Raspberry Pi Pico: Temperatur messen

Temperatur messen ist eine beliebte Mikrocontroller-Anwendung. Das hat durchaus auch praktische Relevanz. Es gibt viele Anwendungen, bei denen Motoren, Pumpen, Heizungen und Lüfter temperaturabhängig geschaltet werden.

Wir wollen uns hier ein paar Gedanken zur Temperaturmessung mit dem Raspberry Pi Pico machen und auch zur Auswahl und Verwendung möglicher Temperatursensoren. Hierzu solltest Du Dir die Datenblätter der Sensoren besorgen. Am besten von dem Lieferanten, bei dem Du die Sensoren kaufst.

Folgende Temperatursensoren werden hier berücksichtigt:

  • Integrierter Sensor im Pico
  • DHT11
  • DHT22
  • DS18B20

Bei der Auswahl des Temperatursensors solltest Du besonders auf die Anwendungsmöglichkeiten achten. Da spielen auch Bauart und Größe eine Rolle. Desweiteren solltest Du auf den Messbereich und die Genauigkeit der Messung achten. Außerdem gibt es oft einen Zusammenhang zwischen Messbereich und Genauigkeit. Denn am oberen und unteren Ende des Messbereichs lässt die Genauigkeit nach.

Trägheit der Sensoren

Wenn Du mit Temperatursensoren herumexperimentierst, dann kann es sein, dass die gemessene Temperatur am Anfang viel zu warm ist. Dabei gilt es zu bedenken, dass Du den Sensor kurz vorher noch in den Finger gehabt hast und der sich ungefähr auf Körpertemperatur erwärmt hat. Bis der Sensor die tatsächliche Umgebungstemperatur fühlt, kann es „ein paar Minuten“ dauern. Das betrifft hauptsächlich Temperatursensoren ohne Berührungsschutz. Aber auch ein Berührungsschutz kann sich erwärmen und diese Temperatur beeinflussen. Und dadurch die Umgebungstemperatur des Temperatursensors. Bis sich die Temperatur angeglichen hat, kann es eine Weile dauern. Es empfiehlt sich ein wenig Geduld mit diesen Sensoren zu haben.

Messbereich (Range)

Vor der Wahl eines Temperatursensors sollte der Messbereich, in dem man die Temperatur ermittelt klar sein. Dabei spielt auch noch der Einsatzort eine Rolle. Denn im Außenbereich muss der Messbereich viel größer sein, weil die Temperatur über die Jahreszeiten variieren kann. Und wenn der Temperaturfühler nicht nur die Umgebung, sonder der Wärmequelle ausgesetzt ist, z. B. bei direkten Sonneneinstrahlung, dann muss der geforderte Messbereich viel größer sein.

Genauigkeit (Accuracy)

Bei der Auswahl eines Temperatursensors ist auf die Genauigkeit der ermittelten Werte zu achten. Selbst wenn man nur ein wenig experimentieren will, spielt die Genauigkeit trotzdem eine wichtige Rolle. Nehmen wir an, wir haben gerade eine Raumtemperatur von 22°C und der Sensor hat eine Abweichung laut Datenblatt von ±2°C, dann kann die ermittelte Temperatur zwischen 20 und 24°C liegen. Das ist ziemlich viel. Und das macht dann auch keinen großen Spaß damit zu experimentieren, wenn Du weist, dass die Werte Müll sind. Und ob Du damit in einem konkreten Anwendungsfall vernünftig arbeiten kannst, musst Du Dir gut überlegen.

Samplingrate

Viele digitale Temperatursensoren enthalten einen eigenen Mikrocontroller, der die Temperatur des Temperaturfühlers misst und in einen lesbaren Wert umwandelt. Dieser Mikrocontroller hat seine eigene Arbeitsgeschwindigkeit, mit der er die Temperatur des Fühlers feststellt. In den Datenblättern wird hierzu eine Samplingrate angegeben. Beispielsweise von 0,5 Hz. Was bedeutet das? Dieser Wert sagt aus, dass der Sensor nur alle 2 Sekunden neue Werte bereitstellen kann. Öfter wird im Sensor nicht gemessen. Das bedeutet auch, dass je nach Zeitpunkt des Datenabrufs im Programmcode, die Werte schon älter als 2 Sekunden sein können. Das heißt wiederum, dass man ein schnelles Steigen oder Sinken der Temperatur oder auch der Luftfeuchtigkeit nicht richtig feststellen kann. Das heißt auch, dass die Messgeschwindigkeit, zum Beispiel für eine Sicherheitsabschaltung, zu langsam sein kann.

Messen heißt Vergleichen

Messen heißt Vergleichen einer unbekannten mit einer bekannten Größe. Die Frage ist, mit was will man die gemessenen Werte vergleichen. Mit einem beliebigen Digital-Thermometer aus dem Baumarkt oder vom Lebensmittel-Discounter? Sind die eigentlich genau genug? Was steht denn in der Bedienungsanleitung von diesem Gerät?

Übersicht

  • Temperaturmessung mit dem integrierten Temperatursensor
  • Temperaturmessung mit einem DHT11
  • Temperaturmessung mit einem DHT22
  • Temperaturmessung mit einem DS18B20

Temperaturmessung mit dem integrierten Temperatursensor

Auf dem Raspberry Pi Pico ist ein Temperatursensor drauf, der sich für Temperatur-Messungen verwenden lässt. Die Temperatur lässt sich im Prinzip auslesen, auswerten und für die Steuerung und Regelung nutzen.
Dieser Temperatursensor ist allerdings nicht zum Messen einer Raum-Temperatur eignet. Er misst die Temperatur des Picos, die von der Wärmeentwicklung des Mikrocontrollers beeinflusst wird. Dieser Temperatursensor kann also nicht zur Temperatur-Regelung oder Heizungssteuerung genutzt werden. Dafür ist ein externer Temperaturfühler notwendig.

Temperaturmessung mit einem DHT11

Der DHT11 ist ein digitaler Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor. Im Sensor-Gehäuse befindet sich ein NTC als Temperatursensor und ein 8-Bit-Mikrocontroller, der die Daten in digitaler Form ausgibt.

Temperaturmessung mit einem DHT22/AM2302

Der DHT22 ist ein digitaler Temperatur- und Luftfeuchtigkeitssensor. Im Sensor-Gehäuse befinden sich ein kapazitiver Luftfeuchtigkeitssensor, ein Thermister und ein 8-Bit-Mikrocontroller, der die Daten in digitaler Form ausgibt.

Temperaturmessung mit einem DS18B20

Der DS18B20 ist ein digitaler Temperatursensor mit einem vergleichsweise großen Messbereich bei ziemlich guter Genauigkeit. Außerdem existiert er in verschiedenen Bauweisen. Zum Beispiel zum Messen der Temperatur im Außenbereich oder in Flüssigkeiten.

Temperatursensoren vergleichen

Wie wäre es, einfach mal unterschiedliche Temperatursensoren gleichzeitig zu betreiben und miteinander zu vergleichen. Stellen wir uns der Frage, wie gut oder schlecht messen ein DHT, DHT22 und DS18B20? Mit welchem Temperatursensor erhalten wir die genaueren Temperaturwerte?

Fazit

Erst einmal muss man wissen, dass die Sensoren DHT11 und DHT22 neben der Temperaturmessung auch noch die Luftfeuchtigkeit messen. Wenn man die Messung der Luftfeuchtigkeit außen vor lässt und wirklich nur die Messung der Temperatur bewertet, dann ist ein DS18B20 sicherlich die bestere Wahl. Er ist nicht nur genauer, sondern hat einen größeren Messbereich. Im Vergleich dazu sind die ebenfalls beliebten DHT11 und DHT22 die reinsten Schätzkeulen und auch nur zum Messen der Temperatur in Innenräumen geeignet.

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