ラズパイでDS18B20を使って水温を測るまで[1-Wire]
この記事では、Raspberry Piと防水加工された温度センサーDS18B20を使って水温を測れるようにしていく。記事の最後では、Pythonで1-Wireデータを読み取れるようにしていく。
DS18B20はデジタル温度センサーであり、1-Wire通信方法でデータを受信する。Raspberry Piには1-Wireドライバーが装備されているので、温度を簡単に読み取ることができた。
開発環境
今回の開発環境は次の通り。
| 項目 | バージョン |
|---|---|
| ラズパイ | Raspberry Pi zero WH |
| OS | Raspbian 9.13 |
| Python | 2.7.13／3.7.0 |
| 温度センサー | DS18B20 |
Arduinoと水温計の応用例
Arduinoと水温計を組み合わせて、ビオトープやアクアリウムで使えそうな商品をご紹介します。
さらに、AC100V電源をラズパイなどでコントロールできると、やりたいことの幅が広がりますね！
ラズパイと温度センサーの配線
今回はRaspberry PiとDS18B20を次のように配線した。
| ラズパイ | DS18B20 |
|---|---|
| 3.3V | Vdd |
| GPIO4 | DQ |
| GND | GND |
3.3VとGPIO4の間に、4.7kΩのプルアップ抵抗を繋ぐ。
DS18B20のデータシートはこちら
ラズパイで1-Wireを有効にする
1-Wireの設定
Raspberry Pi OSには、1-Wireデータを読み取れるドライバーが内蔵されているので、それを使えるように有効化してく。$ sudo vi /boot/config.txt を実行してで下記内容を追加しよう。
dtoverlay=w1-gpio,gpiopin=4,pullup=y
追加したらRaspberry Piをリブートする。$ lsmod | grep w1 で次のように表示されればOK。これで1-Wireが有効になった。
w1_therm 7330 0
w1_gpio 3171 0
wire 32947 2 w1_gpio,w1_therm
温度を読み取ってみよう！
それではさっそく、DS18B20の温度を読み取ってみよう。温度センサが正しく接続されていれば、$ ls /sys/bus/w1/devices/ で次のように28-から始まるディレクトリが表示されるはず。
28-0301a279ec09@ w1_bus_master1@
- 「28-」以降の「28-0301a279ec09」はセンサーデバイスが持つ固有ID。
- ＠（アットマーク）はシンボリックリンクの意味。
28-0301a279ec09ディレクトリの中には、w1_slaveファイルがあるのでそれを読み取ると温度が確認できる。
$ cat /sys/bus/w1/devices/28-0301a279ec09/w1_slave
5c 01 55 05 7f a5 a5 66 50 : crc=50 YES
5c 01 55 05 7f a5 a5 66 50 t=21750
t=21750が温度で、現在の摂氏温度が1000倍にして表示されている。つまりこの場合だと、約21.7度だ。センサーを手で握って、もう一度確認してみよう。温度が変化するはず。
Pythonで1-Wireデータを読み取る
最後にこれらの1-WireデータをPythonで読み取れるようにしてみたい。
1-Wireのデータはテキストファイルに書き込まれているので、それをPythonで読み取ってパースすれば良さそうである。しかし、すでにPythonで1-Wireデータを扱いやすくしてくれるw1thermsensorライブラリがあるので、今回はそれを使ってみることにした。
w1thermsensorのインストール
Python3で動かしたかったので、次のようにしてインストールした。2.0.0a2でないと、インポートエラーになって使えなかったため、バージョン指定している。
$ pip3 install w1thermsensor==2.0.0a2
Pythonプログラム
摂氏温度と華氏温度を、1秒おきに表示するプログラムをPythonで書いてみたので参考に。
from w1thermsensor import W1ThermSensor, Unit
import time
sensor = W1ThermSensor()
while True:
temperature_in_celsius = sensor.get_temperature()
temperature_in_fahrenheit = sensor.get_temperature(Unit.DEGREES_F)
print("celsius: {0:.3f}".format(temperature_in_celsius))
print("fahrenheit: {0:.3f}".format(temperature_in_fahrenheit))
time.sleep(1.0)
