====== Projekt DS18B20 digitaler Temperatursensor ======

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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 ======
  * Voraussetzungen
      * 1-Wire aktivieren
  * Hardware ansteuern 
      * Messprinzip
  * Software
     * Environment aktivieren
     * Beispiel Programm
 


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====== 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>