der Raspberry Pi nicht.

Nun ist es so, dass dadurch Werte gemessen werden, die „im“ Raspberry Pi sind. Du wirst sehen, es sind wirklich Werte, die absolut gar nicht zur Umgebungstemperatur passen – außer vielleicht in einem Gewächshaus im Sommer. Um dieses Problem in einer Messung zu vermeiden, nutzt man ein externes Thermometer, welches einen gewissen Abstand zum Raspberry Pi hat. Die Werte entsprechen dann der Umgebungstemperatur und nicht mehr denen, des Pis.

Der Sensor muss Widerstand leisten

Wenn du dich auf die Suche nach einem Sensor für deinen Pi begibst wirst du merken, dass es weit mehr als einen Sensor gibt. Aus diesem Grund solltest du dringend auf den richtigen Sensor achten.

DHT11 Thermometer Hydrometer

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Der „richtige“ Sensor hat bereits Widerstände integriert, welche den korrekten Stromdurchfluss regulieren. Andere Sensoren haben dies nicht und so kam es vor, dass sich Hobbybastler den falschen Sensor kauften (oder verwechselten), diesen voller Freude an ihren Raspberry Pi angeschlossen haben und ernüchtert feststellen mussten, dass er kaputt ging.

Wir können dir daher den Sensor empfehlen, den wir selbst auch benutzen. Mit anderen Sensoren haben wir bisher keine Erfahrung gemacht. Wir raten dir daher, dir den gleichen Sensor zuzulegen.

Schrauben, kleben, hämmern – Den Sensor anschließen

Jede Komponente ist nutzlos, wenn sie nicht angeschlossen wird. Wir haben uns durch viele Internetseiten gewühlt, um den Thermometer sowie Hydrometer korrekt installieren zu können. Wir gehen nun Schritt für Schritt mit dir durch die Anleitung, denn danach kannst du völlig alleine deinen Sensor in Betrieb nehmen!

Wichtig ist, dass wir uns auf den verlinkten Sensor beziehen. Dieser hat einen integrierten Widerstand und benötigt daher keinen externen. Wenn du einen anderen Sensor nutzt – bzw. ein anderes Bauteil – musst du unbedingt auf den richtigen Widerstand achten, denn sonst machst du dir deinen Sensor direkt kaputt.

Zuerst brauchst du Zugang zu den GPIOs deines Raspberry Pi. Im Idealfall sind diese noch unbelegt, dann ist das Anschließen kein Problem. Sofern du jedoch bereits mehrere Dinge angeschlossen hast, musst du in deinem individuellen Fall schauen, wie du das richtig anschließt.

Du nimmst zu Beginn deinen Sensor in die Hand und schaust ihn dir an. Er besteht aus einem blauen Kästchen, in dem die Technik zur Messung versteckt ist mitsamt des Widerstands. An er Unterseite ragen die Anschlüsse heraus, die man mit den GPIOs des Pi verbindet. Sie übertragen den benötigten Strom sowie die Daten, damit später alles korrekt funktionieren kann.

Als Oberseite definieren wir nun diese, wo das Kästchen seine Löcher hat. Also nicht die glatte Hinterseite. Davon ausgehend kümmern wir uns nun um den linken Anschluss. Dieser ist dazu da, um die Stromversorgung herzustellen. Der Sensor benötigt hier 3.3 Volt, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Der Anschluss tut also nichts anderes, als den ganzen Tag Strom zu übertragen. Wenn er nicht angeschlossen ist, funktioniert gar nichts. Als nächstes kümmern wir uns um den mittleren Anschluss. Dieser ist mit dem GPIO des Raspberry Pi verbunden.

Hierfür benötigst du einen freien GPIO an deinem Raspberry Pi, beispielsweise den GPIO 23 (PIN 16). Diesen haben wir für uns genutzt. Merke dir diese Zahl, sofern du eine abweichende nutzt, denn du brauchst das für die Software später wieder.

Der rechte Anschluss ist der Minuspol der Schaltung. Man muss ihn also mit dem passenden GPIO am Raspberry Pi verbinden, damit die Rückleitung komplett hergestellt ist. Als Beispiel kannst du da den Pin 6 des Raspberry nutzen. Wenn du diesen nicht anschließt, wird deine Schaltung nicht funktionieren.

Hau drauf die Software

Fehlt noch die Software. Diese installierst du direkt per SSH-Verbindung auf deinem Raspberry Pi. Nutze zum Verbindungsaufbau ein Programm wie PuTTY. Damit stellst du direkt eine Verbindung zum Pi her und kannst die Kommandozeile (Bash) dort nutzen.

So viel zum einfachen Teil. Nun installierst du die Software auf deinem Pi. Das wird etwas knifflig, aber wir versuchen das sehr verständlich rüber zu bringen.

Du beginnst erstmal damit, den update-Befehl einzugeben: sudo apt-get update

Damit aktualisierst du deine Paketquellen, dass du auch die aktuellste Version beziehst.

Danach kommt die Installation der Software, die wir brauchen, um unsere eigentliche Software an den Start zu bekommen. Du brauchst die Pakete build-essential, python-dev, python-openssl sowie git.

Build-essential hilft dir, ein Programm aus dem heruntergeladenen Quellcode zu erstellen. Dieses Tools brauchst du unbedingt, da sich sonst keine lauffähige Version erstellen lässt. Python-dev sind Entwicklertools, die ebenfalls beim Bau der Software in der Programmiersprache Python unterstützen. Python-openssl sind Erweiterungen für die Programmiersprache Python. Git ist ein Verwaltungstool und Versionierungssystem für Quellcode. Viele Open Source Projekte sind dort zu finden und können heruntergeladen werden.

Installieren kannst du die Software per: sudo apt-get install build-essential python-dev python-openssl git

Nachdem die Installation abgeschlossen ist haben wir die Grundlagen dafür, dass wir die Software für die Messung herunterladen, erstellen und nutzen können. Klingt verrückt? Ist aber tatsächlich so. Das Programm, was du brauchst liegt in nicht kompilierter Form vor. Das bedeutet, dass du nur den Quellcode bekommst und dir das Programm selbst erstellen musst. Aber das ist nicht schwer, denn für das Bauen brauchst du nur einen Befehl. Den Rest erledigt ein Softwarepaket, das du zuvor installiert hast.

Doch zuerst holst du dir den Quellcode. Das geht mit dem Befehl:

git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_DHT.git && cd Adafruit_Python_DHT

Was tut der Befehl nun? Im ersten Schritt sagst du, dass der Raspberry Pi ein Git Repository klonen soll. Ein Git Repository ist im Grunde ein Ordner, in dem die ganzen Daten liegen, die du brauchst. Im zweiten Schritt (nach dem &&) wechselst du in den heruntergeladenen Ordner. Du kannst natürlich beide Befehle auch aufteilen und erst klonen, dann wechseln.

Im heruntergeladenen Ordner findest du eine Datei namens setup.py. Diese Datei startet das Erstellen der Software und gibt dir die Möglichkeit, diese danach zu nutzen.

Du startest also den Prozess, indem du eingibst: sudo python setup.py install

Dann heißt es einen Moment zu warten.

Wenn alles fertig ist, kannst du in den Ordner examples navigieren. Dort findest du Vorgefertigtes, mit dem du deinen Sensor direkt auslesen kannst. Probier es einfach mal aus:

sudo ./AdafruitDHT.py 11 23

Wichtig ist, dass du den Punkt vor den Schrägstrich setzt. Wenn dieser fehlt, wird dein Pi das Skript nicht ausführen.

Wofür steht nun die 11 und die 23? Ganz einfach: Die 11 steht für den genutzten Sensor (DHT11) und die 23 gibt den GPIO an, an dem der Sensor angeschlossen ist. Von allein findet der Raspberry Pi es nämlich nicht. Da braucht er noch etwas Unterstützung. Wenn du also einen abweichenden GPIO genutzt hast, musst du diesen hier auch korrekt angeben.

Wenn alles funktioniert hat, bekommst du eine Ausgabe wie diese:

DHT11 Thermometer Hydrometer

DHT11 Ausgabe

Anmerkung

Wie du auf dem Bild erkennen kannst, kann es ab und an zu kleineren – oder auch größeren – Messfehlern kommen. Das ist zwar schade, aber man kann es etwas kompensieren. Wenn du eine kontinuierliche Auswertung der Daten machst, ermittelst du die Mittelwerte und die Ausreißer sind nicht mehr ganz so schlimm. Für das Anzeigen einer einzelnen Messung ist das natürlich doch etwas ärgerlich.

6, setzen!  – wir müssen Nachsitzen

Um die Temperaturen des Sensors auszulesen, nutzen wir ein Skript. Doch nicht zu jeder Zeit haben wir eine bestehende SSH-Verbindung und können dieses Skript ausführen. Was wir jedoch haben, sind Smartphones auf denen der Wert angezeigt werden könnte.

Wir sind derzeit dabei das Skript so zu nutzen, dass es uns nur den Wert von Temp zurückliefert. Diesen Wert müssen wir innerhalb von Openhab an ein Item übergeben, welches wiederum durch die Sitemap seinen Wert anzeigen kann. Dank eines Intervalls können wir dann bestimmen, wie oft der Wert aktualisiert werden soll. Danach steht dieser bis zur nächsten Aktualisierung in der Oberfläche von Openhab.

Bisher ist uns dies jedoch noch nicht gelungen, da wir ein Problem zwischen der Verbindung des Skripts und Openhab haben, welches wir noch lösen müssen. Uns werden zum aktuellen Zeitpunkt keine Daten angezeigt, weshalb wir diesen Teil des Beitrags auch vorerst gestrichen haben und dir stattdessen einen Überblick geben, was wir noch verbessern möchten. Sobald die Arbeiten an diesem Teil der Integration abgeschlossen sind, werden wir das hier im Beitrag nachreichen.


Dieser Beitrag stammt aus einer Zusammenarbeit von Lukas und Marc.

Das Titelbild stammt von Manki Kim – vielen Dank dafür.

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Hau weg das alte Thermometer, her mit einem Thermometer 2.0
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Hau weg das alte Thermometer, her mit einem Thermometer 2.0
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Nutzt du noch einen alten Thermometer? Warum? Nutze den Thermometer 2.0! Damit behältst du immer den Überblick und kannst deine Temperaturen digital auslesen und weiterverwenden.
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