Wikijunior:樹莓派/樹莓派溫度感測器

Andrew Oakley 的教程
公有領域 2016 年 7 月 2 日
www.cotswoldjam.org

入門

本教程將向您展示如何製作一個溫度感測器，當溫度過高時發出紅色光，當溫度過低時發出藍色光。

Words you will see on the screen, or that you need to type in, are highlighted like this.

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您的導師應該已經為您準備好了樹莓派，並提供了一個包含元件的袋子。或者，您可以從以下網址下載檔案：http://cotswoldjam.org/tutorials

電子元件

溫度感測器

DS18B20 防水溫度感測器。它的一端有三個引線，另一端有一個金屬感測器。此版本防水，感測器可以浸入水中。還提供了一種更小、更便宜的非防水版本。

麵包板

迷你麵包板。它有上下兩部分。每個部分中每列的所有點都連線在一起，因此我們可以進行電氣連線。

電阻

三個電阻。檢查色帶 – 兩個相同的電阻為 220 歐姆（紅紅棕），另一個（帶藍色條紋）為 4700 歐姆。歐姆數越高，對電流的阻力越大。電阻可以以任何方向放置。

發光二極體（LED）

紅色和藍色 LED。短引線是負極。燈泡邊緣還有一個扁平面；這也會指示哪一側是負極。LED 還需要一個小電阻來防止它們燒壞。我們將為每個 LED 使用一個 220 歐姆的電阻。

跳線

跳線。您應該有六根公對母跳線（一端是突出的，另一端是凹進的）和一根公對公跳線（兩端都突出）。您的導線可能有許多不同的顏色。

電路

忽略顏色。您的跳線可能顏色不同，儘管本文件的作者嚴重色盲。重要的是導線連線到正確的位置。

將元件放置在麵包板上，如下所示。

LED 的負極聯結器（短引線，扁平面）在右側，與 220 歐姆電阻位於同一列。

溫度感測器有三個聯結器

顏色	用途	位置
灰色（有時為綠色或黑色）	負極或接地	應位於左側
黃色（有時為白色）	資料	應位於中間
紅色（有時為棕色）	正極	應位於右側

4700 歐姆電阻跨越溫度感測器資料聯結器（中間）和正極聯結器（右側）之間的列。

接下來，在溫度感測器和樹莓派的 GPIO 引腳之間連線三根公對母跳線。

接地（負極）連線到引腳 6 (GND)。
資料（中間聯結器）連線到引腳 7 (GPIO4)。
3.3V（正極）連線到引腳 1。

請注意，引腳編號（“板編號”）和 GPIO 編號（“BCM 編號” - Broadcom，處理器製造商）不同。

檢查圖表。

現在將 LED 和樹莓派之間的跳線連線起來。

一根公對母跳線從藍色 LED 的正極連線到引腳 16 (GPIO23)。

另一根公對母跳線從紅色 LED 的正極連線到引腳 18 (GPIO24)。

一根公對公跳線跨越底部部分的電阻，最後，一根公對母跳線從底部部分的一個電阻連線到引腳 14 (GND)。

配置樹莓派以使用 1-Wire 感測器

溫度感測器使用 1-Wire 介面（正極和負極聯結器，以及 1 個數據聯結器）。我們需要開啟 1-Wire。

從樹莓派桌面，點選選單 - 首選項 - 樹莓派配置。

在配置程式中，點選頂部的介面選項卡。然後找到 1-Wire 行並點選啟用。如果它已經啟用，那就很好。如果它之前沒有啟用，系統會提示您重新啟動機器 - 請確保重新啟動。

第一個程式 – 讀取溫度

從選單中，選擇程式設計 - Python 3。然後使用檔案，新建視窗建立一個新程式並輸入。或者，您可以使用檔案，開啟載入現成的程式，然後向側面滾動並雙擊 python 資料夾，然後雙擊 temperature 資料夾，然後點選temp1.py並開啟。

在輸入程式時，請確保在行的開頭放置所需的空格。例如，在temp=readtemp.readtemp()之前有兩個空格。空格必須對齊。

import gpiozero, readtemp
from time import sleep

while True:
  temp=readtemp.readtemp()
  print ( "Temp: {}c".format(temp) )
  sleep(0.1)

透過選擇“執行”選單中的“執行模組”來執行程式。您應該會看到一些溫度讀數！嘗試用手緊緊握住感測器來加熱它。按住Ctrl鍵並按下C來停止程式。

import 教會計算機學習新事物，使用其他人編寫的程式片段。我們用“庫”這個詞來描述它。gpiozero 是一個使 GPIO 引腳易於使用的庫。readtemp 是一個使溫度感測器易於使用的庫。我們還從 time 庫中匯入 sleep 命令。

while True: 無限重複一個程式碼段（只要… 就一直執行！）

temp=readtemp.readtemp() 從感測器讀取溫度，並將攝氏度值存入名為 temp 的變數中。變數就像盒子，可以存放數字或文字。

print 將資訊輸出到螢幕上。在本例中，輸出溫度讀數。

sleep 等待一段時間。我們在讀數之間留出 0.1 秒的間隔。但是，讀數也需要一段時間，因此迴圈不會執行得太快。

第二個程式 – 點亮 LED

更改程式，或載入 temp2.py 檔案。

import gpiozero, readtemp
from time import sleep

cold=22
hot=32
blueled=gpiozero.PWMLED(23)
redled=gpiozero.PWMLED(24)
blueled.on()
redled.on()

while True:
  temp=readtemp.readtemp()
  
  hotness=(temp-cold)/(hot-cold)
  if hotness>1:
    hotness=1
  if hotness<0:
    hotness=0
    
  print ( "Temp: {}c - Hotness {}".format(temp,hotness) )
  blueled.value=1-hotness
  redled.value=hotness
  sleep(0.1)

透過選擇“執行”選單中的“執行模組”來執行程式。紅色和藍色 LED 將根據溫度改變亮度！使用CTRL+C 停止程式，並嘗試更改 cold 和 hot 的值。體溫約為 37°C（98.6°F），冰塊為 0°C（32°F），典型室溫為 22 攝氏度（71.6 華氏度）。

gpiozero.PWMLED 告訴計算機我們連線了一個 LED，並且我們將使用脈衝寬度調製（PWM）來改變其亮度——以非常快的速度使其閃爍！

我們根據溫度在冷和熱之間設定亮度級別（熱度）。

如果溫度等於或高於熱，則只有紅色亮起（熱度設定為 1）。如果溫度等於或低於冷，則只有藍色亮起（熱度設定為 0）。如果溫度介於兩者之間，則藍色和紅色的亮度將根據溫度變暗或變亮——這就是數學運算，即（temp-cold）除以（hot-cold）。嘗試用鉛筆或計算器計算一下！

因此，熱度始終是介於 0（冷）和 1（熱）之間的十進位制數。我們對藍色 LED 使用了一個巧妙的數學技巧來獲得亮度的“反向”；1 減去熱度。當熱度為 0.8 時，藍色 LED 的亮度為：1 − 0.8 = 0.2

高階程式設計師

檢視 readtemp.py 庫以瞭解我們如何從溫度感測器獲取讀數。找到檔案 /sys/bus/w1/devices/28-something/w1_slave 並使用 cat 命令從終端輸出讀數。

修改 readtemp.py 庫的程式碼以使用華氏度而不是攝氏度。

檔案

Cjam-temperature-tutorial.pdf

本教程的原始 PDF 檔案位於維基共享資源：Cjam-temperature-tutorial.pdf

readtemp.py

# readtemp
# by Andrew Oakley 2016-07 Public Domain www.aoakley.com
# A module to read the temperature in Celcius from a DS18B20 thermometer
# connected via the 1-Wire interface on a Raspberry Pi
# You must enable dtoverlay=w1-gpio in /boot/config.txt
# or enable 1-Wire interface in Preferences - Raspberry Pi Configuration
# Default pin is GPIO4
# Connect ground & 3.3V, then connect data wire to GPIO4

import glob
from time import sleep

# Initialise the private global variable
_readtemp_device_file=""

# Find the thermometer file
def readtemp_init():
  global _readtemp_device_file
  base_dir = '/sys/bus/w1/devices/'
  glob_folder=glob.glob(base_dir + '28*')
  if len(glob_folder)<1:
    raise Exception("Cannot find DS18B20 thermometer")
  else:
    device_folder = glob_folder[0]
    _readtemp_device_file = device_folder + '/w1_slave'

# Read all the data from the thermometer
def _readtemp_raw():
  global _readtemp_device_file
  f = open(_readtemp_device_file, 'r')
  lines = f.readlines()
  f.close()
  return lines

# Extract the Celcius value from the thermometer data
def readtemp():
  if _readtemp_device_file == "":
    readtemp_init()

  lines = _readtemp_raw()
  tries = 0
  while lines[0].strip()[-3:] != 'YES' and tries<10:
    sleep(0.2)
    lines = _readtemp_raw()
    tries = tries+1
  if tries<10:
    equals_pos = lines[1].find('t=')
    if equals_pos != -1:
      temp_string = lines[1][equals_pos+2:]
      temp_c = float(temp_string) / 1000.0
      return temp_c
  else:
    raise Exception("Cannot get reading from DS18B20 thermometer")

temp1.py

import gpiozero, readtemp
from time import sleep

while True:
  temp=readtemp.readtemp()

  print ( "Temp: {}c".format(temp) )

  sleep(0.1)

temp2.py

import gpiozero, readtemp
from time import sleep

# Minimum and maximum temperatures
# Try changing these!
cold=22
hot=32

# Which pins are the LEDs connected to?
blueled=gpiozero.PWMLED(23)
redled=gpiozero.PWMLED(24)

# Turn on the LEDs
blueled.on()
redled.on()

while True:
  # Find the temperature
  temp=readtemp.readtemp()

  # Calculate a value between 0 and 1 representing hotness
  hotness=(temp-cold)/(hot-cold)
  if hotness>1:
    hotness=1
  if hotness<0:
    hotness=0
  print ( "Temp: {}c - Hotness {}".format(temp,hotness) )

  # Set the brightness of the LEDs
  blueled.value=1-hotness
  redled.value=hotness

  sleep(0.1)