複数のDS18B20防水センサーで温度測定－農家のIoT入門(8)

2021年1月15日

前回の記事で、RaspberryPi と Pythonで使う防水センサーを選びました。

地温測定用の防水センサーを選ぶ－農家のIoT入門(7)

今回は、実際に回路を組んで・プログラミングをして、地温を測定してみましょう。

DS18B20を1個接続する場合の回路

まず、購入した防水温度センサー、DS18B20をブレッドボードで使いやすくするよう、ジャンパワイヤーをハンダ付けしました。

Aideepen 5個セット DS18B20 長さ2M 防水型温度センササーマルプローブセンサーステンレススチールプローブ

Aideepen

センサー1個につき、電源・GND・信号で3本ずつ線が出ています。

防水加工したDS18B20は様々なお店で売っているので、それぞれ多少の差異がありますが、上記のやつは線がすでに剥いてあり、しかもハンダで固めてあるので、そのままでもブレッドボードにさせます。

ただ、抜けやすいし使いにくいので、ジャンパワイヤーを取り付けた方がいいでしょう。

はんだ付けしたところは、熱収縮チューブで保護しておきます。

ドライヤーとかで温めると縮まるチューブです。

続いて、ブレッドボードで配線します。

DS18B20の配線は簡単で、信号線と電源をプルアップ抵抗で繋いで、信号線はGPIOの入力に繋げればＯＫです。

赤線が5V電源。青線がGND。白線がGPIO4と、それぞれRaspberryPiのピンに繋がっています。
（3.3Vでも動きますが、ケーブルが長くなる場合などは5Vの方が安定するようです）

プルアップ抵抗は、DS18B20公式では4.7kΩを繋ぐと指定されていましたが、安定させる為だけだと思うので、多少違っても問題は無いと思います。（手元にあった5.1kΩを繋ぎました）

プルダウン抵抗・プルアップ抵抗を理解する－農家のIoT入門(3)

GPIOピンが4番なのは、公式のモジュールで指定されているピンだからです。

RaspberryPi側の設定

RaspberryPi側でも設定がいくつか必要です。

DS18B20を使うための設定として、まず1-Wireを有効にします。

３線使う場合でも、この設定は必須です。

この画面を出すには、RaspberryPiの「メニュー」＞「設定」＞「Raspberry Pi」の設定＞「インターフェイス」のタブ・・と選んでいけば、上の設定画面に入れます。

ここで、1-Wireの有効にチェック入れればOKです！

この設定をすると、 /boot/config.txt　が編集されます。

続いて、この /boot/config.txt　に1行追加します。
（ポートの電圧を上げないと測定がうまくいかないようです））

dtoverlay=w1-gpio,pullup=on

vimが入っているなら、Terminalで次のコマンドを打てば編集できます。

$ sudo vim /boot/config.txt

なお、お恥ずかしながら初学者の私はここで結構詰まりました。

・vimって何？
・vimのインストールがうまくいかない
・vimの編集方法がわからない

このあたりで詰まった人は、一個ずつ勉強していくしかないかな？・・という感じです。

なお、pullup=onの設定も、vimで編集可能です。

DS18B20を1個接続する場合のプログラミング

最後に、Python3でプログラミングします。

いつものように、他のブログも大いに参考させて頂きながらですが、こんな感じです。



import os
import glob
from time import sleep

os.system('modprobe w1-gpio')
os.system('modprobe w1-therm')

base_dir = '/sys/bus/w1/devices/'
device_folder = glob.glob(base_dir + '28*')[0]
device_file = device_folder + '/w1_slave'

def read_temp_raw():
    f = open(device_file, 'r')
    lines = f.readlines()
    f.close()
    return lines

def read_temp():
    lines = read_temp_raw()
    while lines[0].strip()[-3:] != 'YES':
        sleep(0.2)
        lines = read_temp_raw()
    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

try:
    while True:
        print(read_temp())
        sleep(3)

except KeyboardInterrupt:
    pass

簡単に解説すると。

5・6行目：
DS18B20を使う為に追加するカーネルモジュール

8～10行目：
ここまでの設定が正しく出来ていると、/sys/bus/w1/devices/　内に、28-から始まる15桁のフォルダが新しく作られています。
これが、センサー1個1個のシリアル番号のような物で、センサー毎に異なります。
このコードだと、9行目で28から始まるフォルダを探すよう指示しています。
1個しかセンサーを繋がないなら、これで対応可能です。
そして、このフォルダ内にw1_slave　というファイルがあり、ここに測定したデータが格納されます。

12～16行目：
w1_slave に格納されたデータを取得しています。

18～27行目：
取得したデータから、温度データのみ取り出しています。

29～32行目：
取得した温度を3秒毎に表示します。

コードを走らせると、このように温度が表示されました。

途中からセンサーを指で温めてみましたが、ちゃんと温度上昇していますね。成功です。
（温度が正しいかは、またいずれ検証します。）

DS18B20を複数個接続する場合の回路

このセンサーを選んだ理由のひとつが、複数個接続しやすい事です。

10個程度なら、並列に繋げばいいだけです。

という事で、まずは２個繋いでみましょう。

上の図と同じように、ブレッドボード上で接続します。

ちょっとゴチャゴチャしてわかりにくいですが、右側にセンサー２個分の配線をしています。

プルアップ抵抗は、左側で１個だけで良いので楽ですね。

DS18B20を複数個接続する場合のプログラミング

最後に、センサー２個接続でのプログラミングです。

接続してあるセンサーの数だけ、先程の28-から始まるフォルダが増えます。

そして、それぞれのw1_slave ファイルにデータが書き込まれていくので、センサーごとの温度が簡単に取得できる仕組みです。

ですので、プログラムもそれぞれの w1_slave を読み込むように変更するだけ・・・なのですが、ここは大いに悩みました。

というのも、回りくどい書き方をすれば簡単なんですけど、シンプルに書きたかったので。

・・でもエラーばかりで解決しなかったので、回りくどい方を載せておきます。
（そのうち上達したら修正します）



import os
import glob
from time import sleep

os.system('modprobe w1-gpio')
os.system('modprobe w1-therm')

device_file1 = '/sys/bus/w1/devices/28-3c01b607d2db/w1_slave'
device_file2 = '/sys/bus/w1/devices/28-3c01b6073639/w1_slave'

def read_temp_raw1():
    f = open(device_file1, 'r')
    lines1 = f.readlines()
    f.close()
    return lines1

def read_temp_raw2():
    f = open(device_file2, 'r')
    lines2 = f.readlines()
    f.close()
    return lines2

def read_temp1():
    lines1 = read_temp_raw1()
    while lines1[0].strip()[-3:] != 'YES':
        sleep(0.2)
        lines1 = read_temp_raw1()
    equals_pos = lines1[1].find('t=')
    if equals_pos != -1:
        temp_string1 = lines1[1][equals_pos + 2:]
        temp_c1 = float(temp_string1) / 1000.0
        return temp_c1
    
def read_temp2():
    lines2 = read_temp_raw2()
    while lines2[0].strip()[-3:] != 'YES':
        sleep(0.2)
        lines2 = read_temp_raw2()
    equals_pos = lines2[1].find('t=')
    if equals_pos != -1:
        temp_string2 = lines2[1][equals_pos + 2:]
        temp_c2 = float(temp_string2) / 1000.0
        return temp_c2

try:
    while True:
        print("t1=" + str(read_temp1()))
        print("t2=" + str(read_temp2()))
        sleep(3)

except KeyboardInterrupt:
    pass