Smarthome Zentrale mit ArduiTouch Teil 7 - Gerät für I2C Sensoren BMP280 und BME 280

Neben anderen kleinen Erweiterungen möchte ich heute ein weiteres entferntes Gerät vorstellen das Messwerte der I2C Sensoren BMP280 und/oder BME280 an unsere Smarthomezentrale liefern.

Die Schaltung basiert auf einem D1 Mini und den Sensoren BMP280 und BME280. Da diese Sensoren eine I2C Adresse von 0X77 oder 0X76 haben können, findet das Programm automatisch heraus welcher Sensor mit welcher Adresse angeschlossen wurde. Ohne Veränderung so wie von AZ Delivery geliefert hat der BMP280 die Adresse 0X77 und der BME 280 die Adresse 0X76.

Die Schaltung ist ganz einfach. Der I2C Takt wird mit D1 des D1 Mini und die Datenleitung mit D2 des D1 Mini verbunden. Beim BMP280 sollte die Chipselect-Leitung mit 3.3 V verbunden werden, damit der BMP280 im I2C Modus startet. Am D1 Mini verbinden wir den RESET Eingang mit dem Pin D0 (lila Leitung). Das Programm versetzt den ESP8266 nach getaner Arbeit in den Tiefschlaf. Durch diese Verbindung wird der ESP8266 nach der eingestellten Zeit wieder geweckt. Zum Flashen sollte man diese Verbindung aber entfernen.

 Sketch:

/*
 WLAN pressure sensor BMP280 and or BME280
 ESP Now to ArduiTouch SmartHome
 If the device does not have a valid server MAC address
 a search will bve made to find a WLAN with SSID ATSmartHome
 The server MAC address will be saved as long as thge power supply 
 will not be interrupted.
 The ESP Now Protokoll is very fast so the higher current for network wiil be
 consumed for a short time (us) only. After sending the values, the device
 switches for five minutes into a deep sleep mode with very low power consumption.
*/

//library for WiFi
#include <ESP8266WiFi.h>
//libraries to use BMP280 and BME280
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>
#include <Adafruit_BMP280.h>
//library for the used message protocol
#include "AT_MessageBuffer.h"


//library for ESP Now
extern "C" {
  #include <espnow.h>
}

//SSID to search for
#define GW_SSID "ATSmartHome"

//flag to switch debug messages on
#define DEBUG true

#define SEND_TIMEOUT 2000  // 2 Sekunden timeout 

//define channels for the two sensors
#define CHANNEL_TEMP_BME 0
#define CHANNEL_PRESS_BME 1
#define CHANNEL_ALT_BME 2
#define CHANNEL_HUM_BME 3
#define CHANNEL_TEMP_BMP 4
#define CHANNEL_PRESS_BMP 5
#define CHANNEL_ALT_BMP 6
 
#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)

//Data structure to save server MAC address
//and a checksum inRTC memory
struct MEMORYDATA {
  uint32_t crc32; //checksum for validation
  uint8_t mac[6];
};


//Global variables
volatile bool callbackCalled;


boolean hasBme = 0;
boolean hasBmp = 0;

//MAC address and WLAN channel
MEMORYDATA statinfo;

AT_MessageBuffer msg;

Adafruit_BME280 bme; // I2C
Adafruit_BMP280 bmp; // I2C

//function to calculate the checksum
uint32_t calculateCRC32(const uint8_t *data, size_t length)
{
  uint32_t crc = 0xffffffff;
  while (length--) {
    uint8_t c = *data++;
    for (uint32_t i = 0x80; i > 0; i >>= 1) {
      bool bit = crc & 0x80000000;
      if (c & i) {
        bit = !bit;
      }
      crc <<= 1;
      if (bit) {
        crc ^= 0x04c11db7;
      }
    }
  }
  return crc;
}

//write server MAC and checksum to RTC memory
void UpdateRtcMemory() {
    uint32_t crcOfData = calculateCRC32(((uint8_t*) &statinfo) + 4, sizeof(statinfo) - 4);
    statinfo.crc32 = crcOfData;
    ESP.rtcUserMemoryWrite(0,(uint32_t*) &statinfo, sizeof(statinfo));
}

//search for the access point
void ScanForSlave() {
  bool slaveFound = 0;
  
  int8_t scanResults = WiFi.scanNetworks();
  // reset on each scan

  if (DEBUG) Serial.println("Scan done");
  if (scanResults == 0) {
    if (DEBUG) Serial.println("No WiFi devices in AP Mode found");
  } else {
    if (DEBUG) Serial.print("Found "); 
    if (DEBUG) Serial.print(scanResults); 
    if (DEBUG) Serial.println(" devices ");
    for (int i = 0; i < scanResults; ++i) {
      // Print SSID and RSSI for each device found
      String SSID = WiFi.SSID(i);
      int32_t RSSI = WiFi.RSSI(i);
      int32_t chl = WiFi.channel(i);
      String BSSIDstr = WiFi.BSSIDstr(i);

      if (DEBUG) {
        Serial.print(i + 1);
        Serial.print(": ");
        Serial.print(SSID);
        Serial.print(" /");
        Serial.print(chl);
        Serial.print(" (");
        Serial.print(RSSI);
        Serial.print(")");
        Serial.println("");
      }
      delay(10);
      // Check if the current device starts with ATSmartHome`
      if (SSID == GW_SSID) {
        // SSID of interest
        if (DEBUG) {
          Serial.println("Found a Slave.");
          Serial.print(i + 1); Serial.print(": "); Serial.print(SSID); Serial.print(" ["); Serial.print(BSSIDstr); Serial.print("]"); Serial.print(" ("); Serial.print(RSSI); Serial.print(")"); Serial.println("");
        }
        int mac[6];
        // get the server MAC and save to RTC memory
        if ( 6 == sscanf(BSSIDstr.c_str(), "%x:%x:%x:%x:%x:%x%c",  &mac[0], &mac[1], &mac[2], &mac[3], &mac[4], &mac[5] ) ) {
          for (int ii = 0; ii < 6; ++ii ) {
            statinfo.mac[ii] = (uint8_t) mac[ii];
          }
          UpdateRtcMemory();
        }

        slaveFound = 1;
        //no more search after AP was found
        break;
      }
    }
  }
  
  
  if (DEBUG) {
    if (slaveFound) {
      Serial.println("Slave Found, processing..");
    } else {
      Serial.println("Slave Not Found, trying again.");
    }
  }

  // release RAM
  WiFi.scanDelete();
}

//function to initilize BME Sensor
//try both valid addresses 77 or 76
boolean initBme() {
  boolean status = bme.begin(0x77);  
  if (!status) status = bme.begin(0x76);
  if (!status) {
      Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
      hasBme = false;
      while (1);
  }
  return status;
}

//function to initilize BMP Sensor
//try both valid addresses 77 or 76
boolean initBmp() {
  boolean status = bmp.begin(0x77);  
  if (!status) status = bmp.begin(0x76);
  if (!status) {
      Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
      hasBme = false;
      while (1);
  }
  if (status) {
  /* Default settings from datasheet. */
    bmp.setSampling(Adafruit_BMP280::MODE_NORMAL,     /* Operating Mode. */
                  Adafruit_BMP280::SAMPLING_X2,     /* Temp. oversampling */
                  Adafruit_BMP280::SAMPLING_X16,    /* Pressure oversampling */
                  Adafruit_BMP280::FILTER_X16,      /* Filtering. */
                  Adafruit_BMP280::STANDBY_MS_500); /* Standby time. */
  }
  return status;
}

void setup() {

  if (DEBUG) {
    Serial.begin(115200); 
    Serial.println("Start");
  }
  //get local MAC address to use it as device id
  String strmac = WiFi.macAddress();
  if (DEBUG) {
    Serial.print("My MAC address = ");
    Serial.println(strmac);
  }
  msg.setId(strmac);
  msg.clear();
  hasBme = initBme();
  if (hasBme && DEBUG) {
    Serial.println("Found Sensor BME");
  }
  hasBmp = initBmp();
  if (hasBmp && DEBUG) {
    Serial.println("Found Sensor BMP");
  }
  //read server MAC from RTC memory
  ESP.rtcUserMemoryRead(0, (uint32_t*) &statinfo, sizeof(statinfo));
  if (DEBUG) Serial.println("RTC Done");
  uint32_t crcOfData = calculateCRC32(((uint8_t*) &statinfo) + 4, sizeof(statinfo) - 4);
  WiFi.mode(WIFI_STA); // Station mode for esp-now sensor node
  if (DEBUG) Serial.println("WifiMode");

  if (statinfo.crc32 != crcOfData) { //if checksum different we do not have a valid server MAC
    if (DEBUG) Serial.println("Scan for slave");
    ScanForSlave();
    //for (uint8_t i = 0; i<6;i++) statinfo.mac[i] = gwmac[i];
    if (DEBUG) {
      Serial.printf("This mac: %s, ", WiFi.macAddress().c_str()); 
      Serial.printf("target mac: %02x%02x%02x%02x%02x%02x", statinfo.mac[0], statinfo.mac[1], statinfo.mac[2], statinfo.mac[3], statinfo.mac[4], statinfo.mac[5]); 
    }
  }
  if (esp_now_init() != 0) {
    if (DEBUG) Serial.println("*** ESP_Now init failed");
    ESP.restart();
  }
  //ESP Now Controller
  WiFi.setAutoConnect(false);
  esp_now_set_self_role(ESP_NOW_ROLE_CONTROLLER);
  uint8_t ch = esp_now_get_peer_channel(statinfo.mac);
  if (DEBUG) Serial.printf("Channel = %i\r\n",ch);
  //initialize Peer data
  int res = esp_now_add_peer(statinfo.mac, ESP_NOW_ROLE_CONTROLLER, 1, NULL, 0);
  if (res==0) Serial.println("Erfolgreich gepaart");
  //register callback
  esp_now_register_send_cb([](uint8_t* mac, uint8_t sendStatus) {
    if (DEBUG) {
      Serial.print("send_cb, status = "); Serial.print(sendStatus); 
      Serial.print(", to mac: "); 
      char macString[50] = {0};
      sprintf(macString,"%02X:%02X:%02X:%02X:%02X:%02X", statinfo.mac[0], statinfo.mac[1], statinfo.mac[2], statinfo.mac[3], statinfo.mac[4], statinfo.mac[5]);
      Serial.println(macString);
    }
    callbackCalled = true;
  });
  
  //set flag to false
  callbackCalled = false;
  
  //start measurement
  //read values and save for sending
  if (hasBme) {
    if (DEBUG){
      Serial.print("Temperature = ");
      Serial.print(bme.readTemperature());
      Serial.println(" *C");
  
      Serial.print("Pressure = ");
  
      Serial.print(bme.readPressure() / 100.0F);
      Serial.println(" hPa");
  
      Serial.print("Approx. Altitude = ");
      Serial.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA));
      Serial.println(" m");
  
      Serial.print("Humidity = ");
      Serial.print(bme.readHumidity());
      Serial.println(" %");
     
    }
    msg.addCelsius(bme.readTemperature(), CHANNEL_TEMP_BME);
    msg.addHektoPascal(bme.readPressure()/100.0F, CHANNEL_PRESS_BME);
    msg.addMeter(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA), CHANNEL_ALT_BME);
    msg.addPercent(bme.readHumidity(), CHANNEL_HUM_BME);
  }
  if (hasBmp) {
    if (DEBUG) {
      Serial.print(F("Temperature = "));
      Serial.print(bmp.readTemperature());
      Serial.println(" *C");
  
      Serial.print(F("Pressure = "));
      Serial.print(bmp.readPressure());
      Serial.println(" Pa");
  
      Serial.print(F("Approx altitude = "));
      Serial.print(bmp.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA)); /* Adjusted to local forecast! */
      Serial.println(" m");
      
    }
    msg.addCelsius(bmp.readTemperature(), CHANNEL_TEMP_BMP);
    msg.addHektoPascal(bmp.readPressure()/100.0F, CHANNEL_PRESS_BMP);
    msg.addMeter(bmp.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA), CHANNEL_ALT_BMP);
  }
  //copy datastructure into sendbuffer
  uint8_t buf[255];
  uint8_t sz;
  sz = 255;
  if (msg.fillBuffer(&buf[0], &sz)) esp_now_send(NULL, buf, sz); // NULL means send to all peers
}

void loop() {
  //wait for data to be sent
  if (callbackCalled || (millis() > SEND_TIMEOUT)) {
    if (DEBUG) Serial.println("Sleep");
    delay(100);
    //go for 10 seconds into deep sleep mode
    //wakeup by reset
    //reset does not delete data in  RTCmemory
    ESP.deepSleep(10E6);
  }
}

Damit dieser Sketch kompiliert werden kann, benötigt man neben den Bibliotheken für die Sensoren, die neueste Version meiner ATMessageBuffer Bibliothek.

Den Code des Sketchs findet man auch in den Beispielen der neuen Version der ATSmartHome Bibliothek.

Nachdem die Smart-Home Zentrale auf den neuesten Stand gebracht wurde, kompilieren wir den Sketch und laden ihn in den D1 Mini. Nach kurzer Zeit sollte im unteren blauen Balken der Smarthome Zentrale die MAC Adresse des D1 Mini erscheinen. Wir klicken einmal lange (mehr als 3 s) auf diese MAC Adresse. Es wird die Registrierungsseite angezeigt. Wir können dem Gerät einen Namen geben und nachdem wir auf Speichern geklickt haben sollten wir die neuen Messwerte auf dem Display sehen. Wenn an der Smarthome Zentrale bereits andere Geräte registriert waren, kann es auch sein, dass die neuen Kanäle auf einer der weiteren Seiten angezeigt werden. Die automatische Registrierung sucht nach freien Plätzen im Display und zeigt dort die neuen Kanäle als kleine Widgets an.

Durch langes klicken auf die Widgets kommt man auf deren Konfigurationsseite und kann Aussehen und Position ändern. Das folgende Bild zeigt eine mögliche Konfiguration, wenn wir beide BMx Sensoren gleichzeitig verwenden.

Zum Schluss noch eine kleine Erweiterung auf der Webseite der Smarthome Zentrale. Wird ein Aktor Widget angezeigt, so hat man die Möglichkeit das entfernte Gerät gleich wie auf der Smarthome-Zentrale selbst, durch einen Klick ein- oder ausschalten. Zum Aktor Widget siehe auch Teil 3 dieser Serie

Hier nochmal die Links zu allen vorangegangenen Teile:

• Teil 1
• Teil 2
• Teil 3
• Teil 4
• Teil 5
• Teil 6

Viel Spass :)