Mehrere DS1820 (DS18b20) Temperatursensoren mit dem Raspberry auslesen

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Im Artikel „Temperaturmessung mit dem Raspberry Pi“ haben wir mit einem Raspberry Pi den Temperatursensor DHT22 ausgelesen. Den deutlich günstigeren Sensor DS1820 haben wir im Artikel „Temperaturmessung mit dem Arduino“ mittels eines Ardiuno-Board angesteuert. Heute stellt sich uns die Frage, wie wir mittels eines Raspberry Pi drei oder mehrere DS1820 Temperatursensoren auslesen und die Temperaturwerte mit einem Python-Skript in separaten Dateien speichern.

Mehrere DS1820 (DS18b20) Temperatursensoren mit dem Raspberry auslesen
In unserem Versuch möchten wir zwei wasserdichte DS18b20 und einen DS1820-Temperatursensoren mit dem Raspberry auslesen

Der DS1820 Temperatursensor ist sehr beliebt, da er sehr günstig und durch seine kleine Bauform sehr gute Einbaumöglichkeiten bietet. Im Gegensatz zum DHT22 kann er jedoch keine Luftfeuchtigkeit messen, was aber oftmals auch gar nicht gefordert wird.
Sehr interessant ist der Temperatursensor DS18b20. Bei diesem Sensor handelt es sich um einen wasserdichten Messfühler, der mit einem rund einem Meter langen flexiblen Kabel geliefert wird. Dieser Sensor eignet sich hervorragend für unterschiedliche Temperaturmessungen im Umkreis der Kabellänge.
Wir möchten im heutigen Projekt zwei DS18b20 Sensoren anschließen um mit ihnen zwei unterschiedliche Temperaturmessungen an einem elektrischen Gerät durchführen. Ein dritter Sensor, der klassische DS1820, soll auf der Platine verbleiben und als Referenz die Umgebungstemperatur messen. Für jeden Temperatursensor soll fortlaufen eine eigene Datei geschrieben werden, in die neben eines Zeitstempels die Werte des zugeordneten Temperatursensors geschrieben werden.

Die Vorbereitung – das Material

Für unser Projekt benötigen wir einen Raspberry Pi 3. Prinzipiell kann auch ein älterer Raspi diese Aufgabe erledigen. Wir nutzen hier jedoch das aktuelle Modell, da dieses bereits über einen WLAN-Adapter verfügt (ein Raspberry Pi Zero W sollte ebenfalls nutzbar sein).
Als Speicherkarte benötigen wir eine mindestens 8GB große SD-Karte. Bei einer Neuanschaffung sollte man eine 16GB große Karte bevorzugen.

Material

Der Anschluss an den Raspberry Pi erfolgt über den Pin 1 (3,3 Volt Spannung), Pin 6 (GND) und Pin7 (Datenleitung). Zwischen die 3,3Volt-Leitung und die Datenleitung wird ein 4,7 K-Ohm Widerstand geschaltet.

Die DS180 in Reihe schalten

Gemäß dem Schaubild sind die Temperatursensoren in Reihe zu schalten. Die Stromversorgung erfolgt über den Pin 1 (3,3 Volt Spannung) und Pin 6 (GND) des Raspberry. Für die Daten wird der Port GPIO4 verwendet.
Die Schaltung lässt sich beliebig erweitern. Es wird in jedem Fall nur ein Widerstand benötigt. Interessant wäre sicherlich zu erfahren, ob es eine maximale Anzahl an Temperatursensoren gibt.

raspberry mehrere ds1820
Der Anschluss der Temperatursensoren ist relativ einfach. Mehr Sensoren können so angeschlossen werden.

Anschluss des DH1820

Vielleicht kann hier jemand für Aufklärung sorgen, warum es DH1820-Sensoren gibt, deren Polung vertauscht ist. Beachtet bitte, wie ich den Sensor eingebaut habe. Ich habe jedoch auch 1820-Sensoren in meiner Sammlung, die genau gedreht richtig angeschlossen werden.
Was passiert? Wenn der Sensor verkehrt herum angeschlossen ist, wird er sofort sehr heiß und brennt wahrscheinlich irgendwann durch.
Wenn er heiß wird, sofort den Strom trennen. Dann warten und den Sensor abkühlen lassen. Die Warnung klingt unnötig; ich habe mir jedoch schon die Finger verbrannt … 🙂
In meinem Fall konnte ich dann im abgekühlten Zustand den Sensor drehen und den Raspberry erneut starten. Der Sensor hat danach noch korrekt funktioniert.

Anschluss des DH18B20

DS18b20 Kabel Anschluss
Die DS18b20 Temperatursensoren bringen drei Anschlusskabel in den Farben gelb, rot und schwarz mit.

Am Ende des Kabels des DH18B20 befinden sich drei Kabel in den Farben ROT, SCHWARZ und GELB. Zur besseren Orientierung habe ich die entsprechenden Kabel zum Pin bereits in diesen Farben gesetzt.

Es macht Sinn, die Enden der Kabel mit Pins zu versehen (verlöten), damit diese einfach auf ein Steckboard gesteckt werden können. Die blanken Litzen in das Steckboard zu stecken ist keine gute Idee.

Die Basis: Das Raspberry-Betriebssystem

Als Basis nehmen wir das Image „Rasbpian Lite“ des Rasbian-Projektes, welches Sie HIER herunterladen können. Wir das Image auf die SD-Karte kommt, haben wir im Artikel „Babyphone selber bauen: Der Raspberry Pi mit Handy als Überwachungskamera“ ausführlich beschrieben. Im Zweifelsfall auch das dort verlinkte Video anschauen.

Voraussetzung: Image auf SD-Karte kopiert, SSH-Datei vor dem ersten Start auf der SD-Karte erstellt.
Karte wurde in den Raspberry Pi eingelegt, der Raspberry gestartet und eine Putty-Verbindung mit dem Raspberry besteht.

Zuerst wird das Betriebssystem mit den nachfolgenden Befehlen auf den neusten Stand gebracht:

sudo apt-get update
sudo apt-get upgrade

Temperaturwerte der DH1820-Sensoren auslesen

Die Temperatursensoren sind an dem Raspberry angeschlossen, das Betriebssystem ist auf dem neusten Stand und eine Putty-Verbindung besteht – dann kann es losgehen.

Im ersten Schritt muß der 1-Wire Bus aktiviert werden. Dies geschieht mit den folgenden Befehlen:

sudo modprobe wire
sudo modprobe w1-gpio
sudo modprobe w1-therm

Damit die Module in Zukunft automatisch geladen werden, editieren wir eine Datei mit einem beliebigen Editor (hier: nano) mittels:

sudo nano /boot/config.txt

An das Ende der Datei werden die folgenden Zeilen angehängt:

# 1-Wire Temperatursensor, Daten an Pin 4
dtoverlay=w1-gpio
gpiopin=4

Hier definieren wir also auch , dass wir die Daten über den Pin „GPIO4“ auslesen möchten.

Mit dem folgenden Befehl starten wir den Raspberry durch:

sudo shutdown –r now

Was passiert nun? Wenn alles korrekt funktioniert, wird nun fortlaufend für jeden Sensor eine Datei im Filesystem des Raspberrys aktualisiert. Aus dieser Datei können wir dann die Temperatur extrahieren.

Zuerst gehen wir in das korrekte Verzeichnis un schauen uns den Ordnerinhalt an:

cd /sys/bus/w1/devices
ls

Hier sollten nun für jeden Sonsor ein Ordner auftauchen, dessen Name „etwas kryptisch“ ist. Beim Ordnernamen (in meinem Fall beispielsweise „28-0517a2b482ff“) handelt es sich um die individuelle Kennung des Sensors. Dies bedeutet, dass man hier also immer die Daten des speziellen Sensors findet.
Im Ordner befindet sich jeweils die Datei „w1_slave“. Es lohnt sich, die Datei einmal mit einem Editor (zum Beispiel „nano“) anzuschauen. Am Ende findet man den Wert „t=xxxxx“. Der Wert hinter „t=“ ist unser Temperaturwert ohne Komma.

Temperaturwerte mittels Python-Skript auslesen und in eine Datei schreiben

Im „root“ von „pi“ erstellen wir ein Python-Skript

nano auslesen.py

Der nachfolgende Code kann erst einmal zu Testzwecken hineinkopiert werden. Dann sind jedoch folgende Zeile(n) anzupassen:

temperatur = LeseAktuelleTemperatur('/sys/bus/w1/devices/28-0517a2b482ff/w1_slave')

Hier muss der kryptische Ordnername manuell an den im Dateisystem ersichtlichen Ordnernamen angepasst werden.

#!/usr/bin/python
# coding=utf-8
# auslesen.py
# Programm liest die drei DH1820 Sensoren aus und schreibt diese in jeweils eine Datei
#----------------

import os, sys, time

def LeseAktuelleTemperatur(pfad):

# 1-wire Slave Datei lesen
file = open(pfad)
filecontent = file.read()
file.close()

# Temperaturwerte auslesen und konvertieren
stringvalue = filecontent.split(„\n“)[1].split(“ „)[9]
temperature = float(stringvalue[2:]) / 1000

# Temperatur ausgeben
rueckgabewert = ‚%6.2f‘ % temperature
return(rueckgabewert)

Lauf = 0
Durchlauf = 120
WartenSek = 30
filename = time.strftime(„%Y%m%d.%m“)

while Lauf <= Durchlauf:

timestamp = time.strftime(„%d.%m.%Y %H:%M:%S“)

# Temperatur 1 messen
temperatur = LeseAktuelleTemperatur(‚/sys/bus/w1/devices/28-0517a2fd99ff/w1_slave‘)
print „1 – „, timestamp, „: „, temperatur, „°C“

f = open(filename + ‚_1.txt‘, ‚a‘)
f.write(timestamp + „;“ + temperatur + „\n“)
f.close();

# Temperatur 2 messen
temperatur = LeseAktuelleTemperatur(‚/sys/bus/w1/devices/28-0517a2b482ff/w1_slave‘)
print „2 – „, timestamp, „: „, temperatur, „°C“

f = open(filename + ‚_2.txt‘, ‚a‘)
f.write(timestamp + „;“ + temperatur + „\n“)
f.close();

# Temperatur 3 messen
temperatur = LeseAktuelleTemperatur(‚/sys/bus/w1/devices/28-031604ff71ff/w1_slave‘)
print „3 – „, timestamp, „: „, temperatur, „°C“

f = open(filename + ‚_3.txt‘, ‚a‘)
f.write(timestamp + „;“ + temperatur + „\n“)
f.close();

time.sleep(WartenSek)
Lauf = Lauf + 1


print "Temperaturabfrage beendet"

Was macht das Python-Programm?

Das Programm liest alle 30 Sekunden (Variable: „WartenSek = 30“) die drei Temperatursensoren aus. Für denen Sensor wird der Wert sowie ein Zeitstempel („timestamp“) fortlaufend in eine Datei geschrieben. Der Dateiname wird mittels Datum und einem angehängten „_1“ für den ersten Sensor generiert.
Die Variable „Durchlauf = 120“ gibt an, wieviel Durchläufe die Schleife haben soll. Bei 30 Sekunden Wartezeit und einem maximalen Durchlauf von 120 werden also eine Stunde lang alle Sensoren abgefragt und jeweils in einer Datei protokolliert.

Was kann man verbessern?

Das Programm hat mindestens zwei Punkte, die man verbessern kann. Zum einen der Sleep-Befehl. Dadurch, dass der Schleifendurchlauf nicht immer gleich lang ist, findet nicht wirklich alle 30 Sekunden eine Protokollierung statt. Eine Lösung wäre hier, gar keine Schleife zu nehmen, sondern das Skript so zu verändern, dass es nur einmal durchläuft und sich dann beendet. Über einen Cronjob könnte man dann das Skript zur gewünschten Zeit starten.

Die zweite „Schwachstelle“ sind die „hardcodierten“ Temperatursensoren. Als Lösung kann man das Verzeichnis „/sys/bus/w1/devices“ auslesen und so erkennen, wieviel Sensoren angeschlossen sind.

Über Anregungen, Verbesserungen und Meinungen freuen wir uns natürlich. Happy coding!

Rainer Hoppe
Über den Autor: Rainer Hoppe ist ein kritischer und professioneller Produkttester. Er hat bereits über 300 aktuelle Produkte getestet und in Testberichte beschrieben. Aktuell leitet Rainer unsere Wetterstation Test Reihe. Rainer, Anfang 30, ist ein begeisteter Technik und Computer-Fan, Freizeit-Mountain-Biker sowie ein stolzer und rührender Vater einer kleinen Tochter.

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