Unterschiede

Hier werden die Unterschiede zwischen zwei Versionen angezeigt.

--- projekt:python_projekt_ds18b20_digitaler_temperatursensor [2026/02/19 08:36] – torsten.roehl
+++ projekt:python_projekt_ds18b20_digitaler_temperatursensor [2026/02/23 12:09] (aktuell) – [Ausführen des Programms] torsten.roehl
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+//In diesem Projekt wird ein digitaler Temperaturfühler vom Typ DS18B20 am Raspberry Pi per 1-Wire-Schnittstelle betrieben. Nach Aktivierung der 1-Wire-Schnittstelle liefert der Kernel die Messwerte über das //Sysfs-Interface//. Ein Python-Modul liest diese Werte ein und gibt die aktuelle Temperatur in Grad Celsius auf der Kommandozeile aus.
+//
 ====== Überblick ======
-  * Hardware ansteuern
+  * Voraussetzungen
-  * Environment aktivieren
+      * 1-Wire aktivieren
+  * Hardware ansteuern
+      * Messprinzip
   * Software
+     * Environment aktivieren
+     * Beispiel Programm
 ----
 ====== Details ======
+===== Voraussetzungen =====
+|{{ :raspberry_pi:wire-1.png?550 |}}|
+|<WRAP> In ''raspi-config'' wird die 1-Wire-Schnittstelle aktiviert. Danach ist das Verzeichnis ''/sys/bus/w1/devices'' vorhanden. Hier erscheint dann der Sensor, falls er korrekt angeschlossen wurde.</WRAP>|
+===== Hardware ansteuern  =====
+Der DS18B20 kommuniziert über die 1-Wire-Schnittstelle. Dabei erfolgt die gesamte Datenübertragung seriell über die DATA-Leitung (**GPIO4**) mit einem Pull-Up-Widerstand gegen <color #ed1c24>3.3 V</color>.
+|{{ :raspberry_pi:ds18b20.png?350 |}}|
+| Für Einsteiger sind die //etwas teureren Fertigmodule// sinnvoller, da die benötigten Zusatzbauteile (hier insbesondere der 4,7 kΩ Pull-Up-Widerstand) bereits integriert sind. Dadurch kann der **DS18B20** mit nur drei Leitungen **(VCC, GND, DATA)** direkt angeschlossen und getestet werden.|
+Verdrahtung:
+^ Modul ^ Raspberry Pi GPIO ^
+| GND   | beliebigen GND  |
+| <color #ffc90e>DATA</color>    | **GPIO4** (Pin 7) |
+| <color #ed1c24>VCC </color> | **<color #ed1c24>3.3 V </color>**  |
+<note tip>**Wichtig**
+Es kann nicht jeder beliebige GPIO-Pin verwendet werden. Standardmäßig ist dafür GPIO4 vorgesehen. Andere Pins müssen explizit über das Device-Tree-Overlay konfiguriert werden; dies wird hier nicht behandelt.
+</note>
+Beim DS18B20 gilt:
+  * Auflösung: 0,0625 °C  (12 Bit)
+  * Genauigkeit: ±0,5 °C
+  * Messbereich −55 °C bis +125 °C
+==== Messprinzip ====
+<note>Das Messprinzip ist unter Linux sehr einfach.
+**Ein Programm muss lediglich die Datei ''w1_slave'' auslesen.**
+</note>
+|{{ :raspberry_pi:w1_device.png?600 |}}|
+|Mit ''cat w1_slave'' kann die Temperatur ausgelesen werden. Hier entspricht **t=21500** einer Temperatur von **21.500 °C**. |
+++++ Hintergrund |
+Nach Aktivierung von 1-Wire über ''raspi-config'' stellt der Kernel die Temperatur als Datei im ''Sysfs'' bereit, z. B.:  ''/sys/bus/w1/devices/28-000000714b90/w1_slave''
+Der Name ''28-000000714b90'' ist die eindeutige ''64-Bit-ROM-ID'' des **DS18B20** und ist bei jedem Sensor unterschiedlich (Familiencode 28).
+Die gesamte 1-Wire-Kommunikation übernimmt der Kernel.
+  * Bei jedem Lesezugriff auf diese Datei stößt der Kernel automatisch eine neue Temperaturumwandlung an.
+  * In der ersten Zeile signalisiert „YES“, dass die CRC-Prüfung erfolgreich war.
+  * In der zweiten Zeile steht der Temperaturwert hinter „t=“ in Milligrad Celsius.
+++++
+===== Software =====
+=== Programmstruktur ===
+|{{ :raspberry_pi:temperature_test.png?450 |}}|
+|Im Projektordner „course_temp_reader“ befinden sich im Verzeichnis ''src'', die beiden Dateien „hardware.py“, welche den Sensor anspricht und den Temperaturwert ausliest, sowie das kleine Testprogramm „temp_reader.py“ als Demonstration.|
+==== Environment aktivieren ====
+<note important>
+**Aktiviere die Python-Environment**
+Die Programmierung erfolgt nun immer mit der gewählten Umgebung!
+<code>
+source ~/devel/projects/course_env/bin/activate
+</code>
+</note>
+==== DS18B20 API ====
+Unsere Beispiel-API ist bewusst einfach gehalten und unterstützt hier nur einen einzelnen Sensor. Bei Bedarf kann die Implementierung problemlos auf mehrere Sensoren erweitert werden; darauf wird in diesem Projekt jedoch verzichtet.
+<code python hardware.py >
+import glob
+import time
+# -----------------------------
+# API-Funktionen ds18b20
+# -----------------------------
+SENSOR_TIMEOUT = 1  # Sekunden
+def is_sensor():
+    """Prüft, ob mindestens ein DS18B20 Sensor angeschlossen ist"""
+    sensors = glob.glob("/sys/bus/w1/devices/28-*")
+    return len(sensors) > 0
+def get_sensor():
+    """Gibt den ersten DS18B20 Sensor zurück oder None"""
+    if not is_sensor():
+        return None
+    sensors = glob.glob("/sys/bus/w1/devices/28-*")
+    return sensors[0] + "/w1_slave"
+def get_temperature():
+    """Liest Temperatur vom ersten Sensor aus, None bei Fehler oder Timeout"""
+    sensor_file = get_sensor()
+    if sensor_file is None:
+        return None
+    start_time = time.time()
+    while True:
+        with open(sensor_file, "r") as f:
+            lines = f.readlines()
+        if lines[0].strip().endswith("YES"):
+            break
+        if time.time() - start_time > SENSOR_TIMEOUT:
+            return None
+        time.sleep(0.1)
+    temp_line = lines[1]
+    temp_str = temp_line.split("t=")[1]
+    return float(temp_str) / 1000.0
+</code>
+==== Temperature ====
+<code python temp_reader.py >
+#!/usr/bin/env python3
+from hardware import get_temperature
+def main():
+    temp = get_temperature()
+    if temp is not None:
+        print(f"Temperatur: {temp:.2f} °C")
+    else:
+        print("Sensor nicht gefunden!")
+if __name__ == "__main__":
+    main()
+</code>
+==== Ausführen des Programms ====
+Nach dem Programmstart wird auf der Kommandozeile die Temperatur in Grad Celsius ausgegeben, sofern der Sensor korrekt erkannt wurde und die Messung erfolgreich war.
+<code bash>
+cd ~/devel/projects/course_temp_reader/src
+chmod 755 temp_reader.py
+./temp_reader.py
+# Beispielausgabe:
+Temperatur: 21.25 °C
+</code>