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，，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：

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

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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

树莓派介绍
电脑连接树莓派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/