树莓派基础实验25：DS18B20温度传感器实验

一、介绍

   温度传感器DS18B20是一款常用的数字温度传感器，具有体积小，硬件成本低，抗干扰能力强，精度高的特点。数字温度传感器易于连接，并可以在包装后应用于各种场合，与传统的AD采集温度传感器不同，采用1线总线，可直接输出温度数据。

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二、组件

★Raspberry Pi主板*1

★树莓派电源*1

★40P软排线*1

★DS18B20温度传感器模块*1

★面包板*1

★跳线若干

三、实验原理

DS18B20温度传感器

DS18B20模块原理图

   DS18B20的读写时序和测温原理与DS1820相同，只是得到的温度值的位数因分辨率不同而不同，且温度转换时的延时时间由2s减为750ms。 DS18B20测温原理如下图所示：

DS18B20测温原理

   图中低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号发送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡频率明显改变，所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器1的预置值减到0时，温度寄存器的值将加1，计数器1的预置将重新被装入，计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器2计数到0时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。斜率累加器用于补偿和修正测温过程中的非线性，其输出用于修正计数器1的预置值。

DS18B20温度传感器技术性能描述：

①、 独特的单线接口方式，DS18B20在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。

DS18B20

② 、测温范围 －55℃～+125℃，固有测温误差1℃。在摄氏度-10 ° C至+85 ° C范围内精度为±0.5 ° C

③、支持多点组网功能，多个DS18B20可以并联在唯一的三线上，最多只能并联8个，实现多点测温，如果数量过多，会使供电电源电压过低，从而造成信号传输的不稳定。

④、工作电源: 3.0~5.5V/DC （可以数据线寄生电源）

⑤ 、在使用中不需要任何外围元件

⑥、 测量结果以9~12位数字量方式串行传送

⑦ 、不锈钢保护管直径 Φ6

⑧ 、适用于DN15~25, DN40~DN250各种介质工业管道和狭小空间设备测温

⑨、 标准安装螺纹 M10X1, M12X1.5, G1/2”任选

⑩ 、PVC电缆直接出线或德式球型接线盒出线,便于与其它电器设备连接。

四、实验步骤

  第1步：连接电路。

树莓派	T型转接板	温度传感器模块
GPIO7	G4	OUT
5V	5V	VCC
GND	GND	GND

DS18B20温度传感器实验电路图

DS18B20温度传感器实验接线图

  第2步：升级操作系统内核。

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

  第3步：编辑/boot/config.text文件。在文件底部添加一行：dtoverlay=w1-gpio。

/boot/config.text文件

  第4步：重启树莓派系统。

sudo reboot

  第5步：安装设备驱动程序并确认设备是否有效。

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

确认设备是否有效

  上图中28-0300a2791d24是一个外部温度传感器设备的序列号，但它会随每个设备而变化。因为DS18B20温度传感器的序列号是唯一的。
  第6步：查看设备数据，检查当前温度。

pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices $ cd 28-0300a2791d24
pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices/28-0300a2791d24 $ ls
driver  hwmon  id  name  power  subsystem  uevent  w1_slave
pi@raspberrypi:/sys/bus/w1/devices/28-0300a2791d24 $ cat w1_slave 
16 01 55 05 7f a5 a5 66 b5 : crc=b5 YES
16 01 55 05 7f a5 a5 66 b5 t=17375

  数据文件中序号为1的行（由于计算机中排序从0开始，序号为1的行即第2行，后面相似的情况一样），序号为9的字符段“t=17375”中的数字就是当前温度值。如果要将其转换为摄氏度，也可以除以1000,即当前温度为17375÷1000=17.375°C。

  第7步：编写控制程序。运行代码后，在屏幕上显示当前温度值。

实验结果显示情况

  程序中导入了操作系统的库os，详情可以点击链接：
  https://www.runoob.com/python/os-file-methods.html

  程序中也使用了Python 字符串内建函数，更多字符串操作可以点击链接：
  https://www.runoob.com/python/python-strings.html

#!/usr/bin/env python
#----------------------------------------------------------------
#   Note:
#       ds18b20's data pin must be connected to pin7.
#       replace the 28-XXXXXXXXX as yours.
#----------------------------------------------------------------
import os  #导入操作系统的库os

ds18b20 = ''

def setup():
    global ds18b20
    for i in os.listdir('/sys/bus/w1/devices'):
    #os.listdir(path) 返回path指定的文件夹包含的文件或文件夹的名字的列表
    
        if i != 'w1_bus_master1':
    #里面除了文件'w1_bus_master1'，另外一个就是温度数据文件所在的文件夹
    
            ds18b20 = i   
    #将温度数据文件所在的文件夹名赋值给全局变量ds18b20

def read():

    location = '/sys/bus/w1/devices/' + ds18b20 + '/w1_slave'
    #location是温度数据文件的地址
    
    tfile = open(location)  
    #os.open(file, flags[, mode])打开一个文件
    text = tfile.read()     
    #  os.read(fd, n)从文件描述符 fd 中读取最多 n 个字节，返回包含
    #  读取字节的字符串，文件描述符 fd对应文件已达到结尾, 返回一个空字符串。
    
    tfile.close()
    #os.close(fd)关闭文件描述符 fd
    
    secondline = text.split("\n")[1]
    #   string.split(str="", num=string.count(str))
    #   以 str 为分隔符切片 string，如果 num 有指定值，则仅分隔 num+ 个子字符串
    #计算机里序号是从0开始计算，取1即是第二行
    
    temperaturedata = secondline.split(" ")[9]
    #以空格为分隔符，取序号为9的字符段，如：t=17375
    
    temperature = float(temperaturedata[2:])
    #取字符串（如：t=17375）第2位及以后部分，即数字部分17375
    
    temperature = temperature / 1000
    return temperature
    
def loop():
    while True:
        if read() != None:
            print "Current temperature : %0.3f C" % read()
           #以单精度浮点小数的形式输出，保留三位小数
def destroy():
    pass

if __name__ == '__main__':
    try:
        setup()
        loop()
    except KeyboardInterrupt:
        destroy()