Alles hat eine genaue Zeit - DCF77 mit dem Arduino - AZ-Delivery

Wir haben schon einige Uhren gebaut, entweder wurde die Zeit auf Basis manueller Eingaben und Wartezeiten, von NTP oder mit einer RTC-Modul berechnet. Heute möchten wir euch eine neue Möglichkeit der "Zeitgewinnung" vorstellen und zwar über DCF77.

Der DCF77 Sender:

In Mainflingen bei Frankfurt am Main steht ein Langwellensender für 77,5kHz. Dieser Sender sendet mit 50.000W die aktuelle Uhrzeit kodiert einmal pro Minute.

Dieser Sender und das Signal wird als DCF77 bezeichnet. Die Bezeichnung DCF77 ist das dem Sender zur internationalen Identifikation zugewiesene Rufzeichen.

Mit einem entsprechenden Empfangsmodul (z.B. pollin.de 810054) kann das Signal in einem Umkreis von bis zu 2000km um Mainflingen empfangen und dekodiert werden.

Zur Information, in anderen Ländern werden andere Zeitzeichensender eingesetzt, mit unterschiedlichen Frequenzen:

Rufzeichen Standort Frequenzen
Beta Russland 25 kHz
BPC China 68,5 kHz
BPL China 100 kHz
BPM China, Lintong (Xi’an) 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
CHU Kanada, Ottawa 3,330 MHz, 7,850 MHz, 14,670 MHz
DCF77 Deutschland, Mainflingen 77,5 kHz
IBF Italien, Turin 5 MHz
JJY Japan, Berg Ōtakadoya 40 kHz
JJY Japan, Berg Hagane 60 kHz
MIKES Finnland, Espoo 25 MHz
MSF Großbritannien, Anthorn 60 kHz
RBU Russland, Taldom 66,66 kHz
RTZ Russland, Irkutsk 50 kHz
RWM Russland, Moskau 4,996 MHz, 9,996 MHz, 14,996 MHz
TDF Frankreich, Allouis 162 kHz
WWV USA, Fort Collins 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz, 20 MHz
WWVB USA, Fort Collins 60 kHz
WWVH USA, Hawaii, Kekaha 2,5 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz
YVTO Venezuela, Caracas 5 MHz

 

Aufbau des DCF77 Signals:

Der DCF77 Sender sendet in 60 Sekunden mehrere Informationen.

Die Informationen werden in Sekundenimpulse kodiert. Ein High Impuls von 100ms (900ms LOW) bedeutet eine 0 und ein High Impuls von 200ms (800ms LOW) eine 1. Diese "Binäre" Kodierung kann anschließend in Datum und Uhrzeit, zusätzlich MESZ/MEZ und Wetterdaten zurückgerechnet werden.

Es werden 59 Bits übertragen, mit folgender Bedeutung:

Bit Bedeutung Wert
0 Start neuer Minute (immer 0)
1 verschlüsselte
Wetterdaten
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15 Rufbit
16 Umstellung MEZ/MESZ
17 MESZ
18 MEZ
19 Schaltsekunde
20 Start Zeitinformation (immer 1)
21 Minute 1
22 2
23 4
24 8
25 10
26 20
27 40
28 Parität Minute
29 Stunde 1
30 2
31 4
32 8
33 10
34 20
35 Parität Stunde
36 Datum Tag 1
37 2
38 4
39 8
40 10
41 20
42 Wochentag 1
43 2
44 4
45 Datum Monat 1
46 2
47 4
48 8
49 10
50 Datum Jahr 1
51 2
52 4
53 8
54 10
55 20
56 40
57 80
58 Parität Datum

 
Bei einer Minute ohne Schaltsekunde wird zur Sekunde 59 keine Sekundenmarke gesendet. Bei einer Minute mit Schaltsekunde wird zur Sekunde 59 eine „0“ und zur Sekunde 60 keine Sekundenmarke gesendet.

Aufgrund dieser Informationen können wir ein Arduino-Sketch erstellen:

Unseren DCF77 Empfänger schließen wir auf Pin 2 des Arduino an. 

Arduino-Sketch:

#define STATUS_PIN LED_BUILTIN
#define DCF_PIN 2
 
int HIGH_Start = 0;
int HIGH_Ende = 0;
int HIGH_Zeit = 0;
int LOW_Start = 0;
int LOW_Ende = 0;
int LOW_Zeit = 0;
 
bool Signal = false;
bool neueMinute = false;
int BIT = -1;
int ZEIT[65];
int ZEIT_STUNDE;
int ZEIT_MINUTE;
int ZEIT_TAG;
int ZEIT_MONAT;
int ZEIT_JAHR;
int ZEIT_WOCHENTAG;
int PAR_STUNDE;
int PAR_MINUTE;
int PAR_BEGINN;
 
void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(DCF_PIN, INPUT);
  pinMode(STATUS_PIN, OUTPUT);
  Serial.println("Syncronisierung");
}
 
void loop() {
  if (BIT > 60) {neueMinute = false;}
  int DCF_SIGNAL = digitalRead(DCF_PIN);
  
  if (DCF_SIGNAL == HIGH && Signal == false) {
    Signal = true; 
    HIGH_Start = millis(); 
    LOW_Ende = HIGH_Start;  
    LOW_Zeit = LOW_Ende - LOW_Start; 
    
    if (neueMinute == true) {
      PrintBeschreibung(BIT);
      //Serial.print("Bit"); 
      //Serial.print (BIT); 
      //Serial.print (": "); 
      ZEIT[BIT] = (BIT_Zeit(LOW_Zeit));
      Serial.print (ZEIT[BIT]);
      //Serial.println ();
    }
    else {
      Serial.print(".");
    }
  }
 
  if (DCF_SIGNAL == LOW && Signal == true) {
    Signal = false; 
    HIGH_Ende = millis();  
    LOW_Start = HIGH_Ende; 
    HIGH_Zeit = HIGH_Ende - HIGH_Start; 
 
    NEUMINUTE(LOW_Zeit);
  }
}
 
int BIT_Zeit (int LOW_Zeit) {
   if (LOW_Zeit >= 851 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} 
   if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 850) {return 1;}
   if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return "";}
}

void NEUMINUTE (int LOW_Zeit) {
  if (LOW_Zeit >= 1700) {
    BIT = 0;
    neueMinute = true;
    ZEIT_STUNDE = ZEIT[29]*1+ZEIT[30]*2+ZEIT[31]*4+ZEIT[32]*8+ZEIT[33]*10+ZEIT[34]*20;
    ZEIT_MINUTE = ZEIT[21]*1+ZEIT[22]*2+ZEIT[23]*4+ZEIT[24]*8+ZEIT[25]*10+ZEIT[26]*20+ZEIT[27]*40;
    PAR_STUNDE = ZEIT[35];
    PAR_MINUTE = ZEIT[28];
    ZEIT_TAG = ZEIT[36]*1+ZEIT[37]*2+ZEIT[38]*4+ZEIT[39]*8+ZEIT[40]*10+ZEIT[41]*20;
    ZEIT_MONAT = ZEIT[45]*1+ZEIT[46]*2+ZEIT[47]*4+ZEIT[48]*8+ZEIT[49]*10;
    ZEIT_JAHR = 2000+ZEIT[50]*1+ZEIT[51]*2+ZEIT[52]*4+ZEIT[53]*8+ZEIT[54]*10+ZEIT[55]*20+ZEIT[56]*40+ZEIT[57]*80;
    PAR_BEGINN = ZEIT[20];

    
    
    Serial.println();
    Serial.println("*****************************");
    Serial.print ("Uhrzeit: ");
    Serial.println();
    Serial.print (ZEIT_STUNDE);
    Serial.print (":");
    Serial.print (ZEIT_MINUTE);
    Serial.println();
    Serial.println();
    Serial.print ("Datum: ");
    Serial.println();
    Serial.print (ZEIT_TAG);
    Serial.print (".");
    Serial.print (ZEIT_MONAT);
    Serial.print (".");
    Serial.print (ZEIT_JAHR);
    Serial.println();
    Serial.println("*****************************");
    

  } else {BIT++;}
}
 
void PrintBeschreibung(int BitNummer) {
  switch (BitNummer) {
    case  0: Serial.println("\n# START MINUTE (IMMER 0)"); break;
    case  1: Serial.println("\n# WETTERDATEN"); break;
    case 15: Serial.println("\n# RUFBIT"); break;
    case 16: Serial.println("\n# MEZ/MESZ"); break;
    case 17: Serial.println("\n# MESZ"); break;
    case 18: Serial.println("\n# MEZ"); break;
    case 19: Serial.println("\n# SCHALTSEKUNDE"); break;
    case 20: Serial.println("\n# BEGIN ZEITINFORMATION (IMMER 1)"); break;
    case 21: Serial.println("\n# MINUTEN"); break;
    case 28: Serial.println("\n# PARITAET MINUTE"); break;
    case 29: Serial.println("\n# STUNDE");break;
    case 35: Serial.println("\n# PARITAET STUNDE"); break;
    case 36: Serial.println("\n# TAG"); break;
    case 42: Serial.println("\n# WOCHENTAG"); break;
    case 45: Serial.println("\n# MONAT"); break;
    case 50: Serial.println("\n# JAHR"); break;
    case 58: Serial.println("\n# PARITAET DATUM"); break;
  }
}

Als Ausgabe im Serial Monitor bekommen wir nun die Bitfolge und die berechnete Uhrzeit.

 

Nun könnt ihr auch DCF77 für eure Projekte verwenden. Viel Spass.

Für arduinoGrundlagen software

16 Kommentare

Andreas Wolter

Andreas Wolter

@Ulrich Kreutzer: die Funktion hat den Rückgabedatentypen int. Aber in der Zeile wird versucht, einen String (bzw. const char*) zurück zu geben. Das ist nicht gut gelöst. Da 0 und 1 die anderen Varianten sind, würde ich versuchen, z.B. -1 zurück zu geben. Das müssten Sie allerdings dann auch beim Aufrufer so abfangen.

Grüße,
Andreas Wolter
AZ-Delivery Blog

Ulrich Kreutzer

Ulrich Kreutzer

Ich habe das gleiche Problem wie

Uli G.

Juni 12, 2020 at 19:57pm
Hallo ich würde gerne den ESP8266 benutzen.
wenn ich den Anruino ins Board wähle, wird das Übersetzen und Kompilieren abgeschlossen.
Benutze ich aber im Board den ESP8266 bekomme ich an der Zeile:

if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return ""; den Fehler : invalid conversion from ‘const char*’ to ‘int’ [-fpermissive] was kann ich tun?

Leider gibt es im Kommentarbereich dafür keine Lösung. Ist vielleicht jetzt jemand da, der Hilfestellung geben kann?

Würde mich sehr freuen.

VG

Okin

Okin

Parity-Auswertung des DCF77-Signals ist unbeding notwendig werde ich baldigst nachrüsten!
Teste seit einigen Monaten ein System (ohne Parity-check) mit PRO-MINI328, DS3231, DCF77-Modul(Pollin), Anzeige: 7Segment und “umlaufende” Sekundenanzeige mit 60 Leds (über Schieberegisterkette). Zum Test wird stündlich mit DCF77 synchronisiert. Problem: Bastelkeller mit schlechtem DCF77-Signal. Ergebnis bisher: Es gab Tage (im Sommer?) da hat alles funktioniert – Uhrzeit war immer korrekt. Seit Herbst wurden immer mehr Störungen empfangen, die das Sync. unmöglich machten, bzw. es kam vor, dass “Zukunftsdaten” z.B. Jahr 56, etc. angezeigt wurden denke, dass dies mit Parity-Auwertung nich passieren kann. Auch kam es einige wenige male vor, dass sich der PRO-MINI328 “aufhing”, d.h. keine Anzeige; nach Hardware-Reset wurde die Zeit wieder richtig (RTC) angezeigt. Mir scheint, dass Microcontroller im Dauerbetrieb auch nicht ohne Watchdog laufen sollten….

Andreas Wolter

Andreas Wolter

@Abushammala: wir haben zur Zeit keinen Beitrag zum Raspi mit DCF77. Daher habe ich für Sie einen externen Link rausgesucht. Vielleicht hilft Ihnen das weiter:
https://forum-raspberrypi.de/forum/thread/35453-dcf77-uhr-unter-jessie/

Grüße,
Andreas Wolter
AZ-Delivery Blog

Abushammala

Abushammala

Hallo,

ich finde bei Ihnen Keine Anleitung, wie man die DCF77 mit Raspberry pi verbinden kann. Könnten Sie mir den Konfigurationscode zukommen lassen.

Vielen Dank

Joschua

Joschua

Danke für den Tollen Code.
Ich hatte anfangs das Problem das bei mir keine DCF77 Library funktioniert hatte.
Aber mit diesem Code hat fast alles problemlos funktioniert.
Das einzige was ich ändern musste waren die folgenden werte. (Bereits geändert)
if (LOW_Zeit >= 821 && LOW_Zeit <= 950) {
return 0;
}
if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 820) {
return 1;
}
if (LOW_Zeit <= 350) {
BIT -= 1;
return "";
}

Bei diesen werten sollte man einfach ausprobieren bis es bei einem passt.

Max

Max

Ich nochmal. Schade das du die Parity-Bits in deinem Code zwar liest gar nicht verwendest. Ich habe das NEUEMINUTE etwas abgeändert, nun checkt es die 3 Parität-bits, baut noch Hürden für den Wertebereich mit ein (z.B. keine Minute über 59 erlaubt) und für das erfüllen des DCF_stable bit muss noch 3x das selbe Ergebnis hintereinander empfangen werden (ohne Minute, die kann mit dem DCF_minute bit schon vorher verwendet werden):

void NEUMINUTE (int LOW_Zeit) {
int temp_min=0; //save bit count of minute part of ZEIT
int temp_hour=0;//save bit count of hour part of ZEIT
int temp_year=0;//save bit count of year part of ZEIT

if (LOW_Zeit >= 1700) { BIT = 0; ZEIT_STUNDE = ZEIT29 * 1 + ZEIT30 * 2 + ZEIT31 * 4 + ZEIT32 * 8 + ZEIT33 * 10 + ZEIT34 * 20; ZEIT_MINUTE = ZEIT21 * 1 + ZEIT22 * 2 + ZEIT23 * 4 + ZEIT24 * 8 + ZEIT25 * 10 + ZEIT26 * 20 + ZEIT27 * 40; PAR_STUNDE = ZEIT35; PAR_MINUTE = ZEIT28; ZEIT_WOCHENTAG = ZEIT42 * 1 + ZEIT43 * 2 + ZEIT44 * 4; ZEIT_TAG = ZEIT36 * 1 + ZEIT37 * 2 + ZEIT38 * 4 + ZEIT39 * 8 + ZEIT40 * 10 + ZEIT41 * 20; ZEIT_MONAT = ZEIT45 * 1 + ZEIT46 * 2 + ZEIT47 * 4 + ZEIT48 * 8 + ZEIT49 * 10; ZEIT_JAHR = 2000 + ZEIT50 * 1 + ZEIT51 * 2 + ZEIT52 * 4 + ZEIT53 * 8 + ZEIT54 * 10 + ZEIT55 * 20 + ZEIT56 * 40 + ZEIT57 * 80; PAR_BEGINN = ZEIT20; //DCF PAR bit is calculatet ‘even’, so we need to add 1 temp_min=ZEIT21 + ZEIT22 + ZEIT23 + ZEIT24 + ZEIT25 + ZEIT26 + ZEIT27+PAR_MINUTE+1; temp_hour=ZEIT29 + ZEIT30 + ZEIT31 + ZEIT32 + ZEIT33 + ZEIT34+PAR_STUNDE+1; temp_year=ZEIT50 + ZEIT51 + ZEIT52 + ZEIT53 + ZEIT54 + ZEIT55 + ZEIT56 + ZEIT57+PAR_BEGINN+1; //bitread only reads one specific bit – since we fiddeld with the temp value, even/odd decides if its valid or false if ((bitRead(temp_min, 0)) && (bitRead(temp_hour, 0)) && (ZEIT_STUNDE <= 23) && (ZEIT_STUNDE >= 0) && (ZEIT_MINUTE <= 60) && (ZEIT_MINUTE >= 0) && (ZEIT_TAG <= 31) && (ZEIT_TAG >= 1) && (ZEIT_MONAT <= 12) && (ZEIT_MONAT >= 1) && (ZEIT_JAHR <= 2040) && (ZEIT_JAHR >= 2020) && (ZEIT_WOCHENTAG <= 7) && (ZEIT_WOCHENTAG >= 1 )) { DCF_minute= true; //check if there is rubbish in the signal: Store last 3 values of year, month, day, weekday. Only if all three are equal, neueMinute is set to true if ((bitRead(temp_year, 0)) && (ZEIT_JAHR_veryoldZEIT_JAHR_old) && (ZEIT_JAHR_veryoldZEIT_JAHR) && (ZEIT_MONAT_veryoldZEIT_MONAT_old) && (ZEIT_MONAT_veryoldZEIT_MONAT) && (ZEIT_TAG_veryoldZEIT_TAG_old) && (ZEIT_TAG_veryoldZEIT_TAG) && (ZEIT_WOCHENTAG_veryoldZEIT_WOCHENTAG_old) && (ZEIT_WOCHENTAG_veryoldZEIT_WOCHENTAG)&& (ZEIT_STUNDE_veryoldZEIT_STUNDE_old) && (ZEIT_STUNDE_veryoldZEIT_STUNDE)) { DCF_stable = true; } else { DCF_stable = false; } } else { DCF_minute_hook = false; } ZEIT_JAHR_veryold=ZEIT_JAHR_old; ZEIT_JAHR_old=ZEIT_JAHR; ZEIT_MONAT_veryold=ZEIT_MONAT_old; ZEIT_MONAT_old=ZEIT_MONAT; ZEIT_TAG_veryold=ZEIT_TAG_old; ZEIT_TAG_old=ZEIT_TAG; ZEIT_WOCHENTAG_veryold=ZEIT_WOCHENTAG_old; ZEIT_WOCHENTAG_old=ZEIT_WOCHENTAG; ZEIT_STUNDE_veryold=ZEIT_STUNDE_old; ZEIT_STUNDE_old=ZEIT_STUNDE; } else { BIT++; }

}

Max

Max

Vielen Dank fr den tollen Code, der ist wirklich leicht nachzuvollziehen und gut in das eigene Projekt zu intregrieren. Ich werkle noch an einer Fehlerkorrektur um die ganzen bit-Kipper raus zu bekommen, aber es zeigt schonmal zu 70% aller Fälle eine genaue Zeit an :)

Uli G.

Uli G.

Hallo ich würde gerne den ESP8266 benutzen.
wenn ich den Anruino ins Board wähle, wird das Übersetzen und Kompilieren abgeschlossen.
Benutze ich aber im Board den ESP8266 bekomme ich an der Zeile:

if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return ""; den Fehler : invalid conversion from ‘const char*’ to ‘int’ [-fpermissive] was kann ich tun?
WO

WO

Info für Thomas:
Veriablendeklaration:
int ZEIT_SEKUNDE;
Hallo Thomas
Behelfsweise Variable “ZEIT_SEKUNDE” in funktion einfügen und dieser die Bitnummer+1 zuweisen.
Allerdings: Sekunde 59 dauert dann 2 Sekunden!
void PrintBeschreibung(int BitNummer) {
ZEIT_SEKUNDE = BitNummer+1;

Für eine exakte Sekundenanzeige 58, 59 muss der Code wohl etwas tiefergehend erweitert werden.
WO

Thomas

Thomas

funktioniert tatelos. Möchte auf Basis dieses Sketches eine NIXIE Uhr aufbauen. Mir fehlen die Sekundenanzeige. Da ich Programmieranfänger bin wäre ich dankbar wenn mir Jemand Tips geben könnte wie der Seketch zecks Sekndenanzeige zu erweitern ist.

Danke

Gunther Jordan

Gunther Jordan

Leider ist der Fehler, den Jörg Schnur letztes Jahr aufgezeigt hat immernoch drin.
Weiterhin ist eine ganz wichtige Information unterschlagen: Sekunde 59 wird nicht markiert! D.h. in dieser Sekunde wird das Sendesignal nicht moduliert, weder eine “1” noch eine “0” gesendet. DARAN erkennt der Empfänger den Beginn der vollen Minute! Und nicht etwa an der “0” am Anfang…
Die Umstellung zwischen Sommer und Normalzeit sowie die Schaltsekunde werden 1 Stunde im Voraus angezeigt, im Falle der Schaltsekunde ist die 59. Sekunde eine “0” und die 60. Sekunde wird keine Marke gesendet.

Ein Nutzer

Ein Nutzer

Der Sketch setzt bei meinem Modul (Conrad BN641138) vorraus, dass das Signal am invertierenden Ausgang abgegriffen wird.
Um dieses zu umgehen und den normalen DCF Ausgang auf Pin3 am Modul zu verwenden, kann man auch folgende Zeile:

int DCF_SIGNAL = digitalRead(DCF_PIN);

durch dieses ersetzen:

int DCF_SIGNAL_inverted = digitalRead(DCF_PIN);
int DCF_SIGNAL = (!DCF_SIGNAL_inverted);

Anschließend läuft der Sketch ohne Probleme!

Jörg Schnur

Jörg Schnur

Danke für die super Informationen. Müßte es nicht 60 Sekunden heißen im Satz “Der DCF77 Sender sendet in 60 Minuten mehrere Informationen.”?

Mertke

Mertke

Hallo, ein super Sketch. Der beste den ich bis jetzt hatte.
Ich bastel an einer Bewässerungsanlage mit 16 Ausgängen und 2 Zeiten pro Tag mit einer RTC DS3231. Ich hätte gerne eine zusätzliche DCF 77 Zeit.
Ich habe ein Modul von Pollin mit 3,3V und dahinter einen Verstärker mit Cmos IC 4093
(http://amateurfunkbasteln.de/dcf77/ )
Leider funktioniert bei mir nur ein keiner Teil und nur nach ändern der LOW Zeiten.
//if (LOW_Zeit >= 851 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} Original
if (LOW_Zeit >= 751 && LOW_Zeit <= 950) {return 0;} meine Eingabe
//if (LOW_Zeit >= 750 && LOW_Zeit <= 850) {return 1;} Original
if (LOW_Zeit >= 450 && LOW_Zeit <= 750) {return 1;} meine Eingabe
if (LOW_Zeit <= 350) {BIT-=1;return "";}
Auf dem seriellen Monitor kommt nur die Anzeige
Syncronisierung
18:54:22.126 ………… Die Urzeit funktioniert aber kein Datum

Ich nutze einen Arduino UNO am digitalen Pin 2 mit externem 10KOHM Widerstand gegen 5Volt. Anzeigen möchte ich die Uhrzeit auf einem Display 16×2 oder 20×4

Um Störimpulse zu verringern habe ich einen Festspannungsregler L4940V5 mit 5Volt aufgebaut an einem 12V AKKU
Wenn ich diese 5 Volt nutze habe ich aber keinen seriellen Monitor mehr.

Ich habe einige Schwierigkeiten mit dem Programmieren und lerne immer ein bischen mehr. Meistens versthe ich langsam die Beispiele und ändere den Sketch dann für mich um.

Ich würde mich über jede Hilfe sehr freuen
schönen Abend
Fredy

Fred

Fred

Hallo, guter Sketch zur Abfrage der Zeit und auch für einen Laien wie mich nachvollziehbar. Ich hab in gleich getestet nachdem ich ihn im Netz gefunden hatte. Mein DCF77 Modul hat sofort funktioniert. Probleme gab es aber beim kopieren des Sketches mit der Kopierfunktion in die Arduino-IDE. Beim Kompilieren kamen jede Menge stray ‘\’ Fehlermeldungen. Erst durch Laden des Textes in Notepad++ (ANSI-Kodierung) und entfernen einiger komischer Zeichen funktionierte es dann. Ich würde auch gern noch wissen, wozu die Status-LED (Pin13) gedacht war. Gratuliere AZ-Delivery zu den vielen guten Beispielen, weiter so.

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