前々回、温度と湿度を測ってNode-REDに報告しました。今回は気圧も測るべしということで、定番の圧力センサBosch BMP280をMicroPythonから制御してみることに。ただし読み取りは自前のコードで実施。簡単に圧力読めるものと思っていたら、補償の計算大変なのね。自分でやってみないと身にしみませぬ。
※「MicroPython的午睡」投稿順 Indexはこちら
（実験に使用したMicroPythonスクリプト全文は末尾に）
まずは圧力センサ BMP280 のホームページへのリンクを以下に掲げます。
Pressure Sensor BMP280 | Bosch Sensortec
人気、定番のセンサなので、私も使用させていただいた経験はあります。しかし過去の使用はすべて「人様」がおつくりになったライブラリに乗っかっての使用でした。今回、ESP32用GenericポートのMicroPython上でBMP280から圧力を取得するにあたり、不埒にも以下のように考えました。
どうせI2C接続のセンサでしょ、設定後、レジスタ読めばチョロイでしょ。
この考えは偉大なBosch社の前に敗れさることになります。まずはその前にハードウエアの接続から。
今回、接続からしてイレギュラー
BMP280は3.3V電源で動作するデバイスです。よってデバイス単体があれば（ただし手半田は困難と思われます）3.3VのIO端子をもつM5 ATOMLiteに直結することができます。しかし今回、手元にあったのは、
Arduino用にGroveモジュール化されたBMP280
のみです。5VのIOのArduinoに適合させるために、このモジュールは5V電源で動作するようにレギュレータを搭載しており、また、外部信号線は5Vでプルアップし、3.3VのBMP280の信号へはMOSFETを介して「安全」に接続してくれているのです。5V電源、5VのIOの相手であれば完璧。しかし、M5 ATOMLiteには直結するわけにもいかないです。
まあ、そういうこともあるかも、ということで以前からM5 ATOMLiteの横にPCA9306を搭載してありました（秋月製のDIP化ボード、デバイスはTI製だと思います。）今回それを「活用」し接続することにいたしました。3.3Vの信号をいったん5Vに持ち上げて、また3.3Vに落とすとな。いったい何をやっているのだか、というよゐこは真似しないでね的回路が以下に。
悪いことはできないもので、ピンソケットに差してある AE-PCA9306の接触が悪く、押さえてないと誤動作します。付属していたの細ピンヘッダはブレッドボードに刺すには良いですが、ピンソケットに差すにはコンタクトが弱いです。失敗。。。後で何とかしないと。
I2C接続は簡単、BMP280の読み書きもOK、でも補償計算大変
今回はハードウエアI2C接続で、２個あるうちの１番の方を使用してみましたが、０番でも大丈夫そうです。またSoftI2Cでも動きそうです。ESP32の端子のフレキシブルさは素晴らしいです。BMP280は多数のレジスタを内部に持つので、アクセスには以下の関数を使えば良い感じです。
-
- readfrom_mem( I2Cアドレス, レジスタアドレス, 読み取りバイト数)
- writeto_mem( I2Cアドレス, レジスタアドレス, byte型ストリング)
読み書きは特に問題なくできるようでした。いろいろ設定できるのですが、IIRフィルタなどは使わず、また、何度も測定を繰り返して測定精度を上げる技も使わず、一番ズボラな設定で、温度と圧力の「生」数値をまずは読み取ってみました。読めました。
しかし何これ、どう解釈したら良いの？
という値です。ここにいたってようやくBosch社のデータシートを真面目によんで愕然としました。センサには個体差があるので、デバイスに固有の補正のためのトリミングパラメータがあり、それを用いて「コンペンセーション」することが必要なのです。１個２個のパラメータで補正するイメージでおったのですが、
-
- 温度の測定に３パラメータ
- 圧力の測定に９パラメータ
- そして圧力の測定時には温度測定で計算した内部パラメータが必須
という念の入り具合で、結局１２パラメータ全てが必要です。高精度であることは納得、でも補償の計算式みてその面倒くささに愕然。Cのサンプルコードが掲載されていたのですが、当然ながら固定小数点を駆使したコードでありました。MicroPythonに載せ替えるのはとても大変そう。。。
そう思ったら、その次に具体的な数値を示している計算例があり、そちらの方はdouble型の浮動小数点数で処理していました。計算量が圧倒的に違いますが、計算は浮動小数の方が楽、とても楽。そのうえ計算例ついているので検算も楽。ついお楽に流れて書いた（Bosch社のCのサンプルコードをMicroPythonに移植した）のが末尾のMicroPythonスクリプトの中の幾つかの関数です。一応動いているみたいなので、自前のClassとしてM5 ATOMLiteのlibディレクトに後で置いておこうかと。
実際に動かしてみたところがこちら。RAWで示されているのが、センサから得られる生の値（センサ内部のADC読み値）、COMPENSATEの値がデバイス固有の補償を加えた後、人間が分かる形式で印字したもの。
ID = 0x58 TEMPERATURE: RAW=529360 COMPENSATE=23.1 [C] PRESSURE : RAW=354256 COMPENSATE=100134.5 [Pa]
動いたのは良かったけれども、BMP280の始末だけで終わってしまいました。Node-REDに圧力を報告するところまでたどり着きませんでした。
MicroPython的午睡(50) ATOMLite、やらかしTZ、カレンダ変換 へ戻る
MicroPython的午睡(52) ATOMLite、気圧の測定結果をNode-REDへ に進む
実験に使用したMicroPythonのスクリプト全文
import time
from machine import Pin, I2C
i2c = I2C(1, scl=Pin(21), sda=Pin(25), freq=100000)
#print(i2c.scan())
bmp280adr = 0x77
bmp280_ID = 0xD0
bmp280_CONF = 0xF5
bmp280_CTRL = 0xF4
bmp280_STAT = 0xF3
bmp280_REST = 0xE0
bmp280_TMPX = 0xFC
bmp280_TMPL = 0xFB
bmp280_TMPM = 0xFA
bmp280_PRSX = 0xF9
bmp280_PRSL = 0xF8
bmp280_PRSM = 0xF7
bmp280_T1 = 0x88
bmp280_T2 = 0x8A
bmp280_T3 = 0x8C
bmp280_P1 = 0x8E
bmp280_P2 = 0x90
bmp280_P3 = 0x92
bmp280_P4 = 0x94
bmp280_P5 = 0x96
bmp280_P6 = 0x98
bmp280_P7 = 0x9A
bmp280_P8 = 0x9C
bmp280_P9 = 0x9E
def readParamsU(rAdr):
dig_b = i2c.readfrom_mem(bmp280adr, rAdr, 2)
tmp = dig_b[1]<<8 | dig_b[0]
return tmp
def readParamsS(rAdr):
tmp = readParamsU(rAdr)
if (tmp & 0x8000) != 0:
tmp = -((~tmp + 1) & 0xFFFF)
return tmp
#This function based on BOSCH reference code.
def bmp280_compensate_T(adc_T, opt=False):
global dig_T1, dig_T2, dig_T3, t_fine
var1 = (adc_T/16384.0 - dig_T1/1024.0) * dig_T2
A1=adc_T/131072.0
T1=dig_T1/8192.0
var2 = ((A1-T1)*(A1-T1))*dig_T3
t_fine = var1 + var2
if opt:
print("var1=",var1)
print("var2=",var2)
print("t_fine=",t_fine)
return (var1+var2)/5120.0
#Following test values from BOSCH reference code.
def test_bmp280_compensate_T():
global dig_T1, dig_T2, dig_T3
dig_T1 = 27504
dig_T2 = 26435
dig_T3 = -1000
adc_T = 519888
print("TEST_T(Expected 25.08)=", bmp280_compensate_T(adc_T, opt=True))
#This function based on BOSCH reference code.
def bmp280_compensate_P(adc_P, opt=False):
global dig_P1, dig_P2, dig_P3, dig_P4, dig_P5, dig_P6, dig_P7, dig_P8, dig_P9, t_fine
var10 = (t_fine/2.0) - 64000.0
var20 = var10*var10*(dig_P6/32768.0)
var21 = var20+var10*(dig_P5)*2.0
var22 = (var21/4.0)+(dig_P4*65536.0)
var11 = (dig_P3*var10*var10/524288.0+dig_P2*var10)/524288.0
var12 = (1.0+var11/32768.0)*dig_P1
p0 = 1048576.0 - adc_P
p = (p0-(var22/4096.0))*6250.0/var12
var1 = dig_P9*p*p/2147483648.0
var2 = p*dig_P8/32768.0
if opt:
print("var10=", var10)
print("var11=", var11)
print("var12=", var12)
print("var1=", var1)
print("var20=", var20)
print("var21=", var21)
print("var22=", var22)
print("var2=", var2)
print("p0=", p0)
print("p=", p)
return p + (var1 + var2 + dig_P7)/16.0
#Following test values from BOSCH reference code.
def test_bmp280_compensate_P():
global dig_P1, dig_P2, dig_P3, dig_P4, dig_P5, dig_P6, dig_P7, dig_P8, dig_P9
dig_P1 = 36477
dig_P2 = -10685
dig_P3 = 3024
dig_P4 = 2855
dig_P5 = 140
dig_P6 = -7
dig_P7 = 15500
dig_P8 = -14600
dig_P9 = 6000
adc_P = 415148
print("TEST_P(Expected 100653)=", bmp280_compensate_P(adc_P, opt=True))
def bmp280_getParamsT(opt=False):
global dig_T1, dig_T2, dig_T3
dig_T1 = readParamsU(bmp280_T1)
dig_T2 = readParamsS(bmp280_T2)
dig_T3 = readParamsS(bmp280_T3)
if opt:
print("DIG_T1:", dig_T1)
print("DIG_T2:", dig_T2)
print("DIG_T3:", dig_T3)
def bmp280_getParamsP(opt=False):
global dig_P1, dig_P2, dig_P3, dig_P4, dig_P5, dig_P6, dig_P7, dig_P8, dig_P9
dig_P1 = readParamsU(bmp280_P1)
dig_P2 = readParamsS(bmp280_P2)
dig_P3 = readParamsS(bmp280_P3)
dig_P4 = readParamsS(bmp280_P4)
dig_P5 = readParamsS(bmp280_P5)
dig_P6 = readParamsS(bmp280_P6)
dig_P7 = readParamsS(bmp280_P7)
dig_P8 = readParamsS(bmp280_P8)
dig_P9 = readParamsS(bmp280_P9)
if opt:
print("DIG_P1:", dig_P1)
print("DIG_P2:", dig_P2)
print("DIG_P3:", dig_P3)
print("DIG_P4:", dig_P4)
print("DIG_P5:", dig_P5)
print("DIG_P6:", dig_P6)
print("DIG_P7:", dig_P7)
print("DIG_P8:", dig_P8)
print("DIG_P9:", dig_P9)
def main():
# test_bmp280_compensate_T()
# test_bmp280_compensate_P()
buf = str(i2c.readfrom_mem(bmp280adr, bmp280_ID, 1), "utf-8")
print("ID = 0x{0:02x}".format(ord(buf[0])))
i2c.writeto_mem(bmp280adr, bmp280_CONF, b'\x40') # 125mS, no filter, no spi
i2c.writeto_mem(bmp280adr, bmp280_CTRL, b'\x27') # x1, x1, normal mode
bmp280_getParamsT(False)
bmp280_getParamsP(False)
loopCounter = 0
while( loopCounter < 60 ):
loopCounter += 1
prslis = i2c.readfrom_mem(bmp280adr, bmp280_PRSM, 3)
tmplis = i2c.readfrom_mem(bmp280adr, bmp280_TMPM, 3)
prs = (prslis[0]<<12) | (prslis[1] << 4)
tmp = (tmplis[0]<<12) | (tmplis[1] << 4)
print("TEMPERATURE: RAW={0} COMPENSATE={1:3.1f} [C]".format(tmp, bmp280_compensate_T(tmp)))
print("PRESSURE : RAW={0} COMPENSATE={1:7.1f} [Pa]".format(prs, bmp280_compensate_P(prs)))
time.sleep(10)
if __name__ == "__main__":
main()