如何將溫度傳感器DS18B20與樹(shù)莓派連接

樹(shù)莓派以其計(jì)算能力及其在物聯(lián)網(wǎng)、家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而聞名。然而，對(duì)于任何電子系統(tǒng)與現(xiàn)實(shí)世界進(jìn)行交互并獲取有關(guān)它的信息，系統(tǒng)必須使用傳感器。該過(guò)程使用多種類型的傳感器，并根據(jù)要測(cè)量的參數(shù)及其應(yīng)用選擇所需的傳感器。在本教程中，我們將學(xué)習(xí)將溫度傳感器DS18B20與樹(shù)莓派連接。

DS18B20是廣泛使用的溫度傳感器，主要用于化工、礦山等惡劣工作環(huán)境的場(chǎng)所。本文將介紹該傳感器以及它如何超越其他溫度傳感器，最后將其與Raspberry Pi連接并查看16x2 LCD上的溫度值。

所需材料

DS18B20 溫度傳感器

樹(shù)莓派

16*2液晶顯示屏

10k修剪鍋

10k 上拉電阻

面包板

連接線

DS18B20溫度傳感器簡(jiǎn)介

DS18B20是一款三端子溫度傳感器，采用TO-92（晶體管型）封裝。它非常易于使用，只需要一個(gè)外部組件即可開(kāi)始工作。此外，它只需要MCU / MPU的一個(gè)GPIO引腳即可與之通信。典型的DS18B20溫度傳感器及其引腳名稱如下所示。

該傳感器也可作為防水版本提供，其中傳感器由圓柱形金屬管覆蓋。在本教程中，我們將使用上面顯示的普通晶體管型傳感器。DS18B20為1線可編程溫度傳感器，只需數(shù)據(jù)引腳即可將信息發(fā)送到微控制器或微處理器板（如Raspberry Pi）。每個(gè)傳感器都有一個(gè)唯一的 64 位地址，因此也可以將多個(gè)傳感器連接到同一個(gè) MCU/MPU，因?yàn)槊總€(gè)傳感器可以在同一數(shù)據(jù)總線上單獨(dú)尋址。傳感器的規(guī)格如下所示。

工作電壓：3-5V

測(cè)量范圍：-55°C 至 +125°C

精度：±0.5°C

分辨率：9 位至 12 位

現(xiàn)在我們對(duì)傳感器有了足夠的了解，讓我們統(tǒng)計(jì)它與樹(shù)莓派的接口。

先決條件

假設(shè)您的樹(shù)莓派已經(jīng)使用操作系統(tǒng)刷新并能夠連接到互聯(lián)網(wǎng)。如果沒(méi)有，請(qǐng)先按照樹(shù)莓派入門教程進(jìn)行操作，然后再繼續(xù)。這里我們使用Rasbian Jessie安裝的Raspberry Pi 3。

還假設(shè)您可以通過(guò)終端窗口或其他應(yīng)用程序訪問(wèn)您的 pi，通過(guò)這些應(yīng)用程序您可以編寫和執(zhí)行 python 程序并使用終端窗口。

電路圖

正如我們?cè)诒窘坛糖懊嫠f(shuō)，我們將DS18B20傳感器與Pi連接，并在16*2 LCD屏幕上顯示溫度值。因此，傳感器和LCD應(yīng)與樹(shù)莓派連接，如下所示。

按照電路圖進(jìn)行相應(yīng)的連接。LCD和DS18B20傳感器均在+5V的幫助下工作，+5V由樹(shù)莓派上的5V引腳提供。LCD使用Raspberry Pi在4位模式下工作，GPIO引腳18，23，24和25用于數(shù)據(jù)線，GPIO引腳7和8用于控制線。電位計(jì)也用于控制LCD的對(duì)比度水平。DS18B20的數(shù)據(jù)線連接到GPIO引腳4。另請(qǐng)注意，必須使用10K電阻器拉動(dòng)電路圖中所示的高電平數(shù)據(jù)。

您可以按照上面的電路圖進(jìn)行連接，也可以使用引腳表跟進(jìn) GPIO 引腳編號(hào)。

我使用單股線和公對(duì)母線在面包板上構(gòu)建電路以進(jìn)行連接。如您所見(jiàn)，傳感器只需要一根電線即可連接，因此占用的空間和引腳更少。建立所有連接后，我的硬件如下所示。現(xiàn)在是時(shí)候啟動(dòng) pi 并開(kāi)始編程了。

在樹(shù)莓P上安裝Adafruit LCD庫(kù)

溫度值將顯示在 16*2 LCD 顯示屏上。Adafruit 為我們提供了一個(gè)庫(kù)，可以在 4 位模式下輕松操作此 LCD，因此讓我們通過(guò)打開(kāi)終端窗口 Pi 并按照以下步驟將其添加到我們的樹(shù)莓派中。

第 1 步：使用以下行在樹(shù)莓派上安裝 git。Git允許您克隆 Github 上的任何項(xiàng)目文件，并在 Raspberry pi 上使用它。我們的庫(kù)在 Github 上，所以我們必須安裝 git 才能將該庫(kù)下載到 pi 中。

apt-get install git

第 2 步：以下行鏈接到存在庫(kù)的 GitHub 頁(yè)面，只需執(zhí)行該行即可克隆 Pi 主目錄上的項(xiàng)目文件

git clone git://github.com/adafruit/Adafruit_Python_CharLCD

第 3 步：使用以下命令更改目錄行，進(jìn)入我們剛剛下載的項(xiàng)目文件。命令行如下

cd Adafruit_Python_CharLCD

第 4 步：目錄中會(huì)有一個(gè)名為 setup.py 的文件，我們必須安裝它，以安裝庫(kù)。使用以下代碼安裝庫(kù)

sudo python setup.py install

也就是說(shuō)，庫(kù)應(yīng)該已成功安裝?，F(xiàn)在同樣，讓我們繼續(xù)安裝同樣來(lái)自Adafruit的DHT庫(kù)。

在 Pi 中啟用單線接口

由于DS18B20傳感器通過(guò)單線方式通信，因此必須按照以下步驟在Pi上啟用單線通信。

第 1 步：-打開(kāi)命令提示符并使用以下命令打開(kāi)配置文件

sudo nano /boot/config.txt

第 2 步：-在配置文件中添加行“dtoverlay=w1-gpio”（在下圖中包圍）并保存文件，如下所示

第 3 步：-使用 Ctrl+X 退出文件并通過(guò)按“Y”保存它，然后按 Enter 鍵。最后使用命令重新啟動(dòng) Pi

sudo reboot

第 4 步：-重新啟動(dòng)后，再次打開(kāi)終端并輸入以下命令。

sudo modprobe w1–gpio sudo modprobe w1-therm. cd /sys/bus/w1/devices ls

您的終端窗口將顯示如下內(nèi)容

第 5 步：-在步驟 4 結(jié)束時(shí)，當(dāng)您輸入 ls 時(shí)，您的 pi 將顯示一個(gè)唯一的數(shù)字，該數(shù)字對(duì)于每個(gè)用戶來(lái)說(shuō)都是不同的，具體取決于傳感器，但始終以 28- 開(kāi)頭。就我而言，號(hào)碼是28-03172337caff。

第 6 步：-現(xiàn)在我們可以通過(guò)輸入以下命令來(lái)檢查傳感器是否正常工作

cd 28-XXXXXXXXXXXX [use the name of your directory or use Tab key for auto complete)

cat w1_slave

這兩個(gè)命令將從傳感器讀取數(shù)據(jù)并將其顯示在終端上，如下所示。下圖中的溫度值用紅色包圍。在我的情況下，溫度值為37 * C。

為 DS18B20 傳感器編程樹(shù)莓派

現(xiàn)在，我們的Pi已準(zhǔn)備好針對(duì)LCD進(jìn)行編程并使用單線協(xié)議。因此，我們可以編寫最終程序，從DS18B20傳感器讀取溫度值并將其顯示在LCD屏幕上。本頁(yè)末尾給出了執(zhí)行相同操作的完整 python 程序。但是，下面我將代碼分成有意義的小片段來(lái)解釋它們。

與往常一樣，我們通過(guò)導(dǎo)入程序所需的頭文件來(lái)開(kāi)始程序。這里我們導(dǎo)入時(shí)間處理延時(shí)功能，LCD接頭使用LCD與Pi。操作系統(tǒng)標(biāo)頭用于處理操作系統(tǒng)中的文件。

import time #import time for creating delay

import Adafruit_CharLCD as LCD #Import LCD library

import os #Import for file handling

import glob #Import for global

接下來(lái)我們必須提到連接到樹(shù)莓派引腳的LCD引腳。使用上面提供的 GPIO 引腳圖了解各個(gè) GPIO 引腳的引腳號(hào)。一旦我們聲明了LCD連接到哪些PI引腳，我們就可以指定行數(shù)和列數(shù)，最后使用以下代碼行對(duì)其進(jìn)行初始化。

lcd_rs = 7 #RS of LCD is connected to GPIO 7 on PI

lcd_en = 8 #EN of LCD is connected to GPIO 8 on PI

lcd_d4 = 25 #D4 of LCD is connected to GPIO 25 on PI

lcd_d5 = 24 #D5 of LCD is connected to GPIO 24 on PI

lcd_d6 = 23 #D6 of LCD is connected to GPIO 23 on PI

lcd_d7 = 18 #D7 of LCD is connected to GPIO 18 on PI

lcd_backlight = 0 #LED is not connected so we assign to 0

lcd_columns = 16 #for 16*2 LCD

lcd_rows = 2 #for 16*2 LCD

lcd = LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs, lcd_en, lcd_d4, lcd_d5, lcd_d6, lcd_d7,

lcd_columns, lcd_rows, lcd_backlight) #Send all the pin details to library

初始化LCD后，我們?cè)贚CD上打印示例文本消息。字符“n”用于提及換行符。顯示介紹后，我們引入了 2 秒的延遲，供用戶閱讀介紹消息。

lcd.message('DS18B20 with Pi n -CircuitDigest') #Give a intro message

time.sleep(2) #wait for 2 secs

現(xiàn)在，如果您能回憶起使用 Pi 啟用單線接口的步驟 4。我們必須重復(fù)相同的代碼行，因此我們使用 os.system 函數(shù)來(lái)執(zhí)行相同的行。然后我們指定必須從中讀取溫度值的文件位置。device_folder變量指向以“28-”開(kāi)頭的文件夾，因?yàn)槲覀儾恢牢募A的確切名稱，我們使用 * 符號(hào)打開(kāi)以 28 開(kāi)頭的任何內(nèi)容。最后，在該文件夾中，我們使用另一個(gè)名為device_file的變量，該變量實(shí)際上指向內(nèi)部具有溫度值的文件。

然后我們使用名為 get_temp 的函數(shù)，在其中我們定義從我們?cè)谏鲜霾襟E中剛剛鏈接的文件中讀取溫度的過(guò)程。正如我們之前與終端檢查的那樣，該文件內(nèi)部將包含溫度值，但它將采用以下格式

由此我們只需要 37000 的值，即溫度值。這里的實(shí)際溫度值是37.00*C。因此，從這種文本格式中，我們必須修剪所有無(wú)用的數(shù)據(jù)并得到整數(shù)值 37000，最后將其除以 1000以獲得實(shí)際數(shù)據(jù)。下面顯示的函數(shù)完全相同

def get_temp(): #Fundtion to read the value of Temperature

file = open(device_file, 'r') #opent the file

lines = file.readlines() #read the lines in the file

file.close() #close the file

trimmed_data = lines[1].find('t=') #find the "t=" in the line

if trimmed_data != -1:

temp_string = lines[1][trimmed_data+2:] #trim the strig only to the temoerature value

temp_c = float(temp_string) / 1000.0 #divide the value of 1000 to get actual value

return temp_c #return the value to print on LCD

變量行用于讀取文件內(nèi)的行。然后比較這些行，搜索字母“t=”，并將該字母后面的值保存在變量temp_string中。最后，為了獲得溫度值，我們使用變量temp_c將字符串值除以 1000。最后返回函數(shù)的結(jié)果temp_c變量。

在無(wú)限 while 循環(huán)中，我們只需要調(diào)用上面定義的函數(shù)即可獲取溫度值并將其顯示在 LCD 屏幕上。我們還每 1 秒清除一次 LCD 以顯示更新的值。

while 1: #Infinite Loop

lcd.clear() #Clear the LCD screen

lcd.message ('Temp = %.1f C' % get_temp()) # Display the value of temperature

time.sleep(1) #Wait for 1 sec then update the values

輸出/工作

與往常一樣，完整的python代碼在頁(yè)面末尾給出，請(qǐng)使用代碼并在Raspberry Pi上編譯它。按照電路圖中所示進(jìn)行連接，在執(zhí)行程序之前，請(qǐng)確保已按照上述步驟安裝LCD頭文件并在pi上啟用單線通信。完成后，只需執(zhí)行程序，如果一切按預(yù)期工作，您應(yīng)該能夠注意到介紹文本。如果沒(méi)有，請(qǐng)調(diào)整對(duì)比度電位器，直到看到一些東西。最終結(jié)果如下所示。

#Program to read the values of Temp from the DS18B20 sensor and display them on the LCD


import time #import time for creating delay

import Adafruit_CharLCD as LCD #Import LCD library

import os #Import for file handling

import glob #Import for global





lcd_rs = 7 #RS of LCD is connected to GPIO 7 on PI

lcd_en = 8 #EN of LCD is connected to GPIO 8 on PI

lcd_d4 = 25 #D4 of LCD is connected to GPIO 25 on PI

lcd_d5 = 24 #D5 of LCD is connected to GPIO 24 on PI

lcd_d6 = 23 #D6 of LCD is connected to GPIO 23 on PI

lcd_d7 = 18 #D7 of LCD is connected to GPIO 18 on PI

lcd_backlight = 0 #LED is not connected so we assign to 0



lcd_columns = 16 #for 16*2 LCD

lcd_rows = 2 #for 16*2 LCD



lcd = LCD.Adafruit_CharLCD(lcd_rs, lcd_en, lcd_d4, lcd_d5, lcd_d6, lcd_d7,

lcd_columns, lcd_rows, lcd_backlight) #Send all the pin details to library



lcd.message('DS18B20 with Pi n -CircuitDigest') #Give a intro message



time.sleep(2) #wait for 2 secs





os.system('modprobe w1-gpio')

os.system('modprobe w1-therm')



base_dir = '/sys/bus/w1/devices/'

device_folder = glob.glob(base_dir + '28*')[0]

device_file = device_folder + '/w1_slave'





def get_temp(): #Fundtion to read the value of Temperature

file = open(device_file, 'r') #opent the file

lines = file.readlines() #read the lines in the file

file.close() #close the file



trimmed_data = lines[1].find('t=') #find the "t=" in the line



if trimmed_data != -1:

temp_string = lines[1][trimmed_data+2:] #trim the strig only to the temoerature value

temp_c = float(temp_string) / 1000.0 #divide the value of 1000 to get actual value

return temp_c #return the value to prnt on LCD







while 1: #Infinite Loop



lcd.clear() #Clear the LCD screen

lcd.message ('Temp = %.1f C' % get_temp()) # Display the value of temperature



time.sleep(1) #Wait for 1 sec then update the values