Raspberry Pi Pico W – anzeigen von Sensordaten auf einer Webseite

In diesem Beitrag möchte ich dir zeigen, wie du mit dem Raspberry Pi Pico W, Sensordaten auf einer kleinen Webseite anzeigen lassen kannst.

Der Raspberry Pi Pico W verfügt über 26 digitale Pins, an welche wir diverse Umweltsensoren anschließen können.

In meinem Fall möchte ich den Sensor BME280 anschließen, welcher die Umweltdaten für nachfolgende Werte liefert.

• Temperatur,
• Luftdruck und
• relative Luftfeuchtigkeit

Den Sensor BME280 habe ich dir bereits für den Arduino UNO im Beitrag Arduino Lektion 44: BME280 Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Luftdruck Sensor vorgestellt.

Den Mikrocontroller Raspberry Pi Pico W habe ich dir bereits in den beiden nachfolgenden Beiträgen vorgestellt und auch bereits gezeigt, wie man diesen in MicroPython programmiert.

• Raspberry Pi Pico W mit Wi-Fi Support
• Raspberry Pi Pico W – Webserver programmieren

Hier möchte ich dir nun zeigen, wie du die Sensordaten auf einer kleinen Webseite anzeigen lassen kannst. Und das nicht nur einfach in Textform, sondern in schönen Diagrammen.

Benötigte Ressourcen für dieses Projekt

Für den Nachbau des Projektes benötigst du:

• einen Raspberry Pi Pico W*,
  • ein Micro-USB Datenkabel*,
• ein 400 Pin Breadboard*,
• ein BME280 Sensor*,
• diverse Breadboardkabel*

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Technische Daten des Sensors BME280

Der Umweltsensor BME280 hat nachfolgende technische Daten:

• Betriebsspannung – 3.3V / 5V
• Stromverbrauch – < 1mA
• Temperatur
  • Messbereich -40 °C bis 85 °C
  • Genauigkeit ± 1,0 °C
• Luftdruck
  • Messbereich 300 hPa bis 1100 hPa
  • Genauigkeit ± 1 hPa
• relative Luftfeuchtigkeit
  • Messbereich 0 bis 100 %
  • Genauigkeit ± 3 %

Aufbau der Schaltung – Sensor BME240 am Raspberry Pi Pico W

Bauen wir nun die Schaltung auf, dafür benötigen wir:

• vier Breadboardkabel, männlich-männlich, 10 cm,
• ein 400 Pin Breadboard, sowie natürlich
• den Raspberry Pi Pico W und
• den Sensor BME280

Der Pi Pico W verfügt über 2x I²C Anschlüsse, welche wir wie folgt abgreifen können:

• I²C 0
  • SDA – GP0, GP8, GP12, GP16, GP20
  • SCL – GP1, GP9, GP13, GP17, GP21
• I²C 1
  • SDA – GP2, GP6, GP10, GP14, GP18, GP26
  • SCL – GP3, GP7, GP11, GP15, GP19, GP27

In meinem Fall habe ich einen Sensor verbaut welcher mit 3,3V betrieben wird, solltest du eine 5V Variante haben so musst du natürlich VCC an Pin 40 des Pi Pico anschließen.

DIY Expansionboard

Für den Raspberry Pi Pico habe ich mir ein kleines, eigenes Expansionsboard entworfen, welches mir bequem die Pins für I²C bereitstellt. Da der neue Pi Pico W voll kompatibel mit dem Vorgängermodell ist, kann ich dieses kleine Board weiterverwenden.

Das selbst erstellte Expansionboard für den Raspberry Pi Pico habe ich dir bereits im Beitrag DIY Expansion Board für Raspberry PI Pico mit Grove Adapter vorgestellt.

Programmieren des Sensors BME280 am Raspberry Pi Pico in der Thonny IDE

Damit wir den Sensor BME280 einfacher ansteuern können, verwenden wir ein Modul, welches wir in der Thonny IDE über das Hauptmenü „Extras“ > „Verwaltete Pakete…“ installieren können.

Damit der Menüpunkt „Verwaltete Pakete…“ aktiviert wird, muss dein Computer mit dem Pi Pico verbunden sein.

Zunächst suchen wir nach „bme280“ und wählen aus den Suchergebnissen den Eintrag „micropython-bme280“ aus und wählen im nächsten Schritt die Schaltfläche „Installieren“ (1) aus. Nachdem das Modul installiert wurde kann der Dialog über die Schaltfläche „Schließen“ (2) verlassen werden.

Schritt 1 – auslesen der Sensordaten des BME280

Zunächst lesen wir die Schaltfläche aus und lassen uns die Sensordaten auf der Console anzeigen.

#Modul zum auslesen des Sensors
from bme280 import BME280
#Modul zum ansteuern der Pins des Pico
from machine import Pin, I2C
#Modul um einekleine Pause einzulegen
from time import sleep

#definieren an welchen I2C Pins der Sensor angeschlossen ist
i2c=I2C(0, sda=Pin(0), scl=Pin(1), freq=400000)

#Objekt mit den definierten Werten instanziieren
sensorBME = BME280(i2c=i2c)

#mache Endlos...
while True:
    #auslesen der Werte des Sensors
    temperatur, luftdruck, luftfeuchtigkeit = sensorBME.values
    #Ausgeben der gelesenen Werte
    print('Temperatur (°C): ' + temperatur)
    print('Luftdruck (hPa): ' + luftdruck)
    print('Luftfeuchtigkeit (%): ' + luftfeuchtigkeit)
    #eine kleine Pause von 2 Sekunden
    sleep(2)
    print('************************************')

Ausgabe in der Console der Thonny IDE

MicroPython v1.19.1-88-g74e33e714 on 2022-06-30; Raspberry Pi Pico W with RP2040

Type "help()" for more information.
>>> %Run -c $EDITOR_CONTENT
Temperatur (°C): 18.52C
Luftdruck (hPa): 652.59hPa
Luftfeuchtigkeit (%): 71.17%

Schritt 2 – erstellen der HTML Seite für die Sensordaten

Im zweiten Schritt erstellen wir uns die HTML Seite mit Platzhalter für die bereits ausgegebenen Sensordaten.

Als Editor nutze ich den kostenfreien Notpad++, dieser bietet eine Vielzahl von nützlichen Funktionen und sogar eine Syntaxhervorhebung für HTML Code.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml11/DTD/xhtml11.dtd">
<html>
   <head>
      <title>Pi Pico W - BME280 Sensordaten</title>
      <style>
		h1{text-align:center;font-size:28px;}
		fieldset{width:340px;margin:0 auto;}
		label{width:190px;display:inline-block;}
		input[type=text]{width:120px;}
		input[type=text], label{font-size:20px;}
		legend{font-size:26px;}
	  </style>
   </head>
   <body>
      <h1>Raspberry Pi Pico W - Sensordaten vom BME280</h1>
      <fieldset>
         <legend>Sensordaten</legend>
         <label for="temperaturText">Temperatur:&nbsp;</label><input type="text" value="%s&nbsp;&#8451;" id="temperaturText" disabled=disabled/><br/>
		 <label for="luftfeuchtigkeitText">rel. Luftfeuchtigkeit:&nbsp;</label><input type="text" value="%s&nbsp;&percnt;" id="luftfeuchtigkeitText" disabled=disabled/><br/>
		 <label for="luftdruckText">Luftdruck:&nbsp;</label><input type="text" value="%s&nbsp;hPa" id="luftdruckText" disabled=disabled/><br/>
      </fieldset>
   </body>
</html>

An den Stellen im Code wo wir ein „%s“ stehen haben werden wir später die echten Sensorwerte einfügen.

Ausgabe der Seite im Browser Microsoft Edge:

Da wir später die HTML Seite als Variable im MicroPython Code speichern nutzen wir das Tool https://www.html-code-generator.com/tools/html-compress welches uns Zeilenumbrüche usw. aus dem Code entfernt.

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml11/DTD/xhtml11.dtd"><html><head><title>Pi Pico W - BME280 Sensordaten</title><style>h1{text-align:center;font-size:28px;}fieldset{width:340px;margin:0 auto;}label {width:190px;display:inline-block;}input[type=text]{width:120px;}input[type=text], label{font-size:20px;}legend{font-size:26px;}</style></head><body><h1>Raspberry Pi Pico W - Sensordaten vom BME280</h1><fieldset><legend>Sensordaten</legend><label for="temperaturText">Temperatur:&nbsp;</label><input type="text" value="%s °C" id="temperaturText" disabled=disabled/><br/><label for="luftfeuchtigkeitText">rel. Luftfeuchtigkeit:&nbsp;</label><input type="text" value="%s %" id="luftfeuchtigkeitText" disabled=disabled/><br/><label for="luftdruckText">Luftdruck:&nbsp;</label><input type="text" value="%s hPa" id="luftdruckText" disabled=disabled/><br/></fieldset></body></html>

Schritt 3 – ausliefern der Webseite mit Sensordaten am Raspberry Pi Pico W

Nachdem wir nun die HTML Seite erstellt und komprimiert haben, können wir uns dem Code auf dem Pi Pico widmen.

Wie man eine Webseite ausliefert, habe ich dir bereits im Beitrag Raspberry Pi Pico W – Webserver programmieren gezeigt.

import network
import socket
from bme280 import BME280
from machine import Pin, I2C
from time import sleep

i2c=I2C(0, sda=Pin(0), scl=Pin(1), freq=400000)
sensorBME = BME280(i2c=i2c)

ssid = 'yyyy'
password = 'xxx'

wlan = network.WLAN(network.STA_IF)
wlan.active(True)
wlan.connect(ssid, password)

html = '<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.1//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml11/DTD/xhtml11.dtd"><html><head><title>Pi Pico W - BME280 Sensordaten</title><style>h1{text-align:center;font-size:28px;}fieldset{width:340px;margin:0 auto;}label {width:190px;display:inline-block;}input[type=text]{width:120px;}input[type=text], label{font-size:20px;}legend{font-size:26px;}</style></head><body><h1>Raspberry Pi Pico W - Sensordaten vom BME280</h1><fieldset><legend>Sensordaten</legend><label for="temperaturText">Temperatur:&nbsp;</label><input type="text" value="%s &#8451;" id="temperaturText" disabled=disabled/><br/><label for="luftfeuchtigkeitText">rel. Luftfeuchtigkeit:&nbsp;</label><input type="text" value="%s&nbsp;&percnt;" id="luftfeuchtigkeitText" disabled=disabled/><br/><label for="luftdruckText">Luftdruck:&nbsp;</label><input type="text" value="%s hPa" id="luftdruckText" disabled=disabled/><br/></fieldset></body></html>'

print('waiting for connection...')
max_wait = 10
while max_wait > 0:
    if wlan.status() < 0 or wlan.status() >= 3:
        break
    max_wait -= 1
    print('.', end='')
    sleep(1)

print('')

if wlan.status() != 3:
    raise RuntimeError('network connection failed')
else:
    print('connected')
    status = wlan.ifconfig()
    print('ip = ' + status[0])

addr = socket.getaddrinfo('0.0.0.0', 80)[0][-1]

s = socket.socket()
s.bind(addr)
s.listen(1)

print('listening on', addr)

while True:
    try:
        cl, addr = s.accept()
        print('client connected from', addr)

        temperatur, luftdruck, luftfeuchtigkeit = sensorBME.values
        temperatur = temperatur.replace("C", "")
        luftfeuchtigkeit = luftfeuchtigkeit.replace("%", "")
        luftdruck = luftdruck.replace("hPa","")

        website = html % (temperatur, luftfeuchtigkeit, luftdruck)
       
        cl.send('HTTP/1.0 200 OK\r\nContent-type: text/html\r\n\r\n')
        cl.send(website)
        cl.close()

    except OSError as e:
        cl.close()
        print('connection closed')

Hier nun die fertige Webseite mit den Sensordaten des BME280 Sensors.

Eigentlich wäre damit die Hauptaufgabe erledigt, jedoch ist dieses nicht gerade hübsch, es ist zwar schlicht, aber könnte noch ein paar nette Gimmicks gebrauchen.

Ausblick

Im nächsten Schritt werden wir nun ein Diagramm einbauen und so die Sensordaten visualisieren. Für das Anzeigen von Diagrammen in HTML gibt es einige kostenlose JavaScript Bibliotheken, in diesem Fall möchte ich die Google Gauges nutzen.

Die Google Gauges sind kostenfrei und sehr gut dokumentiert und ich habe bereits einige Beiträge mit diesen gemacht.