2019.03.05

ファンレスPCで24時間運転にチャレンジ (6) i2cdriverライブラリ③BME280

　Windows PCのUSBにI2Cバスの利用できるI2CDriverボードをつないで実験をしています。これまで、I2Cバスにつながったセンサを次の方法で実験しました。

ポインタ/レジスタ0を読み出すだけ
二つのポインタ/レジスタを読み出すだけ

　ここでは、コンフィギュレーション・レジスタに何らかの書き込みが必要なセンサを利用します。

●BME280は変換ビットをONにすると測定を始める

　ボッシュのBME280は、気圧、温度、湿度が同時に測れるセンサです。ライブラリが充実しているのでレジスタを直接読み出すような使い方はあまりされません。

　こちらの記事はBMP280ですが、温度や気圧の変換をスタートさせないと0x8000のデータが読み出されるだけです。したがって、変換スタートのフラグを書き込まないと、測定ができません。

　スイッチサイエンスのPython2で書かれたコードをベースに、Windows10＋i2cdriverボードのPython3で動作するように修正しました。二つの関数を用意しました。

◆ポインタ/レジスタへの書き込み

def writeReg(reg_address, data):
bus.regwr(i2c_address, reg_address, data)

◆1バイトの読み出し

def read_byte_data(i2c_address, registor):
bus.start(i2c_address, 0)
bus.write([registor])
bus.stop()
bus.start(i2c_address, 1)
data = bus.read(1)
bus.stop()
return data

●プログラム

　BME280のスレーブ・アドレスはデフォルトの0x76です。i2cdriverボードのシリアル接続はCOM3ポートを使います。

　読み出したデータのほとんどは2の補数形式です。PythonではC言語にあるようなキャストはできないので、バイト長に合わせて符号の判別をプログラムで行わなければなりません。

# Copyright (c) 2018 Switch Science
# https://github.com/SWITCHSCIENCE/BME280/blob/master/Python27/bme280_sample.py
import sys
sys.path.append('C:\\Users\\ユーザ名\\AppData\\Local\\Programs\\Python\\Python38\\lib\\site-packages')
from i2cdriver import I2CDriver
from time import sleep

i2c_address = 0x76
bus = I2CDriver('COM3')
digT = []
digP = []
digH = []
t_fine = 0.0

def writeReg(reg_address, data):
    bus.regwr(i2c_address, reg_address, data)

def read_byte_data(i2c_address, registor):
    bus.start(i2c_address, 0)
    bus.write([registor])
    bus.stop()
    bus.start(i2c_address, 1)
    data = bus.read(1)
    bus.stop()
    return data

def get_calib_param():
    calib = []
    for i in range(0, 24):
        calib.append(int((read_byte_data(i2c_address, 0x88+i)).hex(),16))
    calib.append(int((read_byte_data(i2c_address, 0xA1)).hex(),16))
    for i in range(0, 7):
        calib.append(int((read_byte_data(i2c_address, 0xE1+i)).hex(),16))
    digT.append((calib[1] << 8) | calib[0])
    digT.append((calib[3] << 8) | calib[2])
    digT.append((calib[5] << 8) | calib[4])
    digP.append((calib[7] << 8) | calib[6])
    digP.append((calib[9] << 8) | calib[8])
    digP.append((calib[11] << 8) | calib[10])
    digP.append((calib[13] << 8) | calib[12])
    digP.append((calib[15] << 8) | calib[14])
    digP.append((calib[17] << 8) | calib[16])
    digP.append((calib[19] << 8) | calib[18])
    digP.append((calib[21] << 8) | calib[20])
    digP.append((calib[23] << 8) | calib[22])
    digH.append(calib[24])
    digH.append((calib[26] << 8) | calib[25])
    digH.append(calib[27])
    digH.append((calib[28] << 4) | (0x0F & calib[29]))
    digH.append((calib[30] << 4) | ((calib[29] >> 4) & 0x0F))
    digH.append(calib[31])

    for i in range(1, 2):
        if digT[i] & 0x8000:
            digT[i] = (-digT[i] ^ 0xFFFF) + 1
    for i in range(1, 8):
        if digP[i] & 0x8000:
            digP[i] = (-digP[i] ^ 0xFFFF) + 1
    for i in range(0, 6):
        if digH[i] & 0x8000:
            digH[i] = (-digH[i] ^ 0xFFFF) + 1

def readData():
    data = []
    for i in range(0, 8):
        data.append(int((read_byte_data(i2c_address, 0xF7+i)).hex(),16))
    pres_raw = (data[0] << 12) | (data[1] << 4) | (data[2] >> 4)
    temp_raw = ((data[3] << 16) | (data[4] << 8) | (data[5])) >> 4
    hum_raw = (data[6] << 8) | data[7]
    compensate_T(temp_raw)
    compensate_P(pres_raw)
    compensate_H(hum_raw)

def compensate_P(adc_P):
    global t_fine
    pressure = 0.0
    v1 = (t_fine / 2.0) - 64000.0
    v2 = (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 2048) * digP[5]
    v2 = v2 + ((v1 * digP[4]) * 2.0)
    v2 = (v2 / 4.0) + (digP[3] * 65536.0)
    v1 = (((digP[2] * (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 8192)) / 8) + ((digP[1] * v1) / 2.0)) / 262144
    v1 = ((32768 + v1) * digP[0]) / 32768
    if v1 == 0:
        return 0
    pressure = ((1048576 - adc_P) - (v2 / 4096)) * 3125
    if pressure < 0x80000000:
        pressure = (pressure * 2.0) / v1
    else:
        pressure = (pressure / v1) * 2
    v1 = (digP[8] * (((pressure / 8.0) * (pressure / 8.0)) / 8192.0)) / 4096
    v2 = ((pressure / 4.0) * digP[7]) / 8192.0
    pressure = pressure + ((v1 + v2 + digP[6]) / 16.0)

    print("Pressure : %7.1f hPa" % (pressure/100))

def compensate_T(adc_T):
    global t_fine
    v1 = (adc_T / 16384.0 - digT[0] / 1024.0) * digT[1]
    v2 = (adc_T / 131072.0 - digT[0] / 8192.0) * (adc_T / 131072.0 - digT[0] / 8192.0) * digT[2]
    t_fine = v1 + v2
    temperature = (t_fine * 5.0 + 128.0) / 256.0 /100.0

    print("Temperature : %-6.1f C" % (temperature))

def compensate_H(adc_H):
    global t_fine
    var_h = t_fine - 76800.0
    if var_h != 0:
        var_h = (adc_H - (digH[3] * 64.0 + digH[4]/16384.0 * var_h)) * (digH[1] / 65536.0 * (1.0 + digH[5] / 67108864.0 * var_h * (1.0 + digH[2] / 67108864.0 * var_h)))
    else:
        return 0
    var_h = var_h * (1.0 - digH[0] * var_h / 524288.0)
    if var_h > 100.0:
        var_h = 100.0
    elif var_h < 0.0:
        var_h = 0.0

    print("Humidity :%6.0f ％" % (var_h))

def setup():
    osrs_t = 1 # Temperature oversampling x 1
    osrs_p = 1 # Pressure oversampling x 1
    osrs_h = 1 # Humidity oversampling x 1
    mode = 3 # Normal mode
    t_sb = 5 # Tstandby 1000ms
    filter = 0 # Filter off
    spi3w_en = 0 # 3-wire SPI Disable
    ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode
    config_reg = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en
    ctrl_hum_reg = osrs_h
    writeReg(0xF2, ctrl_hum_reg)
    writeReg(0xF4, ctrl_meas_reg)
    writeReg(0xF5, config_reg)

setup()
get_calib_param()

while 1:
    readData()
    sleep(3.14)

　実行中の様子です。

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