ESP32-Wroom/Arduino ESP32: Wetterdaten von Openweather auf einem TFT anzeigen

Lesezeit: 8 Minuten

Inhalt

Darstellung der Daten
- TFT-Display
- Serieller Monitor
Vorbereitung
Benötigte Bauteile
Pinbelegung ESP32-Wroom
Pinbelegung Arduino Nano ESP32
Board installieren:
Benötigte Bibliotheken
Erläuterung zu JSON
Abruf der Daten von openweathermap.org
Das Programm

Mit der API (Application Programming Interface = Programmierschnittstelle) von Openweathermap.org und den damit erhobenen Daten sollen die Wetterdaten auf einem TFT-Display und in etwas ausführlicherer Form im Seriellen Monitor angezeigt werden.

Darstellung der Daten

TFT-Display

➨Pinbelegung verschiedener TFT-Displays

Serieller Monitor

Vorbereitung

Zunächst benötigst du einen API-Schlüssel von Openweathermap.org:

🔗https://home.openweathermap.org/users/sign_up

In der Bestätigungsmail findest du deinen API-Key. Der freie Zugang erlaubt 60 Zugriffe in der Minute.

Quelle: 🔗https://openweathermap.org/price#weather

Benötigte Bauteile

ESP32-Wroom oder Arduino ESP32
TFT
Leitungsdrähte

Pinbelegung ESP32-Wroom

Pinbelegung Arduino Nano ESP32

Board installieren:

Benötigte Bibliotheken

Erläuterung zu JSON

Die Daten liegen im JSON-Format (JavaScript Object Notation) vor. JSON dient dem Austausch von Daten zwischen einem Server und einer Webanwendung. JSON-Daten sind eine Sammlung von Schlüssel-Wert-Paaren. Die Bibliothek filtert aus den Daten diese Schlüssel-Wert-Paare heraus.

Beispiel JSON-Werte beim Aufruf für Bergisch Gladbach, Schlüssel und Wert werden in eckige Klammern eingeschlossen.

Abruf der Daten von openweathermap.org

http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=Bergisch%20Gladbach,de&APPID=6d320ceb0961bbfc928aa313xxxxxxxx&units=metric&lang=de

q= → Name der Stadt, Länderkürzel
APPID → deine APPID (ich habe meine eigene unkenntlich gemacht)
units=metric → metrische Maßangaben, die Temperatur wird als Standard in Kelvin angezeigt
lang=de → Ausgabe der Daten in deutscher Sprache

Das Programm

Einbinden der Bibliotheken und Definition der Variablen

Der einzige Unterschied zwischen den beiden Microcontrollern ist die Zuordnung der SPI-Pins.

#include "WiFi.h"
#include "HTTPClient.h"
#include "Arduino_JSON.h"
#include "time.h"

# include "Adafruit_GFX.h"
# include "Adafruit_ST7735.h"

/*
  SPI-Pins ESP32-Wroom
  DIN 23
  CLK 18
  CS 3
  RST 22
  DC 2
*/
# define TFT_CS        5
# define TFT_RST      22
# define TFT_DC        2

/*
  SPI-Pins Arduino Nano ESP32
  DIN 11
  CLK 13
  CS 10
  RST 8
  DC 9

  # define TFT_CS 10
  # define TFT_RST 8
  # define TFT_DC  9
  Adafruit_ST7735 tft = Adafruit_ST7735(TFT_CS, TFT_DC, TFT_RST);
*/
char Router[] = "Router_SSID";
char Passwort[] = "xxxxxxxx";

// NTP-Server aus dem Pool
#define Zeitserver "de.pool.ntp.org"

/*
  Liste der Zeitzonen
  https://github.com/nayarsystems/posix_tz_db/blob/master/zones.csv
  Zeitzone CET = Central European Time -1 -> 1 Stunde zurück
  CEST = Central European Summer Time von
  M3 = März, 5.0 = Sonntag 5. Woche, 02 = 2 Uhr
  bis M10 = Oktober, 5.0 = Sonntag 5. Woche 03 = 3 Uhr
*/
#define Zeitzone "CET-1CEST,M3.5.0/02,M10.5.0/03"

// time_t enthält die Anzahl der Sekunden seit dem 1.1.1970 0 Uhr
time_t aktuelleZeit;

/* 
  Struktur tm
  tm_hour -> Stunde: 0 bis 23
  tm_min -> Minuten: 0 bis 59
  tm_sec -> Sekunden 0 bis 59
  tm_mday -> Tag 1 bis 31
  tm_mon -> Monat: 0 (Januar) bis 11 (Dezember)
  tm_year -> Jahre seit 1900
  tm_yday -> vergangene Tage seit 1. Januar des Jahres
  tm_isdst -> Wert > 0 = Sommerzeit (dst = daylight saving time)
*/
tm Zeit;

// Daten für die API von Openweather
String APIKey = "6d320ceb0961bbfc928aa313a7bc9979";
String Stadt = "Bergisch Gladbach";
String Land = "DE";

// Aktualisierungs-Intervall
unsigned long Intervall = 60000;

// String für die vom Server gelieferten Daten
String JSONDaten;

setup-Teil

void setup() 
{
  // Zeitzone: Parameter für die zu ermittelnde Zeit
  configTzTime(Zeitzone, Zeitserver);

  Serial.begin(9600);

  // WiFi starten und Verbindung aufbauen
  WiFi.begin(Router, Passwort);
  while (WiFi.status() != WL_CONNECTED) 
  {
    delay(200);
    Serial.print(".");
  }

  // SSID des Routers anzeigen
  Serial.println();
  Serial.print("Verbunden mit ");
  Serial.println(WiFi.SSID());

  // IP anzeigen
  Serial.print("IP: ");
  Serial.println(WiFi.localIP());

  // TFT starten schwarzer Hintergrund
  tft.initR(INITR_BLACKTAB);
  // Rotation anpassen Querformat
  tft.setRotation(1);

  // Schriftgröße
  tft.setTextSize(1);
}

Funktion ServerAntwortHolen()

Im loop-Teil wird die Funktion ServerAntwortholen() aufgerufen. Sie holt die Wetterdaten als String, der im loop-Teil in Schlüssel-Wert-Paare umgewandelt wird.

String ServerAntwortHolen(const char* OpenweatherServer) 
{
  WiFiClient Client;
  HTTPClient httpClient;

  httpClient.begin(Client, OpenweatherServer);

  // Anfrage senden
  int AntwortCode = httpClient.GET();

  String ServerAntwort = "";

  if (AntwortCode > 0) 
  {
    // Serial.print("Antwort-Code: ");
    // Serial.println(AntwortCode);

    // Wetter als String holen, wird später in ein JSON-Objekt umgewandelt
    ServerAntwort = httpClient.getString();
  } 
  
  else {
    Serial.print("Fehler: ");
    Serial.println(ServerAntwort);
  }

  httpClient.end();

  return ServerAntwort;
}

loop-Teil

void loop() 
{
    tft.fillScreen(ST7735_BLACK);
    tft.setTextColor(ST7735_GREEN);

    tft.setCursor(1, 5);

    // aktuelle Zeit holen
    time(&aktuelleZeit);

    // localtime_r -> Zeit in die lokale Zeitzone setzen
    localtime_r(&aktuelleZeit, &Zeit);

    // Tag: führende 0 ergänzen
    if (Zeit.tm_mday < 10) 
    {
      Serial.print("0");
      tft.print("0");
    }
    Serial.print(Zeit.tm_mday);
    Serial.print(".");
    tft.print(Zeit.tm_mday);
    tft.print(".");
  
    // Monat: führende 0 ergänzen
    if (Zeit.tm_mon < 10) 
    {
      Serial.print("0");
      tft.print("0");
    }

    // Zählung des Monats beginnt mit 0 -> 1 hinzufügen
    Serial.print(Zeit.tm_mon + 1);
    Serial.print(".");
    tft.print(Zeit.tm_mon + 1);
    tft.print(".");
  
    // Anzahl Jahre seit 1900
    Serial.print(Zeit.tm_year + 1900);
    Serial.print(" ");
    tft.print(Zeit.tm_year + 1900);
    tft.print(" ");

    // Stunde: wenn Stunde < 10 -> 0 davor setzen
    if (Zeit.tm_hour < 10) 
    {
      Serial.print("0");
      tft.print("0");
    }
    Serial.print(Zeit.tm_hour);
    Serial.print(":");
    tft.print(Zeit.tm_hour);
    tft.print(":");
    
    // Minuten
    // wenn Minute < 10 -> 0 davor setzen
    if (Zeit.tm_min < 10) 
    {
      Serial.print("0");
      tft.print("0");
    }
    Serial.print(Zeit.tm_min);
    Serial.print(":");
    tft.print(Zeit.tm_min);
    tft.print(":");

    // Sekunden
    if (Zeit.tm_sec < 10) 
    {
      Serial.print("0");
      tft.print("0");
    }
    Serial.print(Zeit.tm_sec);
    Serial.println();
    tft.print(Zeit.tm_sec);

    // Wetterdaten holen, wenn WiFi verbunden ist
    if (WiFi.status() == WL_CONNECTED) 
    {
      // Name des Servers und Daten übergeben
      String OpenweatherServer = "http://api.openweathermap.org/data/2.5/weather?q=" + Stadt + ",";
      OpenweatherServer = OpenweatherServer + Land + "&APPID=" + APIKey + "&units=metric";

      // Daten vom Server abrufen
      // c_str() liefert einen mit \0 beendeten String
      JSONDaten = ServerAntwortHolen(OpenweatherServer.c_str());

      // wenn die Stadt nicht gefunden wurde
      if (JSONDaten.indexOf("city not found") > 0) 
      {
        Serial.println("Stadt nicht gefunden!");
        tft.setCursor(1, 40);
        tft.println("Stadt nicht gefunden!");
        while(1);
      }

      /*
        parse: Zeichenkette im JSON-Format in ein JavaScript-Objekt umzuwandeln
        damit die Daten (Schlüssel-Wert-Paare)ausgewertet werden können 
        z.B. ["main"] ["temp"]
      */
      JSONVar Objekt = JSON.parse(JSONDaten);

      // Stadt
      Serial.println(Stadt);
      tft.setCursor(1,15);
      tft.println(Stadt);
      tft.drawFastHLine(1, 25, tft.width(), ST7735_GREEN);
      tft.setTextColor(ST7735_WHITE);

      // Temperatur
      Serial.print("Temperatur: ");
      double Temperatur = Objekt["main"]["temp"];
      String AnzeigeTemperatur = String(Temperatur);
      AnzeigeTemperatur.replace(".", ",");
      Serial.print(AnzeigeTemperatur);
      Serial.println("°C");
      tft.setCursor(1,33);
      tft.print("Temperatur: " + AnzeigeTemperatur + char(247) + "C");

      // Luftdruck
      Serial.print("Luftdruck: ");
      Serial.print(Objekt["main"]["pressure"]);
      Serial.println(" hPa");
      tft.setCursor(1,46);
      tft.print("Luftdruck: ");
      tft.print(Objekt["main"]["pressure"]);
      tft.println(" hPa");

      // Luftfeuchtigkeit
      Serial.print("Luftfeuchtigkeit: ");
      Serial.print(Objekt["main"]["humidity"]);
      Serial.println("%");
      tft.setCursor(1,59);
      tft.print("Luftfeuchtigkeit: ");
      tft.print(Objekt["main"]["humidity"]);
      tft.println("%");

      // Windgeschwindigkeit
      Serial.print("Windgeschwindigkeit: ");
      double Windgeschwindigkeit = Objekt["wind"]["speed"];
      String AnzeigeWindgeschwindigkeit = String(Windgeschwindigkeit);
      AnzeigeWindgeschwindigkeit.replace(".", ",");
      Serial.print(AnzeigeWindgeschwindigkeit);
      Serial.println(" m/s");
      tft.setCursor(1,72);

      tft.print("Wind: " + AnzeigeWindgeschwindigkeit);
      tft.println(" m/s");

      // Windrichtung
      Serial.print("Windrichtung: ");
      Serial.print(Objekt["wind"]["deg"]);
      Serial.println("°");

      // Wetterlage
      Serial.print("Wetterlage: ");
      String Wetterlage = Objekt["weather"][0]["main"];
      tft.setCursor(1,85);

      if (Wetterlage == "Clear") 
      {
        Serial.println("klarer Himmel");
        tft.print("klarer Himmel");
      }

      if (Wetterlage == "Mist") 
      {
        Serial.println("Nebel");
        tft.print("Nebel");
      }

      if (Wetterlage == "Clouds") 
      {
        Serial.println("wolkig");
        tft.println("wolkig");
      }

      if (Wetterlage == "Rain") 
      {
        Serial.println("Regen");
        tft.println("Regen");
      }  

      if (Wetterlage == "Snow") 
      {
        Serial.println("Schneefall");
        tft.println("Schneefall");
      }

      if (Wetterlage == "Drizzle") 
      {
        Serial.println("Nieselregen");
        tft.println("Nieselregen");
      }
      
      if (Wetterlage == "Thunderstorm") 
      {
        Serial.println("Gewitter");
        tft.println("Gewitter");
      }
      // Serial.println(Objekt["weather"][0]["description"]);
      
      // Sonnenaufgang
      time_t Sonnenaufgang;
      time(&Sonnenaufgang);
      Sonnenaufgang = Objekt["sys"]["sunrise"];
      Serial.print("Sonnenaufgang: ");

      // ctime: Unix-Zeit in "lesbares" Format umwandeln
      String ZeitSonnenaufgang = ctime(&Sonnenaufgang);

      tft.setCursor(1, 98);

      // Uhrzeit extrahieren
      Serial.println(ZeitSonnenaufgang.substring(11, 16));

      // Sonnenuntergang
      time_t Sonnenuntergang;
      time(&Sonnenuntergang);
      Sonnenuntergang = Objekt["sys"]["sunset"];
      Serial.print("Sonnenuntergang: ");
      String ZeitSonnenuntergang = ctime(&Sonnenuntergang);
      Serial.println(ZeitSonnenuntergang.substring(11, 16));
      tft.print("Sonnenuntergang: ");

      tft.println(ZeitSonnenuntergang.substring(11, 16));

      // letzte Messung der Wetterdaten
      time_t letzteMessung;
      time(&letzteMessung);
      letzteMessung = Objekt["dt"];
      Serial.print("Letzte Messung: ");
      String ZeitMessung = ctime(&letzteMessung);
      Serial.println(ZeitMessung.substring(11, 16));
      Serial.println("---------------------------");
      tft.setCursor(1, 110);
      tft.print("Letzte Messung: " + ZeitMessung.substring(11, 16));
    }
 
    delay(Intervall);
}

Dar­stel­lung der Daten

TFT-Dis­play

Seri­el­ler Monitor

Vor­be­rei­tung

Benö­tig­te Bauteile

Pin­be­le­gung ESP32-Wroom

Pin­be­le­gung Ardui­no Nano ESP32

Board instal­lie­ren:

Benö­tig­te Bibliotheken

Erläu­te­rung zu JSON

Abruf der Daten von open​wea​ther​map​.org

Das Pro­gramm

Ein­bin­den der Biblio­the­ken und Defi­ni­ti­on der Variablen

set­up-Teil

Funk­ti­on ServerAntwortHolen()