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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.

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

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 3.3 V.

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:

Beim DS18B20 gilt:

• Auflösung: 0,0625 °C (12 Bit)
• Genauigkeit: ±0,5 °C
• Messbereich −55 °C bis +125 °C

Mit cat w1_slave kann die Temperatur ausgelesen werden. Hier entspricht t=21500 einer Temperatur von 21.500 °C.

Hintergrund

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.

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

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()

Nach dem Programmstart wird auf der Kommandozeile die Temperatur in Grad Celsius ausgegeben, sofern der Sensor korrekt erkannt wurde und die Messung erfolgreich war.

cd ~/devel/projects/course_temp_reader/src
chmod 755 temp_reader.py
./temp_reader.py
 
# Beispielausgabe:
Temperatur: 21.25 °C