SENSOREN/AKTOREN

Raspberry Pi - Heizsystem

Diese Anleitung zeigt Ihnen, wie Sie mit Raspberry Pi, einem Heizelement und dem DS18B20 Temperatursensor die Raumtemperatur regulieren.

Wenn die Temperatur zu niedrig ist, wird das Heizelement vom Raspberry Pi aktiviert.
Wenn die Temperatur warm genug ist, wird das Heizelement vom Raspberry Pi deaktiviert.

Zusätzlich kann der Code für andere Temperatursensoren wie DHT11 oder DHT22, LM35 anstelle des DS18B20 Sensors angepasst werden.

Hardware Erforderlich

1	×	Raspberry Pi 5
1	×	DS18B20 Temperature Sensor (MIT Adapter)
1	×	DS18B20 Temperature Sensor (OHNE Adapter)
1	×	4.7 kΩ Widerstand
1	×	Relais
1	×	Heizelement
1	×	12V Netzteil
1	×	DC-Stromanschluss
1	×	Verbindungskabel
1	×	(Empfohlen) Schraubklemmenblock-Shield für Raspberry Pi
1	×	(Empfohlen) Raspberry Pi Prototyping-Grundplatte & Breadboard-Kit
1	×	(Empfohlen) HDMI-Touchscreen-Monitor für Raspberry Pi

Oder Sie können die folgenden Kits kaufen:

1	×	DIYables Sensor-Kit (30 Sensoren/Displays)
1	×	DIYables Sensor-Kit (18 Sensoren/Displays)

Offenlegung: Einige der in diesem Abschnitt bereitgestellten Links sind Amazon-Affiliate-Links. Wir können eine Provision für Käufe erhalten, die über diese Links getätigt werden, ohne zusätzliche Kosten für Sie. Wir schätzen Ihre Unterstützung.

Kaufhinweis: Viele DS18B20-Sensoren auf dem Markt sind von geringer Qualität. Wir empfehlen dringend den Kauf des Sensors von der Marke DIYables über den obigen Link. Wir haben ihn getestet und er funktionierte gut.

Über Heizelement und DS18B20 Temperatursensor

Das in dieser Anleitung verwendete Heizelement benötigt eine 12V Stromversorgung. Wenn Strom an das Heizelement angelegt wird, erzeugt es Wärme. Um das Heizelement mit einem Raspberry Pi steuern zu können, muss ein Relay zwischen ihnen eingefügt werden.

Wenn Sie mit Temperatursensoren und Heizelementen nicht vertraut sind (Pinbelegung, Funktionsweise, Programmierung usw.), können Ihnen die folgenden Anleitungen helfen:

Schaltplan

Dieses Bild wurde mit Fritzing erstellt. Klicken Sie, um das Bild zu vergrößern.

Um Ihren Verdrahtungsaufbau zu vereinfachen und zu organisieren, empfehlen wir die Verwendung eines Schraubklemmenblock-Shields für Raspberry Pi. Dieses Shield gewährleistet sicherere und besser verwaltbare Verbindungen, wie unten gezeigt:

Funktionsweise des Systems

Der Raspberry Pi ermittelt die Temperatur vom Temperatursensor.
Wenn die Temperatur unter eine bestimmte untere Grenze fällt, aktiviert der Raspberry Pi die Heizelemente.
Wenn die Temperatur eine bestimmte obere Grenze überschreitet, deaktiviert der Raspberry Pi das Heizelement.

Der Vorgang wiederholt sich endlos.

Raspberry Pi Code für Kühlsystem mit DS18B20 Sensor

Im obigen Code aktiviert der Raspberry Pi das Heizelement, wenn die Temperatur unter 15°C fällt. Es bleibt aktiv, bis die Temperatur über 20°C steigt.

Schnelle Schritte

Stellen Sie sicher, dass Sie Raspbian oder ein anderes Raspberry Pi-kompatibles Betriebssystem auf Ihrem Pi installiert haben.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Raspberry Pi mit demselben lokalen Netzwerk wie Ihr PC verbunden ist.
Stellen Sie sicher, dass Ihr Raspberry Pi mit dem Internet verbunden ist, falls Sie einige Bibliotheken installieren müssen.
Wenn Sie den Raspberry Pi zum ersten Mal verwenden, siehe So richten Sie den Raspberry Pi ein
Verbinden Sie Ihren PC über SSH mit dem Raspberry Pi, indem Sie den integrierten SSH-Client unter Linux und macOS oder PuTTY unter Windows verwenden. Siehe So verbinden Sie Ihren PC über SSH mit dem Raspberry Pi.
Stellen Sie sicher, dass Sie die RPi.GPIO Bibliothek installiert haben. Falls nicht, installieren Sie sie mit folgendem Befehl:

sudo apt-get update sudo apt-get install python3-rpi.gpio

Bevor Sie den DS18B20 Temperatursensor mit einem Raspberry Pi verwenden können, müssen wir die 1-Wire Schnittstelle am Raspberry Pi aktivieren. Siehe So aktivieren Sie die 1-Wire Schnittstelle am Raspberry Pi
Installieren Sie die Bibliothek für den DS18B20 Temperatursensor, indem Sie folgenden Befehl ausführen:

pip install w1thermsensor

Erstellen Sie eine Python-Skriptdatei heating.py und fügen Sie folgenden Code hinzu:

# Dieser Raspberry Pi Code wurde von newbiely.de entwickelt # Dieser Raspberry Pi Code wird der Öffentlichkeit ohne jegliche Einschränkung zur Verfügung gestellt. # Für vollständige Anleitungen und Schaltpläne besuchen Sie bitte: # https://newbiely.de/tutorials/raspberry-pi/raspberry-pi-heating-system from w1thermsensor import W1ThermSensor import RPi.GPIO as GPIO import time # Constants THRESHOLD_OFF = 20 # Upper threshold of temperature, change to your desired value THRESHOLD_ON = 15 # Lower threshold of temperature, change to your desired value RELAY_PIN = 21 # GPIO pin connected to the relay module, change to your desired GPIO pin # Setup GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(RELAY_PIN, GPIO.OUT) def find_ds18b20_sensor(): for sensor in W1ThermSensor.get_available_sensors(): if sensor.type == W1ThermSensor.THERM_SENSOR_DS18B20: return sensor return None def read_temperature(sensor): try: temperature_celsius = sensor.get_temperature() return temperature_celsius except Exception as e: print(f"Error reading temperature: {e}") return None # Find DS18B20 sensor ds18b20_sensor = find_ds18b20_sensor() if ds18b20_sensor is not None: print(f"DS18B20 Sensor found: {ds18b20_sensor.id}") try: while True: temperature = read_temperature(ds18b20_sensor) if temperature is not None: if temperature > THRESHOLD_OFF: print("The heating element is turned off") GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.LOW) # turn off elif temperature < THRESHOLD_ON: print("The heating element is turned on") GPIO.output(RELAY_PIN, GPIO.HIGH) # turn on time.sleep(0.5) except KeyboardInterrupt: pass finally: GPIO.cleanup() else: print("DS18B20 Sensor not found.")

Speichern Sie die Datei und führen Sie das Python-Skript aus, indem Sie folgenden Befehl im Terminal eingeben:

python3 heating.py

Das Skript läuft in einer Endlosschleife kontinuierlich weiter, bis Sie Strg + C im Terminal drücken.

Ändern Sie die Temperatur der Umgebung um den Sensor herum.
Überprüfen Sie die Temperatur des Heizelements und des Raums.

Erweiterte Kenntnisse

Die oben beschriebene Steuertechnik ist der Ein-Aus-Regler, der auch als Signalgeber oder "Bang-Bang" Regler bezeichnet wird. Diese Methode ist ziemlich einfach umzusetzen.

Es gibt einen alternativen Ansatz, der als PID-Regler bekannt ist. Diese Methode der Temperatursteuerung ist stabiler, jedoch kompliziert und nicht weit verbreitet. Folglich ist der PID-Regler keine beliebte Wahl für die Temperaturregelung.