Selbstgebaute Wetterstation

Wie hoch sind Temperatur und Luftfeuchtigkeit?

Methodenkarte: Selbstgebaute Wetterstation

Selbstgebaute Wetterstation

Zielgruppe Dauer Level Gruppengröße
ab 10 Jahren 5 bis 10 Stunden 3 3 TN's

Kurzbeschreibung

In diesem Projekt wird ein Temperatursensor mit einem OLED-Display an einen Raspberry Pi Pico angeschlossen, um Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswerte anzuzeigen. Ziel ist es, die Grundlagen der Sensorik und Programmierung zu vermitteln, die Teamarbeit zu fördern und ein Bewusstsein für die Verbindung von Natur und digitaler Technologie zu schaffen.

Ziele
- Teamarbeit fördern
- Technologien und Nachhaltigkeit kritisch reflektieren
- Grundlagen der Sensorik und von MicroPython vermitteln

Material Werkzeug
  • Raspberry Pi Pico Set
  • Breadboard
  • Jumper, Dupont Kabel-Set
  • Temperatur-/Feuchtigkeitssensor DHT22
  • OLED-Display SSD1306
  • Lötset/Station
  • Zangenset
  • Sortier-/Projektbox

Ablauf

  1. Vorbereitung:
    Material und Werkzeuge werden bereitgestellt und vorab getestet, z.B. dass alle Bauteile richtig auf das Breadboard gesteckt sind (siehe QR-Code). Ein Demomodell dient als Anschauungsobjekt. Die Workshopleitung stellt sicher, dass die Programmierumgebung Thonny installiert ist und passende Zusatzmaterialien vorliegen. Die Teams überlegen, wie das Projekt an ihre Lebenswelt anknüpfen kann, und spielen mögliche Workshop-Szenarien durch. Je nach Alter, Vorwissen und Beziehungsarbeit kann die Workshopzeit reduziert werde (z.B. bei der Phase Projektvorbereitung und Projektstart).
  2. Projektstart:
    Die Teilnehmenden starten mit einem Check-in, klären die Tagesziele ab und erarbeiten gemeinsame Regeln. Eine Ideensammlung zeigt mögliche Einsatzbereiche des Temperatursensors, unterstützt durch Videos und Recherchen. In Kleingruppen verteilen die Teilnehmenden Rollen wie Programmierer/in, Ingenieur/in oder Tester/in, um die Arbeit zu strukturieren.
  3. Praktische Arbeit, Aufbau und Test:
    Die Teams bauen das Projekt-Set mit den bereitgestellten Materialien zusammen. Nach dem Aufbau testen sie den Temperatursensor, indem sie Werte wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit überprüfen. Experimente, wie etwa das Anhauchen des Sensors, verdeutlichen die Funktionsweise.
  4. Programmierung:
    Die Programmierumgebung Thonny wird genutzt, um den Code auf dem Raspberry Pi Pico anzupassen. Änderungen an der Reihenfolge oder Anzeige der Daten auf dem OLED-Display erlauben erste Erfahrungen mit Coding. Erweiterungen im Code bieten Raum für Kreativität.
  5. Reflexion:
    Die Teilnehmenden reflektieren in Gruppenarbeit, was gut funktioniert hat und was verbessert werden könnte. Sie teilen ihre Erfahrungen und erhalten Feedback von den Workshopleitung. Der Workshop endet mit einem Ausblick auf Anschlussprojekte.

Autor*in: Shelly Pröhl (Büro Berlin des JFF)

Installation Thonny

Wir programmieren das Raspberry Pi Pico mit der Skriptsprache MicroPython in der kostenlosen Entwicklungsumgebung (IDE) Thonny. Dafür verwenden wir einen Computer oder Laptop.

Thonny https://thonny.org/
Micropython https://micropython.org/

Was ist eine IDE?

Eine IDE (Integrated Development Environment) ist eine Software, die euch beim Schreiben, Testen und Ausführen von Code (Programmen) unterstützt. Sie vereint viele hilfreiche Werkzeuge an einem Ort, darunter:

Was ist Thonny?

Thonny ist eine einfache und benutzerfreundliche IDE, die speziell für Python entwickelt wurde. Sie eignet sich besonders gut für Einsteiger*innen, die das Programmieren gerade erst lernen. Thonny bietet eine übersichtliche Benutzeroberfläche und viele hilfreiche Funktionen, die den Einstieg ins Programmieren erleichtern. Es ist ein großartiges Tool, um erste Schritte mit Python und MicroPython zu machen. 

drawing drawing

Installation von Thonny auf verschiedenen Betriebssystemen

Installation auf Windows

Installation auf Linux (Ubuntu)

sudo apt update

sudo apt install thonny

Installation auf macOS

Übung

Versuche nach der Installation, siehe unten, über die IDE Thonny eine Bibliothek zu installieren, zum Beispiel die Bibliothek 'NeoPixel'.

Das Raspberry Pi Pico mit Thonny programmieren

Um ein neues Raspberry Pi Pico zu programmieren, müssen wir es zunächst vorbereiten. Es mag anfangs nach vielen Schritten klingen, aber sobald ihr es einmal gemacht habt, geht der Rest richtig schnell! (｡•́‿ •̀｡) Wir teilen den Prozess in drei Schritte auf:

  1. Installation von MicroPython auf dem Raspberry Pi Pico
  2. Raspberry Pi Pico mit Thonny öffnen
  3. Ein Programm auf dem Raspberry Pi Pico speichern/laden

Installation von Micropython auf dem Raspberry Pi Pico

Während der Installation oder dem Laden von MicroPython auf das Raspberry Pi Pico trennt sich das Laufwerk automatisch vom Computer. Dies zeigt an, dass die Installation abgeschlossen ist. Zieht auf keinen Fall das Kabel während dieses Prozesses vom Pico ab, da dies die Installation unterbrechen und zu Fehlern führen könnte.

Sicherheit geht vor – lasst das Pico in Ruhe arbeiten! (˶ᵔ ᵕ ᵔ˶)

pico-click_v2.gif

Mit Thonny ein Programm auf dem Raspberry Pi Pico speichern/laden

Nachdem ihr Thonny geöffnet habt, könnt ihr über das Menü die Option Dateien/Files auswählen, um Dateien zu verwalten.

So könnt ihr eure Programme einfach verwalten und sicherstellen, dass sie immer an der richtigen Stelle gespeichert sind!

Achtet beim Speichern auf dem Raspberry Pi Pico darauf, dass die Datei den Namen main.py hat. Nur mit diesem Dateinamen erkennt das Pico euer Programm automatisch und führt es nach dem Starten aus. ᓚ₍ ^. .^₎

thonny-open-save_pico_002.pngRaspberry Pi Pico mit Thonny öffnen

Normalerweise kommuniziert Thonny automatisch mit dem Raspberry Pi Pico, sobald es angeschlossen ist. Wenn ihr Thonny geöffnet habt, geht wie folgt vor:

  1. Wählt im Menü die Option Dateien/Files aus.
  2. Im neuen Dialog könnt ihr das Raspberry Pi Pico als Speicherort auswählen.
  3. Anschließend könnt ihr eure main.py-Datei auf dem Pico finden, auswählen und öffnen.

So könnt ihr sicherstellen, dass euer Programm korrekt geladen und ausgeführt wird!

Nachdem ihr eure main.py zum Öffnen ausgewählt habt, könnt ihr das Programm in Thonny bearbeiten. Wenn ihr Änderungen vornehmt und auf Speichern klickt, wird das Programm automatisch auf dem Raspberry Pi Pico aktualisiert und gespeichert. So bleiben eure Änderungen direkt auf dem Pico erhalten! ¯\_(ツ)_/¯

thonny-open-save_pico_003.pngProgramm starten/stoppen

Nachdem ihr ein Programm erfolgreich auf das Raspberry Pi Pico gespeichert oder übertragen habt, könnt ihr es ausführen und bei Bedarf stoppen:

thonny_pico_004.png

Zusammenbau

drawing

Beispiel-Verkabelung (siehe Abbildung oben):
In der Abbildung werden rote, schwarze und grüne Kabel (Jumper) verwendet, die jeweils eine spezifische Funktion haben:

- Rot (Power/PWR): Liefert Energie an das Bauteil, damit es funktioniert.
- Schwarz (Ground/GRD): Schließt den Stromkreis und leitet überschüssige Energie ab.
- Grün (Data): Überträgt die Daten zwischen dem Raspberry Pi Pico und dem Bauteil.

Vorbereitung:

Stellen Sie sicher, dass Sie alle benötigten Komponenten haben: Raspberry Pi Pico, OLED-Display (SSD1306), Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor (DHT22), Jumper-Kabel, einen Widerstand (4,7 kΩ) und ein Breadboard.

a) Stromversorgung einrichten:

b) Temperatur-/Luftfeuchtigkeitssensor DHT22 anschließen:

Hinweis:

Ein Pull-up-Widerstand (meist 4,7 kΩ) ist erforderlich, um die Datenleitung stabil auf "High" zu halten und Kommunikationsprobleme mit dem DHT22-Sensor zu vermeiden. Er stellt sicher, dass der Sensor seine Daten zuverlässig an den Mikrocontroller übertragen kann.

c) OLED Display SSD1306 anschließen:

Der Code

Hier ist ein Beispielcode für eure Programmierung in Micropython in der IDE Thonny auf dem Raspberry Pi Pico.

Ihr könnt diese Code Kopieren und in eine Datei namens 'main.py' speichern. Die Bezeichnung ist entscheidend, damit das Raspberry Pi Pico euren Code versteht!

Ganz besonders ist, dass ihr aber nicht nur diese Datei benötigt, sondern auch eine Datei, wo der Code gespeichert ist, welcher das Display steuert. Diesen könnt ihr hier Herunterladen -> ssd1306.py. Beide Dateien speichert ihr dann über die IDE Thonny auf euer Raspberry Pi Pico. :)

from machine import Pin, I2C
#
import time
import utime
import framebuf
#
import dht
from ssd1306 import SSD1306_I2C
#
# OLED pixel definition (WxH)
WIDTH  = 128 
HEIGHT = 32
# I2C0 pin assignments
SCL = 5
SDA = 4
# DHT22 sensor
sensor = dht.DHT22(Pin(2))
# Initialize I2C0, Scan and Debug print of SSD1306 I2C device address
i2c = I2C(0, scl=Pin(SCL), sda=Pin(SDA), freq=200000)
# Initialize OLED
oled = SSD1306_I2C(WIDTH, HEIGHT, i2c)

# Initialize LED (Pin 25)
led = machine.Pin(25,machine.Pin.OUT)
# Toggle LED functionality
def BlinkLED(timer_one):
    led.toggle()
# Initialize timer_one. Used for toggling the on board LED
timer_one = machine.Timer()
# timer_one initialization for on board blinking LED at 200ms interval
timer_one.init(freq=5,mode=machine.Timer.PERIODIC,callback=BlinkLED)

while True:
    time.sleep_ms(250)
    sensor.measure()
    oled.fill(0)
    temp = sensor.temperature()
    hum = sensor.humidity()
    oled.text("Temp. {} C".format(temp),5,5)
    oled.text("Feucht. {:.0f} % ".format(hum),5,15)
    #Show display
    oled.show()
    # Wait for Five seconds. Then proceed to collect next sensor reading.
    time.sleep_ms(5000)

Online-Ressourcen

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