FastBond4挑战部分-监控树莓派的温度

内容介绍

一、项目介绍

树莓派想跑AI项目，很好奇满负载跑起来后，温度能飙到多少。于是就计划着用温度传感器、OLED屏幕制作一个能实时查看树莓派CPU温度和周边扇热器外温度显示的项目。借助此次参加FastBond第四季机会完成本项目，本项目创意方向为“感知”

二、硬件介绍

1、温度传感器：这里温度传感器我选用的是亚德诺半导体-Analog Devices出品的EVAL-ADT7420-PMD模块。使用的温度传感器芯片为ADT7420。ADT7420是一款±0.25°C精度的16位数字I²C温度传感器，内置带隙温度基准源、温度传感器和16位ADC，无需用户校准即可实现高精度温度测量。模块使用I2C接口。

2、OLED屏幕：手头有好几片0.69寸OLED屏幕，分辨率为96x16，主控为SSD1306。正好借此机会验证一下屏幕。

温度传感器使用排母与板子相连接。OLED屏幕自带升压，所以电路比较简单，参考着网上的电路，使用fpc座与屏幕连接。整个模块使用一个QWIIC（SH1.0，1mm间距，4P接口）接口与主控连接。

完成后的板子

焊接好板子后，将整个模块黏在树莓派的板子上。通过杜邦线与树莓派的引脚相连接。

模块引脚	树莓派引脚
3V3	1
GND	6
SDA	3
SCL	5

三、系统实现

系统循环读取传感器温度，然后在OLED屏幕上显示。读取温度有两部分，一块是读取ADT7420的温度，这部分通过I2C总线读取。一块是读取树莓派CPU温度，这部分通过系统的文件系统读取。OLED显示是通过I2C总线控制，将屏幕划分为左右两个部分，左边显示ADT7420读取到的温度，右边显示CPU当前的温度，都保留一位小数，每秒刷新1次。

编程使用python编程，在树莓派下使用python编程还是很轻松的。

首先确保EVAL-ADT7420-PMD模块和OLED屏幕能被系统识别到（连个设备都是通过I2C总线接入系统）:

使用smbus扩展包来读取EVAL-ADT7420-PMD模块，要预先安装smbus包（pip install smbus）。建立读写ADT7420的类库。

class ADT7420:
    def __init__(self, bus_num=1, addr=ADT7420_ADDR):
        self.bus = smbus2.SMBus(bus_num)
        self.addr = addr
    def begin(self):
        """初始化传感器，设置为16位模式"""
        # 读取ID寄存器确认设备存在
        try:
            device_id = self.bus.read_byte_data(self.addr, ADT7420_REG_ID)
            print(f"Device ID: 0x{device_id:02X} (ADT7420应为0xCB)")
        except Exception as e:
            print(f"无法读取设备ID: {e}")
            return False

        # 配置为16位模式 (0x80 = 16位温度转换模式)
        # 配置寄存器位7: 0=13位模式(默认), 1=16位模式
        self.bus.write_byte_data(self.addr, ADT7420_REG_CONFIG, 0x80)
        # 验证配置
        config = self.bus.read_byte_data(self.addr, ADT7420_REG_CONFIG)
        print(f"Config register: 0x{config:02X}")
        return True

    def read_temperature(self):
        """
        读取温度值
        返回: 摄氏度(float), 失败返回None
        """
        try:
            # 读取2字节温度数据 (MSB先)
            # 使用read_i2c_block_data更可靠
            data = self.bus.read_i2c_block_data(self.addr, ADT7420_REG_TEMP_MSB, 2)
            msb = data[0]
            lsb = data[1]
            # 合并为16位数据
            raw_temp = (msb << 8) | lsb
            # 判断正负 (位15是符号位)
            if (raw_temp & 0x8000) == 0:
                # 正温度
                temperature = raw_temp / 128.0
            else:
                # 负温度，补码转换
                temperature = (raw_temp - 65536) / 128.0
            return temperature
        except Exception as e:
            print(f"读取温度失败: {e}")
            return None

    def close(self):
        """关闭I2C总线"""
        self.bus.close()

CPU温度的读取直接访问对应的设备文件即可获取。

def read_cpu_temp():
    """读取CPU温度，返回摄氏度"""
    try:
        with open('/sys/class/thermal/thermal_zone0/temp', 'r') as f:
            temp_str = f.read().strip()
            # 数值是毫摄氏度，除以1000
            temp_c = int(temp_str) / 1000.0
            return temp_c
    except Exception as e:
        print(f"读取失败: {e}")
        return None

OLED屏幕使用LUMA开源工具来进行驱动。预先安装一下（pip install luma），字体就直接使用系统自带的字体。

# 初始化I2C1 (SDA=GPIO2, SCL=GPIO3)
serial = i2c(port=1, address=0x3C)
device = ssd1306(serial, width=96, height=16)
# 加载字体（小字体更适合96x16）
try:
    font = ImageFont.truetype("/usr/share/fonts/truetype/dejavu/DejaVuSans.ttf", 18)
except:
    font = ImageFont.load_default()

最终循环绘制温度信息。

try:
    while True:
        temp = sensor.read_temperature()
        cputemp=read_cpu_temp()
        if temp is not None:
            print(f"温度: {temp:.2f}°C ",f"CPU: {cputemp:.2f}°C ")
            device.clear()
            with canvas(device) as draw:
                draw.text((0, 0), "{:.1f}".format(temp)+" | "+"{:.1f}".format(cputemp), fill="white", font=font)
        else:
            print("读取失败")

        time.sleep(1)  # 每秒读取一次

四、效果展示

系统启动后，登录树莓派5。启动温度监控进程。这里使用nohup方式，将进程转为精灵进程，这样退出终端后，进程依旧存在。

 nohup python disptemp.py &

使用stress工具让CPU满负荷跑起来。可以看见CPU虽然温度起来了，但是风扇开始工作，板子周围的环境温度反倒下降了。

结束CPU满负荷运行，温度开始下降。

五、心得体会：
感谢得捷和硬禾科技共同举办的FastBond活动，看着手头攒的一些元器件能够转换成具体的项目，成就感满满！借助参加活动的机会，动手学习电子知识，还能结识很多老师！非常感谢！