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[[Arduino勉強会]]
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2015/04/29からのアクセス回数 &counter;
** 1個で気温、湿度、気圧が測れる便利なモジュールBME280 [#ee5c67cf]
スイッチサイエンスが販売しているBME280搭載 温湿度・気圧センサモジュールは、
1個のチップで気温、湿度、気圧が測れる便利なセンサーをブレッドボードでも使えるモジュールです。
Arduinoでの使い方も以下のページの「使い方」に紹介されています。
- https://www.switch-science.com/catalog/2236/
今回は、mbedの普及に努めている渡會さんが、BME280モジュールをmbedで使えるライブラリーを公開されたので、
これをlbeDuinoに移植してみました。
- https://developer.mbed.org/users/MACRUM/code/BME280/
&ref(Run_BME280Shield.png);
*** BME280シールドの作成 [#q474adb5]
BME280とlbeDuinoとの接続は、渡會さんの資料を参考に以下の様に結線しました。
| lbeDuino | BME280 |h
| GND | 1, 5(SDO, GND) |
| 3.3V | 4, 6, 7(GSB, Vcore, Vio) |
| D8(SDA) | 3(SDI) I2CではSDA |
| D9(SCL) | 2(SCK) I2CではSCL |
今回も
[[テクノペン>http://akizukidenshi.com/catalog/g/gT-06356/]]
を使って秋月の両面基板上に回路を描いています。
&ref(MBE280_Shield_brd.png);
出来上がったMBE280シールドは、以下の様になります。
&ref(BME280Shield.png);
** ライブラリーの移植 [#x2e69782]
lbedは、mbedのインタフェースに合わせているので、ライブラリーの移植はインクルードファイルを
mbed.hからlbed.hに変え、setup関数を追加するだけで良いのですが、そのままコンパイルするとサイズオーバーで、
LPC1114FNベースのlbeDuinoには載りませんでした。
そこで、i2cのポインタを止めて、デストラクターを削除して、コンストラクターもsda, sclを使用するものに修正しました。
#pre{{
// メソッドの修正部分
BME280(PinName sda, PinName sck, char slave_adr = DEFAULT_SLAVE_ADDRESS);
void setup();
// メンバ変数の修正部分（ポインタ部分を削除）
I2C i2c;
}}
*** スケッチ [#ud2ed2e5]
I2cLCDシールドを上に載せたテスト用のスケッチ（プログラム）は、渡會さんのmain関数を参考に以下の様にしました。
#pre{{
#include "lbed.h"
#include "AQCM0802.h"
#include "BME280.h"
// D13番ピンにLEDを接続
DigitalOut led(D13);
// D8番ピンSDA, D9番ピンSCL
AQCM0802 lcd(D8, D9);
BME280 sensor(D8, D9);
// タクトスイッチ
DigitalIn sw1(D2);
DigitalIn sw2(D3);
int last_mode = 0;
char degree = 0xdf;
void setup() {
sw1.mode(PullUp);
sw2.mode(PullUp);
lcd.setup();
sensor.setup();
lcd.locate(0, 0); lcd.print("BME280");
lcd.locate(0, 1); lcd.print("Demo");
wait_ms(2000);
}
void loop() {
led = ! led;
if (sw1 == 1) {
if (last_mode == 0)
lcd.cls();
lcd.locate(0, 0);
lcd.print(sensor.getTemperature(), 2);
lcd.print(degree); lcd.print("C");
lcd.locate(0, 1);
lcd.print(sensor.getHumidity(), 2); lcd.print("%");
last_mode = 1;
}
else {
if (last_mode == 1)
lcd.cls();
lcd.locate(0, 0);
lcd.print(sensor.getTemperature(), 2);
lcd.print(degree); lcd.print("C");
lcd.locate(0, 1);
lcd.print(sensor.getPressure(), 2); lcd.print("hPa");
last_mode = 0;
}
wait_ms(1000);
}
}}
** Arduino3.3V版への移植 [#r34735b5]
lbeDuinoは、Arduino3.3V版でも同じように動くことを売りにしているので、
出来上がったBME280のライブラリをArduino版に入れて実行したところ、
湿度を除いて、気温、気圧の値がまったく違ってでてきました。
*** mbedからArduino3.3Vへのライブラリの移植の注意点 [#ndc9a907]
mbedは、ARMの32bitマイコンを使っているのに対し、Arduinoは、AVRの8bitのAtmega328Pを使っています。
ここで、注意が必要なのがintの評価をするときに、16bitでするか32bitで行うかという点です。
BME280では、気温と気圧は3バイトで返されるため、32bitのlongタイプが必要になります。
スイッチサイエンスで公開されているArduino版の温度センサーの処理は、以下の様になっています。
データの取り込み部分readData()では、Wire.read()で取り込んだ1バイトのデータをuint32_tのdataの配列に
セットしています。これで、temp_rawに32bitのデータが正しくセットされます。
#pre{{
void readData()
{
int i = 0;
uint32_t data[8];
Wire.beginTransmission(BME280_ADDRESS);
Wire.write(0xF7);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(BME280_ADDRESS,8);
while(Wire.available()){
data[i] = Wire.read();
i++;
}
pres_raw = (data[0] << 12) | (data[1] << 4) | (data[2] >> 4);
temp_raw = (data[3] << 12) | (data[4] << 4) | (data[5] >> 4);
hum_raw = (data[6] << 8) | data[7];
}
}}
次に温度に変換するcalibration_Tを見てみると、dig_T1, dig_T2, dig_T3に対して(signed long int)等のキャストが
執拗に施されています。ここが8bitマイコンで32bitデータを扱うときに注意が必要な部分なのです。
#pre{{
signed long int calibration_T(signed long int adc_T)
{
signed long int var1, var2, T;
var1 = ((((adc_T >> 3) - ((signed long int)dig_T1<<1))) * ((signed long int)dig_T2)) >> 11;
var2 = (((((adc_T >> 4) - ((signed long int)dig_T1)) * ((adc_T>>4) - ((signed long int)dig_T1))) >> 12) * ((signed long int)dig_T3)) >> 14;
t_fine = var1 + var2;
T = (t_fine * 5 + 128) >> 8;
return T;
}}
渡會さんのgetTemperatureでは、32bitマイコンなので、char cmdの配列をそのまま12bitシフトしても
問題なく、temp_rawにセットされ、dig_T1, dig_T2, dig_T3へのキャストも不要です。
#pre{{
float BME280::getTemperature()
{
uint32_t temp_raw;
float tempf;
char cmd[4];
cmd[0] = 0xfa; // temp_msb
i2c.write(address, cmd, 1);
i2c.read(address, &cmd[1], 1);
cmd[0] = 0xfb; // temp_lsb
i2c.write(address, cmd, 1);
i2c.read(address, &cmd[2], 1);
cmd[0] = 0xfc; // temp_xlsb
i2c.write(address, cmd, 1);
i2c.read(address, &cmd[3], 1);
temp_raw = (cmd[1] << 12) | (cmd[2] << 4) | (cmd[3] >> 4);
int32_t temp;
temp =
(((((temp_raw >> 3) - (dig_T1 << 1))) * dig_T2) >> 11) +
((((((temp_raw >> 4) - dig_T1) * ((temp_raw >> 4) - dig_T1)) >> 12) * dig_T3) >> 14);
t_fine = temp;
temp = (temp * 5 + 128) >> 8;
tempf = (float)temp;
return (tempf/100.0f);
}
}}
そこで、lbeDuinoのArduino3.3V版では、以下の様に修正しました。読み込んだcmdをuint32_tのdataにコピーし、
キャストもArduino版と同じように入れています。
#pre{{
// Arduino版は、intが16bitなので、キャストがうまく処理できないので、領域を割り当て計算する。
uint32_t data[4];
for (int i = 0; i < 4; i++) data[i] = (uint8_t)cmd[i];
temp_raw = (data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4);
int32_t var1, var2, temp;
// Arduino版では、キャストを追加
var1 = ((((temp_raw >> 3) - ((int32_t)dig_T1 << 1))) * ((int32_t)dig_T2)) >> 11;
var2 = (((((temp_raw >> 4) - ((int32_t)dig_T1)) * ((temp_raw >> 4) - ((int32_t)dig_T1))) >> 12) * ((int32_t)dig_T3)) >> 14;
}}
*** Arduino3.3V版でBME280シールドを動かしてみる [#t87b66e9]
BME280ライブラリが修正でき、最初のスケッチがArduino3.3V版でも無事動作するようになりました。
((ちょっと分かりづらいですが、一番下にArduino3.3V版と変換シールドを載せ、BME280シールド、I2cLCDシールドを載せています))
&ref(Arduino_BME280.png);
** コメント [#p64dfcd8]
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