树莓派 Zero W+温度传感器DS18B20

作者:陈拓chentuo@ms.xab.ac.cn 2018.05.28/2018.06.01

0.  概述

用树莓派 Zero W读取DS18B20温度,上传到物联网平台。

1.  准备

1.1 硬件

  • 树莓派Pi Zero W
  • DS18B20温度传感器
  • 杜邦线3根
  • 电脑(我用Windows 7)
  • 4.7KΩ电阻

1.2 GPIO接口 

 

1.3 接线   

首先我们把18B20和树莓派连接。树莓派的GPIO4是W1(一线)设备的接口,所以我们需要把18B20的数据脚接到GPIO4上。GPIO4是GPIO的第7个插针。

为什么用GPIO4作为DS18B20的IO,我们在后面第5小节说明。

2.  测试

2.1 连接电脑和Pi Zero W

用putty连接电脑和Pi Zero W,看本文最后的参考文档。Host Name填raspberrypi.local,端口22,用户名pi,密码raspberry

2.2 更新树莓派软件源

登录树莓派之后,先升级软件源,在终端下输入以下代码,等待一段时间即可。

  • 更新列表

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update

这个命令,会访问源列表里的每个网址,并读取软件列表,然后保存在本地电脑。我们在新立得软件包管理器里看到的软件列表,都是通过update命令更新的。

  • 更新软件

pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get upgrade

这个命令,会把本地已安装的软件,与刚下载的软件列表里对应软件进行对比,如果发现已安装的软件版本太低,就会提示你更新。

2.3 修改配置

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano /boot/config.txt

在dtoverlay=dwc2之前添加一行:

dtoverlay=w1-gpio-pullup,gpiopin=4

保存並检查修改是否正确:

pi@raspberrypi:~ $ cat /boot/config.txt

重启树莓派:

pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot

注意:reboot容易丢失ssh文件,建议如下操作:

  • pi@raspberrypi:~ $ sudo shutdown -h now
  • 等待电源指示灯熄灭后,关闭电源
  • 重新上电连接ssh

2.4 加载模块,查看温度传感器DS18B20设备

  • 加载2个模块

pi@raspberrypi:~ $ sudo modprobe w1-gpio

pi@raspberrypi:~ $ sudo modprobe w1-therm

    • w1-gpio是单总线的IO操作模块,用于模拟单总线时序;w1_therm是DS18B20的内部操作模块(读写寄存器),和IO时序无关;

我们可以将驱动结构看成是将w1_therm挂接到w1-gpio总线上,由w1-gpio控制w1_therm工作。

    • modprobe命令用于向内核中加载模块或者从内核中移除模块。

查看帮助:

pi@raspberrypi:~ $ modprobe -h

列出内核中所有已经或者未挂载的所有模块:

  • 查看温度传感器DS18B20设备

pi@raspberrypi:~ $ cd /sys/bus/w1/devices/

pi@raspberrypi:~ $ ls

 

28-000004d618fa就是温度传感器DS18B20设备,这是传感器的序列号,每个传感器都不一样。

2.5 查看当前温度

依次在终端输入以下命令:

pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices $ cd 28-000004d618fa

pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices/28-000004d618fa $ cat w1_slave

 

第一行最后为CRC校验“YES”表示校验正确,为“NO”则代表校验出错,或读不到温度值。

第二行的t=25375就是当前的温度值,要換算成攝氏度,除以1000,即当前温度为23000/1000=25.375攝氏度。

3.  用python读取温度值

文件存放:/home/pi/temperature.py

操作如下:

  • 回到家目录

pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices/28-000004d618fa $ cat ~

pi@raspberrypi:~ $ pwd   #看看回家了没有

/home/pi

  • 创建temperature.py

pi@raspberrypi:~ $ sudo touch temperature.py

  • 编辑temperature.py

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano temperature.py

写进如下內容:

#/home/pi/temperature.py

# open the ds18b20 file.

tfile = open("/sys/bus/w1/devices/28-000004d618fa/w1_slave")

# Read all of the text in the file.

text = tfile.read()

# close the file

tfile.close()

# Split the text with new lines (\n) and select the second line.

secondline = text.split("\n")[1]

# Split the line into words, referring to the spaces, and select the 10th word (counting from 0).

temperaturedata = secondline.split(" ")[9]

# The first two characters are "t=", so get rid of those and convert the temperature from a string to a number.

temperature = float(temperaturedata[2:])

# Put the decimal point in the right place and display it.

temperature = temperature / 1000

print temperature

注意修改28-000004d618fa。

  • 查看

pi@raspberrypi:~ $ cat temperature.py

  • 运行temperature.py

python temperature.py

 

4.  上传数据到乐联网

乐联网是国内比较知名的免费物联网数据平台,下面我们先申请乐联网账号,并添加设备和传感器。

4.1 申请乐联网账号

网址:https://www.lewei50.com/,注册一个新账号,登录。

4.2 添加新设备

先添加设备,一个设备里可以有多个不同的传感器。

选择“我的物联” > 在“菜单列表”中选择“我的设备” > 点击“添加新设备”标签,按下图添加设备:

 

添加好的设备是这样的:

 

免费可以添加2个设备。

4.3 添加传感器

接下来在新设备中添加传感器。

在“菜单列表”中选择“传感器与控制器” > 在“传感器列表”标签页点击“新建”按钮。

 

点击“保存”。注意“标识”要唯一。

 

传感器添加好了。免费可以添加8个传感器。

4.4 获取Userkey

选择“我的账户” > 在“菜单列表”中选择“设置个人信息” > 查看“设置个人信息”标签:

 

记住这个Userkey:30346d2762e64cb99336443e0ae84e02

4.5 数据上传测试

乐联网提供了一个“API在线测试工具”,网址是:

http://www.lewei50.com/dev/apitest/3

  • 将你的网关号改成设备ID:01
  • 将Post数据改成:

[

    {

        "Name":"RT001",

        "Value":"15.28"

    }

]

点击“调用接口”:

 

数据成功发送"Message": "Successful. "!记住Request详情:

URL:http://www.lewei50.com/api/V1/gateway/UpdateSensors/01

Method:post

--Header:userkey:30346d2762e64cb99336443e0ae84e02

POST Data:

[

    {

        "Name":"RT001",

        "Value":"15.28"

    }

]

回到乐联网,在“传感器列表”标签页查看数据。

 

4.6树莓派Zero W上传数据到乐联网

  • 修改temperature.py,将温度值用JSON格式保存到一个文本文件:

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano temperature.py

#/home/pi/temperature.py

tfile = open("/sys/bus/w1/devices/28-000004d618fa/w1_slave")

text = tfile.read()

tfile.close()

secondline = text.split("\n")[1]

temperaturedata = secondline.split(" ")[9]

temperature = float(temperaturedata[2:])

temperature = temperature / 1000

print temperature

res = '[{"Name":"RT001","Value":"%f"}]' %temperature

output = open('/home/pi/datafile.txt', 'w')

output.write(res)

output.close

用python将温度写入文本文件:/home/pi/datafile.txt

运行python temperature.py进行测试。

 

  • 新增lewei50.sh脚本

文件位置:/home/pi/lewei50.sh,命令:

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano lewei50.sh

参考Request详情写lewei50.sh脚本:

sudo python /home/pi/temperature.py

curl --request POST --data-binary @"/home/pi/datafile.txt" --header "userkey:30346d2762e64cb99336443e0ae84e02" http://www.lewei50.com/api/V1/gateway/UpdateSensors/01

  • 修改lewei50.sh权限

pi@raspberrypi:~ $ sudo chmod 777 lewei50.sh

 

  • 运行lewei50.sh测试

pi@raspberrypi:~ $ ./lewei50.sh

 

看看乐联网上的新数据,在“菜单列表”中选择“实时数据”查看:

 

  • 添加到计划任务定时采集数据

将脚本加入定时任务cronjob,cronjob用于安排那些需要被周期性执行的命令。

编辑定时任务:pi@raspberrypi:~ $ sudo crontab -e

 

选择一个编辑器,我选默认的2。

在cornjob文件中添加下面一行,並保存(表示10分钟执行一次lewei50.sh脚本)

*/10 * * * * /home/pi/lewei50.sh

    • Crontab语法

一个crontab文件用五个段来定义:天,日期和时间,和一个要定期执行的命令代码。

*     *   *   *    *  command to be executed
-     -    -    -    -
|     |     |     |     |
|     |     |     |     +----- day of week (0 - 6) (Sunday=0)
|     |     |     +------- month (1 - 12)
|     |     +--------- day of month (1 - 31)
|     +----------- hour (0 - 23)
+------------- min (0 - 59)

斜线“/”表示周期性,/10表示每10分钟;星号“*” 代表所有可能的值;逗号“,” 指定列表值,如: "1,3,4,7,8";中横线“-” 指定范围值,如 "1-6", 代表 "1,2,3,4,5,6"。

编辑完毕后,很重要的一点是一定要执行如下命令:

pi@raspberrypi:~ $ sudo /etc/init.d/cron restart

否则,定时任务不会执行。

 

4.7 乐联网数据展示

乐联网提供了很多数据展示的方法,下面是其中的几种。

  • 实时数据

请看上节相关的图。

  • 查看门户

 

  • 历史走势分析

 

  • 历史数据查询

 

  • 微信互动,乐为物联还支持你的设备与微信互动,关注乐为物联公众号。

5.  多个DS18B20温度传感器

5.1 硬件连接

将所有的DS18B20并联。

 

没有焊接工具的同学,可以这样连接,这是2个DS18B20: 

为什么用GPIO4作为DS18B20的IO?

在2015-02-16之後的Raspbain版本,为了防止GPIO的冲突,使用了新的设备树DT(Device Tree)策略。Raspberry Pi的最新内核和固件(包括Raspbian和NOOBS版本)现在默认使用设备树DT来管理某些资源分配和模块加载。

在新内核boot分区下多了个overlays文件夹,里面有很多dtb文件,这些其实就是树莓派的设备树,打开README,就可以知道该怎么使用了。查看相关说明:

pi@raspberrypi:~ $ cat /boot/overlays/README

 

  • w1-gpio

名称:w1-gpio

信息:配置w1-gpio一线接口模块。

如果不需要GPIO驱动外部上拉使用这个覆盖(overlay)。

加载:dtoverlay=w1-gpio,<param>=<val>

参数param: 

gpiopin   用于IO的GPIO(默认是4)

   pullup     非零,on或y以启用寄生电源(2线,电源在数据线上)

  • w1-gpio-pullup

名称:w1-gpio-pullup

信息:配置w1-gpio一线接口模块。

如果需要GPIO驱动外部上拉使用这个覆盖(overlay)。

加载:dtoverlay=w1-gpio-pullup,<param>=<val>

参数Params:

gpiopin   用于IO的GPIO(默认是4)

pullup 非零,on或y以启用寄生电源(2线,电源在数据线上)

extpullup 用于外部上拉的GPIO(默认是5)

注释:寄生电源就是利用数据传输的高电平供电,用法请看DS18B20数据手册。

5.2 查看温度传感器DS18B20设备

pi@raspberrypi:~ $ ls /sys/bus/w1/devices/

 

28-000004d6162f和28-000004d627c6就是温度传感器DS18B20设备,这是传感器的序列号,每个DS18B20出厂时都设置了一个序列号,可以通过IO口读出。

5.3 查看当前温度

pi@raspberrypi:~ $ cat /sys/bus/w1/devices/28-000004d6162f/w1_slave

pi@raspberrypi:~ $ cat /sys/bus/w1/devices/28-000004d627c6/w1_slave

 

第一行最后为CRC校验“YES”表示校验正确,为“NO”则代表校验出错,或读不到温度值。

第二行的t=27375和t=27437就是当前的温度值,要換算成攝氏度就是27.375度和27,437度。放在一起的两个传感器温度值怎么不一样?看看数据手册,DS18B20的测量精度是0.5℃。

5.4 使用其他的GPIO作为DS18B20的IO引脚

下面我们将DS18B20的IO引脚从GPIO4改到GPIO17上,看第1节的图,就是引脚11上。

pi@raspberrypi:~ $ sudo nano /boot/config.txt

将gpiopin=4修改为gpiopin=17:

dtoverlay=w1-gpio-pullup,gpiopin=17

保存,重启树莓派(注意:按我前面说的方法重启):

pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot

将DS18B20的数据线插到引脚11上,查看温度传感器DS18B20设备:

 

5.5 用C语言读取温度值

WiringPi

 

#include <stdio.h> 

#include <sys/types.h> 

#include <sys/stat.h> 

#include <fcntl.h> 

#include <unistd.h> 

#include <errno.h> 

#include <stdlib.h> 

#include <stdio.h> 

 

#define  BUFSIZE  128 

 

int main(void) 

    float temp; 

    int i, j; 

    int fd; 

    int ret; 

 

    char buf[BUFSIZE]; 

    char tempBuf[5]; 

 

    fd = open("/sys/bus/w1/devices/28-00000495db35/w1_slave", O_RDONLY); //以只读方式打开ds18b20设备文件 

 

    if(-1 == fd){              //打开设备文件出错 

        perror("open device file error");  //打印出错信息(原因) 

        return 1; 

    } 

 

    while(1){ 

        ret = read(fd, buf, BUFSIZE);  //将设备文件中的内容读入buf中 

        if(0 == ret){                  //返回0表示读文件结束 

            break;                     //跳出循环体 

        } 

        if(-1 == ret){                 //读文件出错 

            if(errno == EINTR){        //出错是由中断引起的 

                continue;              //继续读文件 

            } 

            perror("read()");          //打印出错信息(原因) 

            close(fd);                 //关闭文件 

            return 1; 

        } 

    } 

 

    for(i=0;i<sizeof(buf);i++){ 

        if(buf[i] == 't'){               //如果读到‘t’,说明后面马上出现温度值 

            for(j=0;j<sizeof(tempBuf);j++){ 

                tempBuf[j] = buf[i+2+j]; //将温度值以字符串的形式写入tempBuf中 

            } 

        }    

    } 

 

    temp = (float)atoi(tempBuf) / 1000;  //将字符串转换为浮点型温度数据 

 

    printf("%.3f C\n",temp);             //打印出温度值 

 

    close(fd);                           //关闭文件 

 

    return 0; 

 

 

 

参考文档

  1. 树莓派介绍
  2. 电脑连接树莓派PiZeroW
  3. 樹莓派+溫度感測器實現室內溫度監控:http://shumeipai.nxez.com/2013/10/03/raspberry-pi-temperature-sensor-monitors.html
  4. Raspberry Pi Temperature Sensor
    http://www.cl.cam.ac.uk/projects/raspberrypi/tutorials/temperature/

 

 

posted on 2018-07-05 11:44  晨之请风  阅读(2764)  评论(0编辑  收藏  举报