[コラム] 第9回『1-wire温度センサーで部屋の温度を測定しよう』

Raspberry PiのGPIOポートには、シリアルポートのほか、I2CやSPIといった電子デバイスと通信するための機能を持ったインターフェースがあります。そのインターフェースに対応したセンサーを取り付ければ、Raspberry Piからセンサーの値を読み取ることができます。

今回実験するのは1-wire接続のデジタル温度センサー DS18B20 です。1-wireとは1本の信号線だけで、低速なデータの送受信と電力供給ができる規格です。バス接続のため複数のデバイスを接続することもできます。

Raspbian OSでは1-wire用のモジュールをロードするだけで1-wireデバイスにも対応し、ファイルを読み書きする感覚で使用できるので、とても簡単です。今回はDS18B20を以下のようにRaspberry Piに接続します。DS18B20の2番ピンDQがデータ用のピンなので、これをGPIO4に接続します。

接続例


まずはじめにRaspberry Piを最新のバージョンにアップデートしておきましょう。

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get upgrade

アップデートが終わったら、1-wireデバイス用のモジュールを起動時に読み込むように設定します。スーパーユーザーで /etc/modules に以下の2行を追加します。

w1-gpio
w1-therm

続いて /boot/config.txt の最後に以下の行を追加します。gpiopin=4はGPIO 4という意味です。

 dtoverlay=w1-gpio-pullup,gpiopin=4

/etc/modules と /boot/config.txt の編集が終わったら再起動します。

$ sudo reboot

これで準備は完了です。温度センサーが認識されるかどうか確認します。まだGPIOポートに接続していない場合は接続してください。認識されると/sys/bus/w1/devices/の中に仮想のディレクトリが作成されます。lsコマンドでみると、28-000…ではじまるフォルダ（シンボリックリンク）が出てきました。

$ ls /sys/bus/w1/devices/
28-000003daaec3 w1_bus_master1

これが接続した温度センサーのデバイスIDです。複数接続している場合は、複数表示されます。デバイスIDは個々のデバイス毎に異なりますので、以下の説明は適宜ご自身の温度センサーのデバイスIDに読み替えてください。

温度センサーの値を取得するには、そのデバイスのフォルダの w1_slave というファイルを読み込みます。

$ cat /sys/bus/w1/devices/28-000003daaec3/w1_slave
8c 01 4b 46 7f ff 04 10 2e : crc=2e YES
8c 01 4b 46 7f ff 04 10 2e t=24750

色々な値が出てきますが、t=の値が温度です。1000倍された値のため、この例の場合は 24.750度 ということになります。このように全くプログラムを使用せず、ファイルを読むだけで簡単に温度センサーの値を読み取ることができました。

最後に簡単なスクリプトを作って、温度だけをわかりやすく表示させるようにしてみたいと思います。以下のサンプルスクリプトではPerlで t= の部分の値を抜き出して、1000で割った値を出力しています。（DEVID=の部分はご自身のデバイスIDにしてください）

サンプルプログラム ds18b20.sh

#!/bin/sh
DEVID="28-000003daaec3"

cat /sys/bus/w1/devices/$DEVID/w1_slave \
     | perl -e 'while(<stdin>){ if(/t=([-0-9]+)/){print $1/1000,"\n";} }'

（2016.3.18 マイナス表示対応の修正をしました）

パーミッションを設定して実行すれば、温度だけが表示されて見やすくなりました。

$ chmod 755 ds18b20.sh
$ ./ds18b20.sh
24.75

Raspberry Piならこのように簡単にセンサーの値を読み取ることができますので、温度で制御する機械を作ったり、マシン室の温度監視用など、いろいろと便利な使い方ができそうです。測定日時と共にファイルに記録していけば温度ロガーにもなりますね。読み取った値をツイートしたり、Open JTalkを使ってRaspberry Piに喋らせても面白いでしょう。


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Comments

[1. kasumi]

Raspbian 3.18.4+以降は/boot/config.txtにdtoverlay=w1-gpio,gpiopin=4と明示しないと認識しなくなりました。
https://github.com/raspberrypi/firmware/blob/master/boot/overlays/README

[2. victory7com]

ありがとうございました。
後ほど記事に反映したいと思います。

[3. トオル]

この記事を参考に設定してみました。
しかし氷点下の気温の時に温度表示されないのですが、どうすれば良いでしょうか？
よろしくお願いします。

[4. victory7com]

＞トオル様
ご指摘ありがとうございました。
サンプルプログラムds18b20.shを氷点下に対応できるように修正してみました。
（違いは[0-9]のところが[-0-9]に変わっています）

修正後の結果：
$ cat /sys/bus/w1/devices/28-000003daaec3/w1_slave
fb ff 55 00 7f ff 0c 10 3b : crc=3b YES
fb ff 55 00 7f ff 0c 10 3b t=-312
$ ./ds18b20.sh
-0.312

[5. トオル]

修正ありがとうございます。
無事マイナスでも出力出来ました。
これでしんぱいなく温度測定が出来ます。
今後ともよろしくお願いいたします。