树莓派 GPIO 直连 DS1820 单总线温度传感器指南

用树莓派监测室内外温度可极简实现。本指南演示将 DS18S20 (DS1820) 1-Wire 传感器直连 GPIO、软件读温、RRDtool 记录数据全流程。

树莓派与 1-Wire

DS18S20、DS18B20、DS1822 均为 TO-92 封装 1-Wire 温度传感器，集成传感器、ADC、串行接口。引脚定义与软件接口相同，成本与精度略异——DS18S20 ±0.5°C、DS18B20 ±0.5°C、DS1822 ±0.5°C 但更便宜。

每器件三脚：地 (GND, 脚 1)、数据 (DQ, 脚 2)、电源 (V_DD, 脚 3)。寄生供电模式 (3–5V) 允许仅靠数据线上拉电阻供电。

仅需一个电阻

传感器 DQ 脚接树莓派 GPIO 4。GND 接树莓派地，V_DD 接地启用寄生供电。3.3V 与 GPIO 4 间接 4.7 kΩ 上拉电阻。小面包板或直角排针可整理走线并塞入树莓派官方外壳。

1-Wire 软件驱动

Raspbian (或任意 Debian 系发行版) 加载内核模块：

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

pullup=1 告知驱动传感器通过上拉电阻寄生供电。加载后，每个传感器在 /sys/bus/w1/devices 下呈现子目录。目录名由家族代码与唯一 64 位标识组成：DS18S20/DS1820 用 10，DS18B20 用 28，DS1822 用 22。

目录下 w1_slave 含两行。首行原始寄存器转储与 CRC 校验。次行以 t=xxxx 结尾，为毫度摄氏温度。例：

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

值 7375 对应 7.375°C。数据手册标称精度 ±0.5°C，真实温度在读数 ±0.5°C 范围内。

开机自动加载模块，加入 /etc/modules：

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

循环数据库 (RRDtool)

长期存储与可视化首选 RRDtool。安装：

sudo apt-get install rrdtool python-rrdtool

定义数据库：每 15 分钟记录一值，保留十年日聚合：

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

Python 采集入库

最小脚本读取 w1_slave 写入 RRDtool。按需调整传感器路径与数据库文件名。

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

# 双传感器示例
temps = {
    'temp0': read_temp('10-000801b5'),
    'temp1': read_temp('28-0000045e')
}
rrdtool.update(DB_FILE, ','.join(str(t) for t in temps.values()))

通过 cron 定时运行脚本保持数据库更新。