SENSOREN/AKTOREN

Raspberry Pi - MAX6675 Thermoelement-Modul

Ein gewöhnlicher digitaler Temperatursensor übersteht es nicht, in einen Brennofen, an eine Lötspitze oder in den Auspuff eines laufenden Motors gehalten zu werden. Für solche Aufgaben greifen Maker stattdessen zu einem Thermoelement, kombiniert mit einem kleinen Wandlerchip namens MAX6675. Dieses Tutorial zeigt, wie man ein solches Modul an einen Raspberry Pi anschließt und es mit Python ausliest. Im Detail lernen wir:

Was ein Thermoelement ist und warum es extreme Temperaturen übersteht.
Wie das MAX6675-Modul die winzige Spannung des Thermoelements in einen Temperaturwert umwandelt.
Wie man das Modul an die GPIO-Stiftleiste des Raspberry Pi anschließt.
Wie man aus Python mit dem MAX6675 kommuniziert – da es hier keine fertige Bibliothek dafür gibt, steuern wir seine 3-Draht-Schnittstelle selbst per Bit-Banging an.

Erforderliche Hardware

1	×	Raspberry Pi 5
1	×	MAX6675 Thermocouple Module
1	×	Breadboard
1	×	Verbindungskabel
1	×	(Empfohlen) Schraubklemmenblock-Shield für Raspberry Pi
1	×	(Empfohlen) Raspberry Pi Prototyping-Grundplatte & Breadboard-Kit

Oder Sie können die folgenden Kits kaufen:

DIYables Sensor-Kit (18 Sensoren/Displays)

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Was ist ein Thermoelement?

Ein Thermoelement besteht einfach aus zwei Drähten aus unterschiedlichen Metallen, die an einem Ende miteinander verbunden sind. Diese Verbindungsstelle, die sogenannte Messstelle (heiße Lötstelle), erzeugt eine winzige Spannung, die mit der Temperatur steigt und fällt. Da es nur aus zwei Drahtstücken besteht und nichts enthält, was schmelzen oder durchbrennen könnte, kann ein Thermoelement an Stellen eingesetzt werden, an denen ein normaler Sensor niemals überleben würde. Die gängigste Ausführung ist der Typ-K-Fühler (Chromel- und Alumel-Drähte), ausgelegt für etwa -328°F bis +2300°F.

Über das MAX6675-Thermoelement-Modul

Die winzige Spannung, die ein Thermoelement erzeugt, ist viel zu klein und zu verrauscht, um direkt von einem Mikrocontroller gelesen zu werden – das ist die Aufgabe des MAX6675. Das Modul kombiniert den MAX6675-Chip mit einer Schraubklemme für den Fühler: eine kleine Breakout-Platine mit dem Chip, einigen Hilfsbauteilen und einer 2-poligen Klemmleiste, dazu ein etwa 18 Zoll langer Typ-K-Fühler, der daran angeschlossen ist (rote Leitung an die „+“-Klemme, blaue Leitung an die „-“-Klemme). Der Fühler selbst ist nur für 0-80°C ausgelegt, obwohl das Modul Messwerte über einen viel größeren Bereich digitalisieren kann. Behalten Sie diese Grenze also im Hinterkopf, wenn Sie entscheiden, wo Sie ihn anbringen.

Pinbelegung des MAX6675-Thermoelement-Moduls

Wichtige Daten:

Betriebsspannung: 3,0V bis 5,5V
Messbereich: 0°C bis 1024°C (der mitgelieferte Fühler selbst ist nur bis 80°C ausgelegt)
Genauigkeit: ±3°C
Auflösung: etwa 0,25°C

Das Modul stellt 5 Pins bereit:

VCC-Pin: Spannungsversorgung, 3,0V bis 5,5V.
GND-Pin: Masse.
SCK-Pin: serieller Takt, wird vom Raspberry Pi gesteuert.
CS-Pin: Chip-Select, wird auf LOW gezogen, um dem Modul zu signalisieren, dass es einen Messwert senden soll.
SO-Pin: serieller Datenausgang – dies ist die einzige Datenleitung des Chips. Es gibt keinen Dateneingangs-Pin, da am MAX6675 nichts konfiguriert werden muss.

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:

MAX6675-Pin	Raspberry Pi-Pin
VCC	3,3V (Pin 1)
GND	GND (Pin 6)
SCK	GPIO25 (Pin 22)
CS	GPIO8 (Pin 24)
SO	GPIO7 (Pin 26)

※ Notiz:

Schließen Sie VCC an den 3,3V-Pin des Raspberry Pi an, nicht an den 5V-Pin. Die GPIOs des Raspberry Pi vertragen keine 5V, und der MAX6675 arbeitet problemlos mit 3,3V – es gibt also keinen Grund, ein Risiko einzugehen.

Raspberry Pi Code

# 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-max6675-thermocouple-module import RPi.GPIO as GPIO import time # GPIO pins wired to the MAX6675 module SCK_PIN = 25 # Serial clock, Raspberry Pi drives this CS_PIN = 8 # Chip select, active LOW to start a reading SO_PIN = 7 # Serial data out from the module (there is no MOSI, the chip is read-only) # Setup GPIO GPIO.setmode(GPIO.BCM) GPIO.setup(SCK_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(CS_PIN, GPIO.OUT) GPIO.setup(SO_PIN, GPIO.IN) # Keep the module idle until we are ready to read from it GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH) GPIO.output(SCK_PIN, GPIO.LOW) def read_celsius(): # Pull CS LOW to tell the MAX6675 to start a conversion/output cycle GPIO.output(CS_PIN, GPIO.LOW) raw_value = 0 for i in range(16): # The MAX6675 shifts out one bit of the 16-bit word on every clock pulse, MSB first GPIO.output(SCK_PIN, GPIO.HIGH) raw_value <<= 1 if GPIO.input(SO_PIN): raw_value |= 1 GPIO.output(SCK_PIN, GPIO.LOW) # Release the module GPIO.output(CS_PIN, GPIO.HIGH) # Bit D2 is the fault flag, it is set to 1 when no thermocouple is connected if raw_value & 0x4: return None # Bits D14:D3 hold the 12-bit temperature reading, each step is 0.25°C return (raw_value >> 3) * 0.25 try: while True: celsius = read_celsius() if celsius is None: print("No thermocouple attached, check the probe wiring") else: fahrenheit = celsius * 9 / 5 + 32 print(f"Temperature: {celsius:.2f}°C ~ {fahrenheit:.2f}°F") time.sleep(1) except KeyboardInterrupt: print("\nExiting...") finally: GPIO.cleanup()

Schnelle Schritte

Stellen Sie sicher, dass Raspbian oder ein anderes mit dem Raspberry Pi kompatibles Betriebssystem auf Ihrem Pi installiert ist.
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 Bibliotheken installieren müssen.
Wenn Sie den Raspberry Pi zum ersten Mal verwenden, lesen Sie wie man den Raspberry Pi einrichtet
Verbinden Sie Ihren PC über SSH mit dem Raspberry Pi, entweder mit dem integrierten SSH-Client unter Linux und macOS oder mit PuTTY unter Windows. Siehe wie Sie Ihren PC über SSH mit dem Raspberry Pi verbinden.
Stellen Sie sicher, dass die Bibliothek RPi.GPIO installiert ist. Falls nicht, installieren Sie sie mit folgendem Befehl:

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

Für den MAX6675 selbst muss keine separate Treiberbibliothek installiert werden, da die Schnittstelle des Chips einfach genug ist, um sie direkt über RPi.GPIO anzusteuern – kein SPI-Overlay und kein Drittanbieterpaket erforderlich.

Erstellen Sie eine Python-Skriptdatei max6675_thermocouple.py und fügen Sie den folgenden Code hinzu:

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

python3 max6675_thermocouple.py

Lassen Sie die Fühlerspitze einige Sekunden an der offenen Luft liegen und tauchen Sie sie dann in eine Tasse mit heißem Wasser.
Beobachten Sie, wie die Messwerte im Terminal ansteigen.

PuTTY - Raspberry Pi

Temperature: 23.75°C ~ 74.75°F Temperature: 24.00°C ~ 75.20°F Temperature: 24.00°C ~ 75.20°F Temperature: 31.50°C ~ 88.70°F Temperature: 45.25°C ~ 113.45°F Temperature: 58.00°C ~ 136.40°F Temperature: 66.75°C ~ 152.15°F Temperature: 69.50°C ~ 157.10°F Temperature: 69.75°C ~ 157.55°F

Ziehen Sie den Fühler von der Klemmleiste ab und führen Sie das Skript erneut aus – Sie sollten nun statt eines Messwerts die Fehlermeldung sehen:

PuTTY - Raspberry Pi

No thermocouple attached, check the probe wiring No thermocouple attached, check the probe wiring No thermocouple attached, check the probe wiring

Das Skript läuft in einer Endlosschleife, bis Sie im Terminal Ctrl + C drücken.

Code-Erklärung

Für den MAX6675 gibt es hier keine Bibliothek, die man aufrufen könnte, da seine gesamte Schnittstelle nur ein getaktetes Schieberegister ist. Das Skript kommuniziert daher direkt über GPIO mit ihm:

SCK_PIN, CS_PIN und SO_PIN werden mit GPIO.setup() eingerichtet – die ersten beiden als Ausgänge, da der Raspberry Pi sie steuert, und SO_PIN als Eingang, da das Modul nur über diesen Pin antwortet.
read_celsius() zieht CS_PIN auf LOW, um das Modul zu aktivieren, und schaltet dann SCK_PIN 16-mal um. Bei jedem Impuls liest es SO_PIN und schiebt dieses Bit in raw_value, beginnend mit dem höchstwertigen Bit – genau so gibt der MAX6675 sein 16-Bit-Wort aus.
Sobald alle 16 Bits eingelesen sind, wird CS_PIN wieder auf HIGH gesetzt, um das Modul freizugeben.
Bit D2 dieses Wortes (geprüft mit raw_value & 0x4) ist ein Fehler-Flag. Ist es gesetzt, ist der Fühler nicht angeschlossen, und die Funktion gibt None statt eines unsinnigen Messwerts zurück.
Andernfalls enthalten die Bits D14 bis D3 den eigentlichen 12-Bit-Zählwert. Durch Rechtsverschieben von raw_value um 3 und Multiplizieren mit 0,25 wird er in Grad Celsius umgerechnet, der für die Anzeige anschließend auch in Fahrenheit umgerechnet wird.

Video Tutorial

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