樹莓派 Zero W+溫度傳感器DS18B20
作者：陳拓chentuo@ms.xab.ac.cn 2018.05.28/2018.06.01
0. 概述
用樹莓派 Zero W讀取DS18B20溫度，上傳到物聯網平台。
1. 准備
1.1 硬件
- 樹莓派Pi Zero W
- DS18B20溫度傳感器
- 杜邦線3根
- 電腦（我用Windows 7）
- 4.7KΩ電阻
1.2 GPIO接口
1.3 接線
首先我們把18B20和樹莓派連接。樹莓派的GPIO4是W1（一線）設備的接口，所以我們需要把18B20的數據腳接到GPIO4上。GPIO4是GPIO的第7個插針。
為什么用GPIO4作為DS18B20的IO，我們在后面第5小節說明。
2. 測試
2.1 連接電腦和Pi Zero W
用putty連接電腦和Pi Zero W，看本文最后的參考文檔。Host Name填raspberrypi.local，端口22，用戶名pi，密碼raspberry。
2.2 更新樹莓派軟件源
登錄樹莓派之后，先升級軟件源，在終端下輸入以下代碼，等待一段時間即可。
- 更新列表
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get update
這個命令，會訪問源列表里的每個網址，並讀取軟件列表，然后保存在本地電腦。我們在新立得軟件包管理器里看到的軟件列表，都是通過update命令更新的。
- 更新軟件
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get upgrade
這個命令，會把本地已安裝的軟件，與剛下載的軟件列表里對應軟件進行對比，如果發現已安裝的軟件版本太低，就會提示你更新。
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
保存並檢查修改是否正確：
pi@raspberrypi:~ $ cat /boot/config.txt
重啟樹莓派：
pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot
注意：reboot容易丟失ssh文件，建議如下操作：
- pi@raspberrypi:~ $ sudo shutdown -h now
- 等待電源指示燈熄滅后，關閉電源
- 重新上電連接ssh
2.4 加載模塊，查看溫度傳感器DS18B20設備
- 加載2個模塊
pi@raspberrypi:~ $ sudo modprobe w1-gpio
pi@raspberrypi:~ $ sudo modprobe w1-therm
-
- w1-gpio是單總線的IO操作模塊，用於模擬單總線時序；w1_therm是DS18B20的內部操作模塊（讀寫寄存器），和IO時序無關；
我們可以將驅動結構看成是將w1_therm掛接到w1-gpio總線上，由w1-gpio控制w1_therm工作。
-
- modprobe命令用於向內核中加載模塊或者從內核中移除模塊。
查看幫助：
pi@raspberrypi:~ $ modprobe -h
列出內核中所有已經或者未掛載的所有模塊：
- 查看溫度傳感器DS18B20設備
pi@raspberrypi:~ $ cd /sys/bus/w1/devices/
pi@raspberrypi:~ $ ls
28-000004d618fa就是溫度傳感器DS18B20設備，這是傳感器的序列號，每個傳感器都不一樣。
2.5 查看當前溫度
依次在終端輸入以下命令：
pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices $ cd 28-000004d618fa
pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices/28-000004d618fa $ cat w1_slave
第一行最后為CRC校驗“YES”表示校驗正確，為“NO”則代表校驗出錯，或讀不到溫度值。
第二行的t=25375就是當前的溫度值，要換算成攝氏度，除以1000，即當前溫度為23000/1000=25.375攝氏度。
3. 用python讀取溫度值
文件存放:/home/pi/temperature.py
操作如下：
- 回到家目錄
pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices/28-000004d618fa $ cat ~
pi@raspberrypi:~ $ pwd #看看回家了沒有
/home/pi
- 創建temperature.py
pi@raspberrypi:~ $ sudo touch temperature.py
- 編輯temperature.py
pi@raspberrypi:~ $ sudo nano temperature.py
寫進如下內容：
#/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
- 運行temperature.py
python temperature.py
4. 上傳數據到樂聯網
樂聯網是國內比較知名的免費物聯網數據平台，下面我們先申請樂聯網賬號，並添加設備和傳感器。
4.1 申請樂聯網賬號
網址：https://www.lewei50.com/，注冊一個新賬號，登錄。
4.2 添加新設備
先添加設備，一個設備里可以有多個不同的傳感器。
選擇“我的物聯” > 在“菜單列表”中選擇“我的設備” > 點擊“添加新設備”標簽，按下圖添加設備：
添加好的設備是這樣的：
免費可以添加2個設備。
4.3 添加傳感器
接下來在新設備中添加傳感器。
在“菜單列表”中選擇“傳感器與控制器” > 在“傳感器列表”標簽頁點擊“新建”按鈕。
點擊“保存”。注意“標識”要唯一。
傳感器添加好了。免費可以添加8個傳感器。
4.4 獲取Userkey
選擇“我的賬戶” > 在“菜單列表”中選擇“設置個人信息” > 查看“設置個人信息”標簽：
記住這個Userkey：30346d2762e64cb99336443e0ae84e02
4.5 數據上傳測試
樂聯網提供了一個“API在線測試工具”，網址是：
http://www.lewei50.com/dev/apitest/3
- 將你的網關號改成設備ID：01
- 將Post數據改成：
[
{
"Name":"RT001",
"Value":"15.28"
}
]
點擊“調用接口”：
數據成功發送"Message": "Successful. "！記住Request詳情：
URL：http://www.lewei50.com/api/V1/gateway/UpdateSensors/01
Method：post
--Header：userkey:30346d2762e64cb99336443e0ae84e02
POST Data：
[
{
"Name":"RT001",
"Value":"15.28"
}
]
回到樂聯網，在“傳感器列表”標簽頁查看數據。
4.6樹莓派Zero W上傳數據到樂聯網
- 修改temperature.py，將溫度值用JSON格式保存到一個文本文件：
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將溫度寫入文本文件：/home/pi/datafile.txt
運行python temperature.py進行測試。
- 新增lewei50.sh腳本
文件位置：/home/pi/lewei50.sh，命令：
pi@raspberrypi:~ $ sudo nano lewei50.sh
參考Request詳情寫lewei50.sh腳本：
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權限
pi@raspberrypi:~ $ sudo chmod 777 lewei50.sh
- 運行lewei50.sh測試
pi@raspberrypi:~ $ ./lewei50.sh
看看樂聯網上的新數據，在“菜單列表”中選擇“實時數據”查看：
- 添加到計划任務定時采集數據
將腳本加入定時任務cronjob，cronjob用於安排那些需要被周期性執行的命令。
編輯定時任務：pi@raspberrypi:~ $ sudo crontab -e
選擇一個編輯器，我選默認的2。
在cornjob文件中添加下面一行，並保存（表示10分鍾執行一次lewei50.sh腳本）
*/10 * * * * /home/pi/lewei50.sh
-
- Crontab語法
一個crontab文件用五個段來定義：天，日期和時間，和一個要定期執行的命令代碼。
| * * * * * command to be executed |
斜線“/”表示周期性，/10表示每10分鍾；星號“*” 代表所有可能的值；逗號“,” 指定列表值，如: "1,3,4,7,8"；中橫線“-” 指定范圍值，如 "1-6", 代表 "1,2,3,4,5,6"。
編輯完畢后,很重要的一點是一定要執行如下命令：
pi@raspberrypi:~ $ sudo /etc/init.d/cron restart
否則，定時任務不會執行。
4.7 樂聯網數據展示
樂聯網提供了很多數據展示的方法，下面是其中的幾種。
- 實時數據
請看上節相關的圖。
- 查看門戶
- 歷史走勢分析
- 歷史數據查詢
- 微信互動，樂為物聯還支持你的設備與微信互動，關注樂為物聯公眾號。
5. 多個DS18B20溫度傳感器
5.1 硬件連接
將所有的DS18B20並聯。
沒有焊接工具的同學，可以這樣連接，這是2個DS18B20：
為什么用GPIO4作為DS18B20的IO？
在2015-02-16之後的Raspbain版本，為了防止GPIO的沖突，使用了新的設備樹DT（Device Tree）策略。Raspberry Pi的最新內核和固件（包括Raspbian和NOOBS版本）現在默認使用設備樹DT來管理某些資源分配和模塊加載。
在新內核boot分區下多了個overlays文件夾，里面有很多dtb文件，這些其實就是樹莓派的設備樹，打開README，就可以知道該怎么使用了。查看相關說明：
pi@raspberrypi:~ $ cat /boot/overlays/README
- w1-gpio
名稱：w1-gpio
信息：配置w1-gpio一線接口模塊。
如果不需要GPIO驅動外部上拉使用這個覆蓋（overlay）。
加載：dtoverlay=w1-gpio,<param>=<val>
參數param：
gpiopin 用於IO的GPIO（默認是4）
pullup 非零，on或y以啟用寄生電源（2線，電源在數據線上）
- w1-gpio-pullup
名稱：w1-gpio-pullup
信息：配置w1-gpio一線接口模塊。
如果需要GPIO驅動外部上拉使用這個覆蓋（overlay）。
加載：dtoverlay=w1-gpio-pullup,<param>=<val>
參數Params：
gpiopin 用於IO的GPIO（默認是4）
pullup 非零，on或y以啟用寄生電源（2線，電源在數據線上）
extpullup 用於外部上拉的GPIO（默認是5）
注釋：寄生電源就是利用數據傳輸的高電平供電，用法請看DS18B20數據手冊。
5.2 查看溫度傳感器DS18B20設備
pi@raspberrypi:~ $ ls /sys/bus/w1/devices/
28-000004d6162f和28-000004d627c6就是溫度傳感器DS18B20設備，這是傳感器的序列號，每個DS18B20出廠時都設置了一個序列號，可以通過IO口讀出。
5.3 查看當前溫度
pi@raspberrypi:~ $ cat /sys/bus/w1/devices/28-000004d6162f/w1_slave
pi@raspberrypi:~ $ cat /sys/bus/w1/devices/28-000004d627c6/w1_slave
第一行最后為CRC校驗“YES”表示校驗正確，為“NO”則代表校驗出錯，或讀不到溫度值。
第二行的t=27375和t=27437就是當前的溫度值，要換算成攝氏度就是27.375度和27,437度。放在一起的兩個傳感器溫度值怎么不一樣？看看數據手冊，DS18B20的測量精度是0.5℃。
5.4 使用其他的GPIO作為DS18B20的IO引腳
下面我們將DS18B20的IO引腳從GPIO4改到GPIO17上，看第1節的圖，就是引腳11上。
pi@raspberrypi:~ $ sudo nano /boot/config.txt
將gpiopin=4修改為gpiopin=17：
dtoverlay=w1-gpio-pullup,gpiopin=17
保存，重啟樹莓派（注意：按我前面說的方法重啟）：
pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot
將DS18B20的數據線插到引腳11上，查看溫度傳感器DS18B20設備：
5.5 用C語言讀取溫度值
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); //以只讀方式打開ds18b20設備文件
if(-1 == fd){ //打開設備文件出錯
perror("open device file error"); //打印出錯信息（原因）
return 1;
}
while(1){
ret = read(fd, buf, BUFSIZE); //將設備文件中的內容讀入buf中
if(0 == ret){ //返回0表示讀文件結束
break; //跳出循環體
}
if(-1 == ret){ //讀文件出錯
if(errno == EINTR){ //出錯是由中斷引起的
continue; //繼續讀文件
}
perror("read()"); //打印出錯信息（原因）
close(fd); //關閉文件
return 1;
}
}
for(i=0;i<sizeof(buf);i++){
if(buf[i] == 't'){ //如果讀到‘t’，說明后面馬上出現溫度值
for(j=0;j<sizeof(tempBuf);j++){
tempBuf[j] = buf[i+2+j]; //將溫度值以字符串的形式寫入tempBuf中
}
}
}
temp = (float)atoi(tempBuf) / 1000; //將字符串轉換為浮點型溫度數據
printf("%.3f C\n",temp); //打印出溫度值
close(fd); //關閉文件
return 0;
}
參考文檔
- 樹莓派介紹
- 電腦連接樹莓派PiZeroW
- 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
- Raspberry Pi Temperature Sensor
http://www.cl.cam.ac.uk/projects/raspberrypi/tutorials/temperature/
