Как подключить однопроводный датчик температуры DS1820 к Raspberry Pi через GPIO

Мониторинг температуры в помещении или на улице с Raspberry Pi можно осуществить минимальной установкой. Это руководство показывает, как подключить 1-Wire датчик DS18S20 (DS1820) напрямую к GPIO-пину, считывать температуру в софте и логировать данные с RRDtool.

Raspberry Pi и 1-Wire

DS18S20, DS18B20 и DS1822 — все 1-Wire датчики температуры в корпусе TO‑92, объединяющие сенсор, АЦП и последовательный интерфейс. У них одинаковая распиновка и программный интерфейс, но отличаются стоимостью и точностью — DS18S20 даёт ±0,5 °C, DS18B20 ±0,5 °C, DS1822 ±0,5 °C, но дешевле.

У каждого устройства три пина: Земля (GND, пин 1), Данные (DQ, пин 2), Питание (V_DD, пин 3). Паразитное питание (3–5 В) позволяет запитать датчик исключительно от линии данных через подтягивающий резистор.

Всего один резистор

Подключите DQ пин датчика к GPIO 4 на Pi. Соедините GND с землёй Pi и V_DD с GND, включая паразитное питание. Поставьте подтягивающий резистор 4,7 кОм между 3,3 В и GPIO 4. Небольшая макетная плата или угловой хэдер держат проводку аккуратной и помещаются в официальный корпус Pi.

Программные драйверы 1-Wire

На Raspbian (или любом Debian-based дистрибутиве) загрузите модули ядра:

sudo modprobe w1-gpio pullup=1
sudo modprobe w1-therm

Флаг pullup=1 сообщает драйверу, что датчик питается через подтягивающий резистор. После загрузки каждый датчик появляется как поддиректория под /sys/bus/w1/devices. Имя директории состоит из семейного кода и уникального 64-битного идентификатора датчика: DS18S20/DS1820 используют семейный код 10, DS18B20 — 28, DS1822 — 22.

Внутри каждой директории лежит w1_slave, содержащий две строки. Первая показывает сырой дамп регистров и CRC-проверку. Вторая заканчивается на t=xxxx — температуру в миллиградусах Цельсия. Пример:

cd /sys/bus/w1/devices
cd 10-000801b5*
cat w1_slave
0f 00 4b 46 ff ff 06 10 0c : crc=0c YES
0f 00 4b 46 ff ff 06 10 0c t=7375

Значение 7375 соответствует 7,375 °C. Обратите внимание, даташит указывает точность ±0,5 °C, поэтому истинная температура в пределах ±0,5 °C от показания.

Чтобы модули загружались при загрузке, добавьте их в /etc/modules:

# /etc/modules
w1-gpio pullup=1
w1-therm

Круговая база данных (RRDtool)

Для долгосрочного хранения и визуализации идеален RRDtool. Установите:

sudo apt-get install rrdtool python-rrdtool

Определите базу, записывающую значение каждые 15 минут и хранящую суточные агрегаты за десять лет:

rrdtool create temperature.rrd --step 900 \
DS:temp0:GAUGE:1200:-40:80 \
DS:temp1:GAUGE:1200:-40:80 \
RRA:AVERAGE:0.5:1:960 \
RRA:MIN:0.5:96:3600 \
RRA:MAX:0.5:96:3600 \
RRA:AVERAGE:0.5:96:3600

Сбор данных с Python

Ниже минимальный Python-скрипт, читающий w1_slave и вставляющий значение в RRDtool-базу. Подправьте пути к датчикам и имя базы по необходимости.

import os
import rrdtool

W1_PATH = '/sys/bus/w1/devices'
DB_FILE = 'temperature.rrd'

def read_temp(sensor_id):
    with open(f'{W1_PATH}/{sensor_id}/w1_slave') as f:
        lines = f.readlines()
    if lines[1].strip().endswith('YES'):
        temp_milli = int(lines[1].strip().split('t=')[-1])
        return temp_milli / 1000.0
    return None

# Пример для двух датчиков
temps = {
    'temp0': read_temp('10-000801b5'),
    'temp1': read_temp('28-0000045e')
}
rrdtool.update(DB_FILE, ','.join(str(t) for t in temps.values()))

Запускайте скрипт периодически (например, через cron) для обновления базы.