Difference between revisions of "Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur"

Latest revision as of 13:25, 22 September 2023

Für viele Experimente benötigt man ein kleines, zuverlässiges und schnelles Luftfeuchtigkeitsmessgerät. Ein weltweit verbreieter Standardsensor dafür ist der Sht31, der auch noch über ein empfindliches Thermometer verfügt.

Versuchsaufbau mit SHT31
Der SHT31-Sensor mit ESP32 im Detail

Aufbau

Die Verkabelung des Sensors ist wieder wie üblich: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22, SDA –21. Als Stromversorgung dient hier einfach eine kleine Powerbank, auf die der ESP32 mit Doppelseitigem Klebeband befestigt wird. Der SHT31 wurde über ein vieradriges Kabel mit dem ESP32 verbunden und am Ende alles mit Schrumpfschlauch versiegelt. Tipp: Als Kabel kann man z. B. ein nicht mehr benötigtes USB-Kabel verwenden. Sowas liegt häufig in größerer Anzahl rum. Und die Kabel sind meist angenehm flexibel.

Programmierung

Der ESP32 wird über die Arduino IDE programmiert. Es müssen die Definitionen für den ESP32 und die phyphox-Bibliothek installiert sein. Siehe dazu das Video unter Category: Arduino library experiments.

Es ist darauf zu achten, dass jeder ESP32 eine eigene Kennung hat (diese wird in PhyphoxBLE::start("ThermoHygro01") festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.

#include <phyphoxBle.h> 
#include "Wire.h"
#include "SHT31.h"
#define SHT31_ADDRESS   0x44

uint32_t start;
uint32_t stop;
SHT31 sht;

void setup()
{
   PhyphoxBLE::start("ThermoHygro_01");          //Start the BLE server
//Experiment
    PhyphoxBleExperiment experiment;
    experiment.setTitle("ThermoHygro");
    experiment.setCategory("Arduino Experiments");
    experiment.setDescription("Plot the Temperature and Humidity over time.");

//View
    PhyphoxBleExperiment::View view;
//Value
    PhyphoxBleExperiment::Value Value1;
    Value1.setLabel("Theta = ");
    Value1.setUnit("°C");
    Value1.setChannel(1);
    PhyphoxBleExperiment::Value Value2;
    Value2.setLabel("h = ");
    Value2.setUnit("%");
    Value2.setChannel(2);  
//Graph
    PhyphoxBleExperiment::Graph graph1;
    graph1.setLabel("Temperatur");
    graph1.setUnitX("s");
    graph1.setUnitY("°C");
    graph1.setLabelX("time");
    graph1.setLabelY("Theta");
    graph1.setChannel(0,1);

    PhyphoxBleExperiment::Graph graph2;
    graph2.setLabel("Luftfeuchtigkeit");
    graph2.setUnitX("s");
    graph2.setUnitY("%");
    graph2.setLabelX("time");
    graph2.setLabelY("h");
    graph2.setChannel(0,2);

    view.addElement(graph1);                 //Attach graph to view
    view.addElement(Value1);
    view.addElement(graph2);                 //Attach graph to view
    view.addElement(Value2);
    experiment.addView(view);               //Attach view to experiment
    PhyphoxBLE::addExperiment(experiment);  //Attach experiment to server

  Serial.begin(38400);
  Wire.begin();
  sht.begin(SHT31_ADDRESS);
  Wire.setClock(100000);

  uint16_t stat = sht.readStatus();
}


void loop()
{
  start = micros();
  sht.read();         // default = true/fast       slow = false
  stop = micros();
  float temp = sht.getTemperature();
  float hum = sht.getHumidity();
  Serial.print(temp, 1);
  Serial.print(" ");
  Serial.println(hum, 1);
  PhyphoxBLE::write(temp,hum);
  delay(10);
}

Arbeitsmaterialien

Das Agnes-Pockels-Labor der TU-Braunschweig hat ein gutes Arbeitsblatt zur Feuchtigkeit in Lebensmitteln entwickelt, wo der hier vorgestellte Sensor sehr gut eingesetzt werden kann: https://www.tu-braunschweig.de/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=141991&token=1885b8e910a2d558b6989a612d2b9623696dcf98

@@ Line 4: / Line 4: @@
   | Sensors = SHT31
 }}
-Auch wenn man für viele Beschleunigungsexperimente prinzipiell den im Smartphone verbauten Beschleunigungs- und Drehratensensor verwenden könnte, macht auch hier ein externer Sensor sehr viel Sinn:
+Für viele Experimente benötigt man ein kleines, zuverlässiges und schnelles Luftfeuchtigkeitsmessgerät. Ein weltweit verbreieter Standardsensor dafür ist der Sht31, der auch noch über ein empfindliches Thermometer verfügt.
-.	Man möchte nicht, dass ein Smartphone bei einer Messung Schaden nimmt.
-.	Man weiß nicht millimetergenau, wo genau die Sensoren im Smartphone verbaut sind.
-.	Sensoren wie der hier verwendete MPU-6050 sind günstig, gut und dank der I2C-Bus-Schnittstelle sehr einfach zu verlöten.
-Hier soll der Sensor für Beschleunigungsmessungen auf der Luftkissenbahn sowie für Drehraten- und Zentrifugalbeschleunigungsmessungen eingesetzt werden. Aus diesem Grund ist das Programm so aufgebaut, dass der Sensor die Resultierende aus ax und ay sowie die Resultierende Drehrate aller drei Achsen übermittelt. Direkt nach dem Starten oder einem Reset muss der Sensor einige Sekunden ruhen. Während dieser Zeit wird die Beschleunigung auf null Tariert. So wird die Erdbeschleunigung rausgerechnet, falls der Sensor schief liegt. Der Sensor funktioniert so gut, dass aus den Parabeln im 3. Graph millimetergenau der Radius zur Dreachse ermittelt werden kann.
 <gallery widths=500px heights=400px>
-File:Drehrate.jpg|Aufbau
+File:SHT31_2.jpg|Versuchsaufbau mit SHT31
-File:Drehrate_2.jpg|Aufbau mit Schumpfschlauch und Klettband
+File:SHT31_3.jpg|Der SHT31-Sensor mit ESP32 im Detail
 </gallery>
 ==Aufbau==
 Die Verkabelung des Sensors ist wieder wie üblich: 3V3 – Vin, Gnd – Gnd, SCL – 22,
-SDA –21. Als Stromversorgung dient hier einfach eine kleine Powerbank, auf die der ESP32 mit Doppelseitigem Klebeband befestigt wird. Der MPU-6050 wurde mit etwas Heißkleber auf den ESP32 neben das Kommunikationsmodul geklebt und am Ende alles mit Schrumpfschlauch versiegelt.
+SDA –21. Als Stromversorgung dient hier einfach eine kleine Powerbank, auf die der ESP32 mit Doppelseitigem Klebeband befestigt wird. Der SHT31 wurde über ein vieradriges Kabel mit dem ESP32 verbunden und am Ende alles mit Schrumpfschlauch versiegelt. Tipp: Als Kabel kann man z. B. ein nicht mehr benötigtes USB-Kabel verwenden. Sowas liegt häufig in größerer Anzahl rum. Und die Kabel sind meist angenehm flexibel.
 ==Programmierung==
 Der ESP32 wird über die Arduino IDE programmiert. Es müssen die Definitionen für den ESP32 und die phyphox-Bibliothek installiert sein. Siehe dazu das Video unter [[:Category: Arduino library experiments]].
-Es ist darauf zu achten, dass jeder ESP32 eine eigene Kennung hat (diese wird in ''PhyphoxBLE::start("Thermometer_01")'' festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.
+Es ist darauf zu achten, dass jeder ESP32 eine eigene Kennung hat (diese wird in ''PhyphoxBLE::start("ThermoHygro01")'' festgelegt). Anschließend kann über das Plus-Symbol in phyphox ein Bluetooth-Experiment hinzugefügt werden, das Experiment wird dann automatisch geladen.
 <pre>
-#include <Adafruit_MPU6050.h>
-#include <Adafruit_Sensor.h>
-#include <Wire.h>
 #include <phyphoxBle.h>
-Adafruit_MPU6050 mpu;
+#include "Wire.h"
+#include "SHT31.h"
-float Beschleunigung = 0;
+#define SHT31_ADDRESS   0x44
-float Drehrate = 0;
-float ZeroX = 0;
-float ZeroY = 0;
-void setup(void) {
+uint32_t start;
-    PhyphoxBLE::start("Beschleunigungssensor");
+uint32_t stop;
+SHT31 sht;
-    //Experiment
+void setup()
+{
+   PhyphoxBLE::start("ThermoHygro_01");          //Start the BLE server
+//Experiment
      PhyphoxBleExperiment experiment;
+     experiment.setTitle("ThermoHygro");
-     experiment.setTitle("Beschleunigungssensor");
      experiment.setCategory("Arduino Experiments");
-     experiment.setDescription("Plot the acceleration over time.");
+     experiment.setDescription("Plot the Temperature and Humidity over time.");
-    //View
+//View
      PhyphoxBleExperiment::View view;
+//Value
-     //Graph
+     PhyphoxBleExperiment::Value Value1;
+    Value1.setLabel("Theta = ");
+    Value1.setUnit("°C");
+    Value1.setChannel(1);
+    PhyphoxBleExperiment::Value Value2;
+    Value2.setLabel("h = ");
+    Value2.setUnit("%");
+    Value2.setChannel(2);
+//Graph
      PhyphoxBleExperiment::Graph graph1;
-     graph1.setLabel("Beschleunigung");
+     graph1.setLabel("Temperatur");
      graph1.setUnitX("s");
-     graph1.setUnitY("m/s2");
+     graph1.setUnitY("°C");
      graph1.setLabelX("time");
-     graph1.setLabelY("ax");
+     graph1.setLabelY("Theta");
      graph1.setChannel(0,1);
-    //Graph
      PhyphoxBleExperiment::Graph graph2;
-     graph2.setLabel("Drehrate");
+     graph2.setLabel("Luftfeuchtigkeit");
      graph2.setUnitX("s");
-     graph2.setUnitY("1/s");
+     graph2.setUnitY("%");
      graph2.setLabelX("time");
-     graph2.setLabelY("omega");
+     graph2.setLabelY("h");
      graph2.setChannel(0,2);
-    PhyphoxBleExperiment::Graph graph3;
-    graph3.setLabel("Beschleunigung");
-    graph3.setUnitX("1/s");
-    graph3.setUnitY("m/s2");
-    graph3.setLabelX("omega");
-    graph3.setLabelY("ax");
-    graph3.setStyle("dots");
-    graph3.setChannel(2,1);
      view.addElement(graph1);                 //Attach graph to view
+    view.addElement(Value1);
      view.addElement(graph2);                 //Attach graph to view
-     view.addElement(graph3);                 //Attach graph to view
+     view.addElement(Value2);
      experiment.addView(view);               //Attach view to experiment
      PhyphoxBLE::addExperiment(experiment);  //Attach experiment to server
-    mpu.begin();
+  Serial.begin(38400);
-    mpu.setAccelerometerRange(MPU6050_RANGE_4_G);
+  Wire.begin();
-    mpu.setGyroRange(MPU6050_RANGE_1000_DEG);
+  sht.begin(SHT31_ADDRESS);
-    mpu.setFilterBandwidth(MPU6050_BAND_21_HZ);
+  Wire.setClock(100000);
-    delay(1000);
-    //Offsetkorrektur
+  uint16_t stat = sht.readStatus();
-    ZeroX=0;
-    ZeroY=0;
-    for(int i=0;i<7;i++){
-      sensors_event_t a, g, temp;
-      mpu.getEvent(&a, &g, &temp);
-      ZeroX+=a.acceleration.x;
-      ZeroY+=a.acceleration.y;
-      delay(10);
-    }
-    ZeroX=ZeroX/7;
-    ZeroY=ZeroY/7;
 }
-void loop() {
-   sensors_event_t a, g, temp;
+void loop()
-   mpu.getEvent(&a, &g, &temp);
+{
-   Beschleunigung = sqrt(sq(a.acceleration.x-ZeroX)+sq(a.acceleration.y-ZeroY));
+   start = micros();
-   Drehrate = sqrt(sq(g.gyro.x)+sq(g.gyro.y)+sq(g.gyro.z));
+   sht.read();         // default = true/fast       slow = false
-   PhyphoxBLE::write(Beschleunigung, Drehrate);
+   stop = micros();
+  float temp = sht.getTemperature();
+   float hum = sht.getHumidity();
+  Serial.print(temp, 1);
+  Serial.print(" ");
+  Serial.println(hum, 1);
+   PhyphoxBLE::write(temp,hum);
    delay(10);
 }
 </pre>
 ==Arbeitsmaterialien==
+Das Agnes-Pockels-Labor der TU-Braunschweig hat ein gutes Arbeitsblatt zur Feuchtigkeit in Lebensmitteln entwickelt, wo der hier vorgestellte Sensor sehr gut eingesetzt werden kann:
+https://www.tu-braunschweig.de/index.php?eID=dumpFile&t=f&f=141991&token=1885b8e910a2d558b6989a612d2b9623696dcf98
 [[Category:Arduino library experiments]]

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