In diesem Artikel möchte ich dir erklären, wie du ein Bodenfeuchtigkeits-, Licht- und Laser-Modul am Raspberry Pi nutzen kannst. Ich erkläre dir, wie du die Raspberry Pi Module anschließt und wie du sie über den Raspberry Pi steuern und auslesen kannst.

Raspberry Pi Sensoren und Module vorgestellt

Schnellübersicht Raspberry Pi Sensoren Kits:

Raspberry Pi Sensoren Kit mit 37 Sensoren SunFounder (Link)*
Raspberry Pi Sensoren Kit mit 39 Sensoren von Quimat (Link)*

Raspberry Pi Sensor: Feuchtigkeits-Modul

Um den Bodenfeuchtigkeitssensor am Raspberry Pi anzuschließen, brauchen wir insgesamt fünf Kabel und einen Übersetzungschip, der die anfallenden Daten lesbar macht.

Zuerst schließe ich zwei Kabel am Bodenfeuchtigkeitssensor an. Diese werden wie hier dargestellt einfach draufgesteckt. Dann schließe ich das andere Ende am Chip an. Somit ist schon mal der Sensor mit dem Übersetzungschip verbunden.

Jetzt folgen noch drei weitere Kabel, die wir auf der Rückseite des Übersetzungschips finden. Einmal VCC, GND, DO und AO. VCC ist der Stromanschluss. GND ist der Ground und DO ist der digitale Output, AO ist der analoge Output. Zum besseren Nachvollziehen der Kabelverbindungen empfehle ich dir jetzt das Video im Login-Bereich unter www.raspi-config.de/mitgliederbereich anzuschauen.

Wir brauchen nun den digitalen Output (DO). Deswegen schließe ich die drei Kabel direkt nebeneinander an und wenn man den Chip umdreht, bleibt der Rechte Pin frei. Jetzt nehmen wir das Ende der Kabel und stecken diese an den Raspberry Pi. Ganz oben rechts schließe ich den ersten Pin an, denn das ist der Anschluss mit 3,3 Volt Spannung, den wir für den Übersetzungschip bzw. Sensor brauchen.

Jetzt stecken wir den Ground am Raspberry Pi an und direkt darunter noch DO, also das Kabel für den digital Output. Damit haben wir den Raspberry Pi Sensor verbunden und brauchen noch ein Python Skript, mit dem wir die Daten abgreifen können.

Nun kannst du den Raspberry Pi einschalten. An dieser Stelle noch kurz zur Ergänzung; Du findest im Internet auf verschiedenen Seiten einen Belegungsplan der Pins. Link zum Raspberry Pi Pin Belegungsplan: www.elektronik-kompendium.de/sites/raspberry-pi/1907101.htm

Auf dem Raspberry Pi Belegungsplan siehst du noch mal gut, wie die Pins am Raspberry Pi belegt sind. Also ganz oben wird der Strom angeschlossen und daneben der VCC-Anschluss mit den 3,3 Volt Spannung. Wir haben dann an dem fünften Pin von oben den Ground-Anschluss, also GND. Direkt darunter am Pin Nummer 17 haben wir dann die Daten, die wir auslesen müssen.

Um die Daten auszulesen habe ich ein Skript vorbereitet, welches du unter www.raspi-config.de/mitgliederbereich herunterladen kannst. Das Script ist relativ einfach gehalten. An dieser Stelle vielleicht mal ganz kurz zur Erklärung. Ganz oben wird eine Library eingebettet, die es erlaubt, auf die GPIO Pins zuzugreifen.

Dann gibt es eine Time-Bibliothek, die es erlaubt einen Timer zu setzen. Wofür das wichtig ist, sehen wir uns noch an. Und dann habe ich noch eine Callback-Funktion eingebaut, die immer aufgerufen wird, wenn ein neuer Wert am Sensor gemessen wird. Dafür erscheint dann die Ausgabe „Kein Wasser erkannt“, wenn die LED aus ist.

Und wenn die LED an ist, dann wurde Wasser am Sensor erkannt. Also dann wird 'Wasser erkannt' ausgegeben. Dann setzen wir noch den Modus fest, von dem wir die Nummerierung übergeben. Dann definieren wir noch den Chanel von Pin 17 und greifen die Daten dort ab.

Dann folgen im Script noch ein paar Funktionen und der Timer. Das heißt, Pin 17 wird durchgängig überwacht und wenn ein neuer Messwert gemessen wird, dann wird die Callback-Funktion ausgeführt. Jetzt wollen wir das Skript mal in Aktion anschauen.

Um das Skript zu testen, benutze ich einen Becher mit Wasser in den ich den Sensor 2x vorsichtig eintunken und wieder herausnehmen werde. Weiter oben hast du bereits die Ausgabe vom Skript gesehen, das den Sensor überwacht.

Wofür kann man das Ganze jetzt nutzen? Eine Möglichkeit wäre, das mit einer E-Mail-Ausgabe zu verknüpfen und so die Lieblingsblume oder den Blumentopf zu überwachen, ob die Blumenerde noch feucht genug ist. Das Gleiche gilt natürlich auch für den Rasen im Garten. Dafür kannst du diesen Bodenfeuchtigkeitssensor ebenfalls sehr gut nutzen.

Es gibt übrigens auch Bodenfeuchtigkeitssensoren, mit denen du noch wesentlich filigraner messen kannst. Diese Sensoren geben noch deutlich filigraner die Werte aus als meiner. Dieser Sensor im Beispiel erkennt zumindest, ob es feucht ist oder nicht.

Was würdest du jetzt gern damit messen?

Raspberry Pi Sensor: Licht-Modul

In diesem Abschnitt möchte ich dir das Lichtempfindlichkeitsmodul vorstellen und dir zeigen, wie es funktioniert. Das Lichtempfindlichkeitsmodul besteht aus nur einem Chip.

Den Lichtempfindlichkeitssensor wollen wir am Raspberry Pi anschließen. Dafür brauchen wir drei Verbindungskabel. Wir brauchen die Anschlüsse VCC, GND und DO. Mehr gibt es nicht.

Also einmal die Stromversorgung, Ground und den digitalen Output für die Daten anschließen. Jetzt den Raspberry Pi an den Strom anschließen und dann wollen wir das Modul einmal in Aktion sehen.

Für das Lichtempfindlichkeitsmodul habe ich ein Python-Skript geschrieben, das am PIN 21 des Raspberry Pi die Daten ausliest und schaut, welchen Wert es hat. Das Skript findest du im Login Bereich unter www.raspi-config.de/mitgliederbereich. Wenn das Script den Wert 0 hat, dann ist das Licht an. Wenn es den Wert 1 hat, dann ist das Licht aus.

Dieses Skript läuft die ganze Zeit auf dem Raspberry Pi und überwacht, ob eine Veränderung am Wert des PIN’s 21 stattfindet. Wir haben auf der einen Seite des Raspberry Pi Sensors die Power-LED, die einfach nur anzeigt, dass das Modul mit Strom versorgt wird. Die andere ist eine Art Kontrolldiode, an der man den Zustand sehen kann, der übertragen wird. 
 
Beim Ausführen des Scripts über Thonny sieht man in der unteren Bildschirmhälfte die Ausgabe vom Skript.

Ich werde gleich mal das Licht ein- und wieder ausschalten. Der angeschlossene Sensor erkennt jetzt, ob das Licht an oder aus ist und gibt es entsprechend im unteren Bereich von Thonny aus.

Das ist eine praktische Möglichkeit, wenn man Lichter besitzt, die nicht internetfähig sind. Dann kannst du das damit ganz leicht überprüfen. Aber es gibt auch viele andere verschiedene Varianten, diesen Raspberry Pi Sensor praktisch im Alltags- und Berufsleben einzusetzen.

Raspberry Pi Sensor: Laser-Modul

In diesem Abschnitt möchte ich dir noch eine weitere Verwendung für den Lichtempfindlichkeitssensor aus den vorherigen Abschnitten zeigen. Diesmal in Kombination mit dem Laser-Modul.

Ich habe die Konstruktion aus beiden Modulen zu einer Lichtschranke zusammengebaut. Auf einer Seite am Holzstab ist die Laserdiode angebracht, die auf den Lichtempfindlichkeitssensor auf der anderen Seite gerichtet ist. Die Idee ist, dass der Lichtempfindlichkeitssensor erkennt, wenn jemand durch die Lichtschranke durchläuft. 

Wenn also die Verbindung zwischen den beiden Sensoren unterbrochen und eine Veränderung der Helligkeit festgestellt wird, dann soll das am Bildschirm ausgegeben werden. Diese ist eine vielgenutzte Funktion, um verschiedene Zustände anzuzeigen oder Kontrollleuchten zu bauen.

Am besten du schaust dir das Video unter www.raspi-config.de/mitgliederbereich an, um das Anschließen der Kabel besser nachzuvollziehen. Wir haben wie im Bild zu sehen den Lichtempfindlichkeitssensor am Holzstab befestigt. Den Lichtempfindlichkeitssensor schließen wir wieder ganz normal an.

Dann haben wir noch die Leuchtdiode am Holzstab befestigt. Die Leuchtdiode hat zwei Kabel, die an den Raspberry Pi angeschlossen werden müssen. Ein Kabel für die Stromversorgung und ein Kabel für den Ground-Anschluss. Diese zwei Kabel musst du jetzt anschließen.

Dafür schließe ich die 3,3 Volt (nicht 5 Volt) an. Danach noch den Ground für die Leuchtdiode. Wenn du jetzt den Raspberry Pi an den Strom anschließt, wäre die Leuchtdiode direkt eingeschaltet, weil die Strom-Pins eine durchgehende Stromversorgung haben.

Jetzt wollen wir uns die Lichtschranke einmal in Aktion anschauen. Dafür benutze ich wieder das Python-Skript, was ich schon für den Lichtempfindlichkeitssensor genutzt habe. Das Script kannst du unter www.raspi-config.de/mitgliederbereich herunterladen. Denn vom Lichtempfindlichkeitssensor lesen wir wieder die Daten aus.

An diesem Beispiel ist das natürlich nur auf sehr kurzer Distanz aufgebaut. Rein theoretisch könntest du natürlich mit dem Laser auch quer durch einen Raum oder über eine Distanz von einem Meter oder mehr eine Lichtschranke betreiben. Allerdings je weiter du wegkommst, desto schwerer wird es, den kleinen Sensor am Modul zu treffen.

Du siehst entweder zwei Kontroll-LEDs leuchten. Das heißt gerade sieht der Sensor Licht und die Lichtschranke ist nicht unterbrochen. Noch ein ganz wichtiger Hinweis an dieser Stelle. NIEMALS direkt in das Licht der Laserdiode schauen!

Ich halte nun in meinem Aufbau so einen Holzstab zwischen die Lichtschranke. Du siehst im Video nun die Ausgabe vom Python Skript, dass das Ganze erkannt wurde. Und wenn ich wieder mit dem Holzstab hochgehe, dann ist das Licht am Sensor wieder da.

So könntest du mit dieser Laserdiode eine Lichtschranke bauen in Kombination mit dem Lichtempfindlichkeitssensor. Das ist nur ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Raspberry Pi Sensoren.

Hast du vielleicht jetzt eigene Ideen, was du alles mit Raspberry Pi Sensoren machen willst?

Schnellübersicht Raspberry Pi Sensoren Kits:

Raspberry Pi Sensoren Kit mit 37 Sensoren SunFounder (Link)*
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