树莓派专业温度监测：基于 DS18B20 传感器的完整指南

概述

树莓派是由英国树莓派基金会开发的紧凑型单板计算机（SBC）。它运行多种基于 ARM 架构的 Linux 发行版，并提供一组 GPIO 引脚，可连接各种外部组件，如传感器和执行器。由于树莓派缺乏板载模数转换器（ADC），像 TMP36 这样的模拟温度传感器无法直接使用。因此，采用数字温度传感器 DS18B20 是实现精准、基于串行总线温度测量的推荐方案。

所需硬件

• 树莓派（任意近期型号）
• DS18B20 数字温度传感器
• 4.7 kΩ 上拉电阻（标准值）
• 原型板（面包板或 Pi-Cobbler 扩展板）
• 半尺寸面包板（可选，用于延长布线）
• 跳线（公对公或公对母，按需准备）

基础设计

硬件连接

核心连接包括树莓派、DS18B20、4.7 kΩ 上拉电阻、Pi-Cobbler（或直接面包板接线）和跳线。所有元件插入面包板，便于快速原型验证和调试。

接线图解

DS18B20 采用单总线串行接口，允许多个传感器共享同一数据线。在树莓派的 Raspbian（或衍生版）系统中，加载相应内核模块后，传感器将作为串行设备出现。传感器必须连接到 GPIO 4（BCM 编号），这是唯一支持 1-Wire 协议的引脚。可参考 Adafruit 的 DS18B20 设置指南 获取可视化接线参考。

选择 DS18B20 型号

DS18B20 有三种常见封装：

• 标准 DIP 封装（适合原型开发）
• 防水带线型（适合环境监测）
• 高温型（最高可测 125 °C）

所有型号均内置 1-Wire 接口和温度转换逻辑，直接向树莓派输出数字读数。现代 Raspbian 镜像已包含所需驱动，可通过文件系统直接访问。

命令行验证

接线完成后，通过终端验证传感器：

sudo modprobe w1-gpio
sudo modprobe w1-therm
cd /sys/bus/w1/devices
ls
cd 28-xxxxxxxxxxxx  # 替换为你的传感器序列号
cat w1_slave

输出中将包含以 YES 结尾的校验行，下一行给出千分之一度为单位的摄氏温度值。

软件：基础记录器

以下 Python 脚本每秒读取一次温度并打印到标准输出。保存为 temp_logger_basic.py，以 root 权限运行。

#!/usr/bin/env python3
import os
import glob
import time

# 确保加载 1-Wire 模块
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 = f'{DEVICE_FOLDER}/w1_slave'

def read_temp_raw():
    with open(DEVICE_FILE, 'r') as f:
        return f.readlines()

def read_temp():
    lines = read_temp_raw()
    while lines[0].strip()[-3:] != 'YES':
        time.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
        temp_f = temp_c * 9.0 / 5.0 + 32.0
        return temp_c, temp_f

while True:
    print(read_temp())
    time.sleep(1)

运行脚本将输出类似：

(18.875, 65.975)
(18.875, 65.975)
(18.875, 65.975)
…

因传感器文件位于受保护的系统目录，必须使用 sudo python3 temp_logger_basic.py 执行。

进阶设计

生产环境中，可用焊接好的 PCB 扩展板替代面包板，获得更坚固、便携的方案。作者制作了可直接插入树莓派的定制扩展板，置于紧凑黑色外壳中。软件每小时记录一次读数并存入 MySQL 数据库，再通过 Google Charts 可视化，便于趋势分析。

进阶硬件

保留基础配置所有元件，额外增加：

• Adafruit 树莓派原型扩展板（或同等定制 PCB）
• 可选外壳及安装配件

详细指南请参考 DS18B20 温度传感器指南 及树莓派官方 1-Wire 支持文档。