2024年3月27日

Raspberry Pi

ラズパイ5 pythonの仮想環境 ⑪ CO2センサSCD41

　Adafruitから入手したCO2センサ SCD41（Sensirion）を利用します。温度と湿度、そしてCO2が測定できます。

●AdafruitのStemma QT/Qwiicボード

　SCD41ボード解説のページ

　Stemma QT/Qwiic（JST SH 4ピン）コネクタは2か所に装着されていて、どちらにつないでもかまいません。このコネクタを使ってI2Cで制御する場合、特に、ジャンパ線をつなぐなどは不要です。

　コネクタは、表と裏のどちらも差し込めそうですが、ピンが内部の上部に並んでいるので、差し込める方向は一意です。ロック機構はないですが、すぐに抜けるということはありません。

●CO2センサSCD41のおもなスペック

　SCD41のデータシート

電源電圧　2.4～5.5V
消費電流　17mA
温度測定範囲　-10～+60℃、確度；±0.8℃
CO2測定範囲　400～5000ppm、確度；±（40ppm + 読み取り値の5%）
湿度測定範囲　0～100%、確度；±6%
インターフェース　I2C（最大400kHz）
スレーブ・アドレス　0x62

●環境

ハードウェア　Raspberry Pi 5（4GBモデル）
OS　Raspberry Pi OS （64ビット）、リリース日December 5th 2023
Windows10 22H2にて、ssh（OpenSSH_9.2p1 Debian-2+deb12u2, OpenSSL 3.0.11 19 Sep 2023）および、VNC Viewerを動作させている

●接続

●テスト環境envtestで、ライブラリのインストールの実験

　仮想環境enctestを作って入ります。smbus2が残っていました。

$ source envtest/bin/activate

(envtest) yoshi@ras05:~ $ pip list
Package Version
---------- -------
pip 23.0.1
setuptools 66.1.1
smbus2 0.4.3

(envtest) yoshi@ras05:~ $ pip install scd4x
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting scd4x
Using cached https://www.piwheels.org/simple/scd4x/scd4x-0.0.2-py3-none-any.whl (6.7 kB)
Requirement already satisfied: smbus2 in ./envtest/lib/python3.11/site-packages (from scd4x) (0.4.3)
Installing collected packages: scd4x
Successfully installed scd4x-0.0.2

(envtest) yoshi@ras05:~ $ pip list
Package Version
---------- -------
pip 23.0.1
scd4x 0.0.2
setuptools 66.1.1
smbus2 0.4.3

　サンプル・プログラムをダウンロードしてきます。

　　　python-i2c-scd/examples/example_usage_linux_scd4x.py

　scd41.pyで保存しました。

import time
import argparse
from sensirion_i2c_driver import LinuxI2cTransceiver, I2cConnection
from sensirion_i2c_scd import Scd4xI2cDevice

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--i2c-port', '-p', default='/dev/i2c-1')
args = parser.parse_args()

# Connect to the I2C 1 port
with LinuxI2cTransceiver(args.i2c_port) as i2c_transceiver:
# Create SCD4x device
scd4x = Scd4xI2cDevice(I2cConnection(i2c_transceiver))

# Make sure measurement is stopped, else we can't read serial number or
# start a new measurement
scd4x.stop_periodic_measurement()

print("scd4x Serial Number: {}".format(scd4x.read_serial_number()))

scd4x.start_periodic_measurement()

# Measure every 5 seconds for 5 minute
for _ in range(60):
time.sleep(5)
co2, temperature, humidity = scd4x.read_measurement()
# use default formatting for printing output:
print("{}, {}, {}".format(co2, temperature, humidity))

　動作させると足りないライブラリが2点あったのでインストールします。

(envtest) yoshi@ras05:~ $ pip install sensirion_i2c_driver

(envtest) yoshi@ras05:~ $ pip install sensirion_i2c_scd

(envtest) yoshi@ras05:~ $ pip list
Package Version
-------------------- -------
pip 23.0.1
scd4x 0.0.2
sensirion-i2c-driver 1.0.0
sensirion-i2c-scd 0.1.2
setuptools 66.1.1
smbus2 0.4.3

　実行した様子です。

●測定結果をグラフィック・ディスプレイに表示

　上記のテスト環境でインストールしたライブラリを、前回まで使っていた仮想環境encadcにインストールします。

yoshi@ras05:~ $ source envadc/bin/activate
(envadc) yoshi@ras05:~ $ pip list
Package Version
---------- -------
i2cdevice 1.0.0
numpy 1.26.4
pillow 10.2.0
pip 23.0.1
setuptools 66.1.1
smbus2 0.4.3
spidev 3.6
ST7789 0.0.4

(envadc) yoshi@ras05:~ $ pip install scd4x
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting scd4x
Using cached https://www.piwheels.org/simple/scd4x/scd4x-0.0.2-py3-none-any.whl (6.7 kB)
Requirement already satisfied: smbus2 in ./envadc/lib/python3.11/site-packages (from scd4x) (0.4.3)
Installing collected packages: scd4x
Successfully installed scd4x-0.0.2

(envadc) yoshi@ras05:~ $ pip install sensirion_i2c_driver
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting sensirion_i2c_driver
Using cached https://www.piwheels.org/simple/sensirion-i2c-driver/sensirion_i2c_driver-1.0.0-py3-none-any.whl (16 kB)
Installing collected packages: sensirion_i2c_driver
Successfully installed sensirion_i2c_driver-1.0.0

(envadc) yoshi@ras05:~ $ pip install sensirion_i2c_scd
Looking in indexes: https://pypi.org/simple, https://www.piwheels.org/simple
Collecting sensirion_i2c_scd
Using cached https://www.piwheels.org/simple/sensirion-i2c-scd/sensirion_i2c_scd-0.1.2-py3-none-any.whl (13 kB)
Requirement already satisfied: sensirion-i2c-driver~=1.0.0 in ./envadc/lib/python3.11/site-packages (from sensirion_i2c_scd) (1.0.0)
Installing collected packages: sensirion_i2c_scd
Successfully installed sensirion_i2c_scd-0.1.2

(envadc) yoshi@ras05:~ $ python scd41.py
scd4x Serial Number: 33787350563647
968 ppm, 24.7 ﾂｰC, 42.6 %RH
942 ppm, 24.2 ﾂｰC, 43.6 %RH

●関数化

　いくつかのエラーがI2Cバスのアクセス時に時々発生したので、try文を追加しました。

# (c) Copyright 2023 Sensirion AG, Switzerland
import time
import re
import argparse
from sensirion_i2c_driver import LinuxI2cTransceiver, I2cConnection
from sensirion_i2c_scd import Scd4xI2cDevice

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--i2c-port', '-p', default='/dev/i2c-1')
args = parser.parse_args()

co2 = CO2 = ''
temperature = Temparature =''
humidity = Humidity = ''

def readData():
global co2
global temperature
global humidity
with LinuxI2cTransceiver(args.i2c_port) as i2c_transceiver:
# Create SCD4x device
scd4x = Scd4xI2cDevice(I2cConnection(i2c_transceiver))
# Measure
try:
(co2, temperature, humidity) = scd4x.read_measurement()
except BaseException:
pass
return co2, temperature, humidity

#main
while 1:
co2, temperature, humidity = readData()
print(co2, temperature, humidity)
try:
CO2 =float(re.sub(r'[^\d.-]', '', str(co2)))
except ValueError:
pass
try:
Temparature =float(re.sub(r'[^\d.-]', '', str(temperature)))
except ValueError:
pass
try:
Humidity =float(re.sub(r'[^\d.-]', '', str(humidity)))
except ValueError:
pass
print(CO2, Temparature, Humidity)
print('')
time.sleep(3)

　得られる測定値は、123.4ppmなどというオブジェクトなので、文字列にし、小数点を含む数字だけを取り出し、floatで数値化しました。

　readData()中のtry文は、I2Cバスのアクセスでエラーが出たのをスキップするため、CO2 =float(Co2)などの数値化でのtry文は、re.sub()がまれに '' を返すこときにスキップするためです。

●グラフィック・ディスプレイに表示

　前回のst7789のライブラリを利用します。

# (c) Copyright 2023 Sensirion AG, Switzerland
import time
import re
import argparse
from sensirion_i2c_driver import LinuxI2cTransceiver, I2cConnection
from sensirion_i2c_scd import Scd4xI2cDevice
from PIL import Image
from PIL import ImageDraw
from PIL import ImageFont
import ST7789

parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument('--i2c-port', '-p', default='/dev/i2c-1')
args = parser.parse_args()

co2 = CO2 = ''
temperature = Temparature =''
humidity = Humidity = ''

MESSAGE01 = "SCD41 "
MESSAGE02 = "CO2 Temparature Humidity"
print(MESSAGE01+MESSAGE02)

disp = ST7789.ST7789( height=240,width=320,rotation=0,
port=0,cs=0,dc=22,rst=25,backlight=None,spi_speed_hz=80 * 1000 * 1000,
)

disp.begin()
font = ImageFont.truetype("/usr/share/fonts/truetype/dejavu/DejaVuSans-Bold.ttf", 20)
COLOR_ORANGE = (255, 167, 24)
COLOR_RED = (255, 0, 0)
COLOR_WHITE = (255, 255, 255)
COLOR_BLACK = (5, 5, 5)
img = Image.new('RGB', (320, 240), color=COLOR_WHITE)
draw = ImageDraw.Draw(img)
draw.text((10,20),MESSAGE01, font=font, fill=COLOR_RED)
draw.text((10,40),MESSAGE02, font=font, fill=COLOR_RED)
disp.display(img)

while 1:
co2, temperature, humidity = readData()
print(co2, temperature, humidity)
try:
CO2 =float(re.sub(r'[^\d.-]', '', str(co2)))
except ValueError:
pass
try:
Temparature =float(re.sub(r'[^\d.-]', '', str(temperature)))
except ValueError:
pass
try:
Humidity =float(re.sub(r'[^\d.-]', '', str(humidity)))
except ValueError:
pass
#print(CO2, Temparature, Humidity)
print('')
MESSAGE0 = 'CO2= '+str(round(CO2))+'ppm'
MESSAGE1 = 'Temparature= '+str(round(Temparature,3))+'`C'
MESSAGE2 = 'Humidity= '+str(round(Humidity,3))+'%RH'
draw.rectangle((10, 74, 280,190), COLOR_BLACK)
draw.text((20,90), MESSAGE0, font=font, fill=COLOR_ORANGE)
draw.text((20,120),MESSAGE1, font=font, fill=COLOR_ORANGE)
draw.text((20,150),MESSAGE2, font=font, fill=COLOR_ORANGE)
disp.display(img)
time.sleep(3)

　実行中の様子です。