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| PIC18F14K50で温湿気圧センサＢＭＥ２８０（２０１７年２月〜３月） |
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温湿度センサＡＭ２３２０と同じようなものですが、温湿度に加えて大気圧も測定できるセンサＢＭＥ２８０に挑戦しました。
やはりＩＣ２インタフェイス仕様です。 モノは秋月で購入しました。左の写真のようにピンヘッダ付属で売られています。￥１，０８０でした。 前のＡＭ２３２０は５Ｖ動作なので同じ５Ｖ動作であるＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０ボードとはすんなりつなげましたが、このＢＭＥ２８０ は３Ｖ動作です。どうしようか？ と思ってネットを調べると「Ｉ２Ｃバス用双方向電圧レベル変換モジュール（ＰＣＡ９３０６）」なる ものが秋月で売られていました。 秋月のコピーは 「Ｉ２Ｃバス用双方向電圧レベル変換専用ＩＣであるＰＣＡ９３０６を使用したモジュールです。 パッド部分が大きくハンダ付けし易い設計。Ｉ２Ｃレベル変換に必要な部品がＤＩＰ８ピンのＩＣサイズに！」 左下の写真です。これもピンヘッダ付きです。先のＢＭＥ２８０と同様にピンヘッダとはんだ付けが必要です。 レベル変換を行う際，VREF2 側に高電圧側を接続する必要があります |
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以下は「Ｉ２ｃ通信の使い方」というページからのコピペです。 I2C通信の場合の接続構成は左図の構成を基本としています。 図のように1台のマスタと1台または複数のスレーブとの間を、SCLとSDAという2本の線でパーティーライン状に接続します。 マスタが常に権限を持っており、マスタが送信するクロック信号SCLを元にして、データ信号が SDAライン上で転送されます。ワイアードORで接続するため数kΩのプルアップ抵抗を必要とします。 通信方式でSPIと大きく異なるのは、個々のスレーブがアドレスを持っていて、マスタからアドレス指定 して特定のスレーブを選択し、1バイト転送ごとに受信側からACK信号の返送をして、互いに確認を 取りながらデータ転送を行っていることです。 この方式により、いずれもＩ２ｃであるＡＭ２３２０、ＢＭＥ２８０をつなぐことが出来ます。 |
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回路図です。 ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０は５Ｖ駆動です。ＡＭ２３２０にはちょうどいいのですが、ＢＭＥ２８０には電圧が大きすぎます。 三端子レギュレータを使って９Ｖ電源から５Ｖ電圧と３．３Ｖ電圧を作っておいて、３．３ＶのほうはＢＭＥ２８０の方に使います。 それでＢＭＥ２８０だけはＩ２ｃバス用双方向電圧レベル変換のＰＣＡ９３０６を介してＰＩＣとつなぎます。 |
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ブレッドボードに組みました。 下の方に黄色い丸で囲んでいます。 左がＢＭＥ２８０、右がＡＭ２３２０です。 測定結果が液晶モニタに表示されてます。 1行目がＡＭ２３２０、２行目がＢＭＥ２８０の測定結果です。 左から気温、大気圧、湿度の順です。 温度の方はほぼ同じです。 湿度の方はＢＭＥ２８０の方が少し高めに表示されます。 |
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●Ｉ２ｃインタフェイスの書き込み ＢＭＥ２８０と情報をやり取りするインタフェイスはＩ２ｃですが、その書き込みについて説明します。 大まかな流れは下の図のようです。 ＲＷの値はＷＲＩＴＥモードなので０を入れます。 ＳｔａｒｔＣｏｎｄｉｔｉｏｎをまず送ります。 Ｓｌａｖｅ ＡｄｄｒｅｓｓのＸはＳＤＯピンをどうするか（接続するのがＧＮＤかＶＤＤか）で決まりますが、 僕はＧＮＤにつなぎましたので０になります。 これによってＳｌａｖｅ Ａｄｄｒｅｓｓ＋ＲＷは０ｂ１１１０１１００になります。 このあと、書き込むレジスタアドレスと書き込むデータを送ります。 最後にＳｔｏｐＣｏｎｄｉｔｏｎで終わります。 略字の意味は次です。 ★Ｓ： Ｓｔａｒｔ ★ Ｐ： Ｓｔｏｐ ★ ＡＣＫＳ： Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｂｙ ｓｌａｖｅ ★ ＡＣＫＭ： Ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｂｙ ｍａｓｔｅｒ ★ ＮＡＣＫＭ： Ｎｏｔ ａｃｋｎｏｗｌｅｄｇｅ ｂｙ ｍａｓｔｅｒ 
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●Ｉ２ｃインタフェイスの読み込み 読み込みです。 ＳｔａｒｔＣｏｎｄｉｔｉｏｎをまず送ります。 レジスタを読むためには、まずＷｒｉｔｅモードで、読むレジスタアドレスを送ります。 この時のＳｌａｖｅ Ａｄｄｒｅｓｓ＋ＲＷは０ｂ１１１０１１００です。 ＳｔｏｐＣｏｎｄｉｉｏｎかＲｅｐｅａｔｅｄＳｔａｒｔＣｏｎｄｉｔｉｏｎを送ります。 このあと、Ｓｌａｖｅ ＡｄｄｒｅｓｓをＲｅａｄモード、つまり０ｂ１１１０１１０１を送ります。 連続で読み込んでいくとき、NOACKMを送るまでレジスタアドレスは自動的に１ずつ増えます。 最後にＳｔｏｐＣｏｎｄｉｔｏｎで終わります。 
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ＢＭＥ２８０のＭｅｍｏｒｙＭａｐです。温度、湿度、気圧センサーであるＢＭＥ２８０の動かし方です。非常に難物でした。次の手順に従います。 １．初期設定をする。 ２．補正用のデータをレジスタから入手する。 ３．湿度、湿度、気圧の生のデータをレジスタから入手する。 ４．３の生のデータを２の補正用データによって実際のデータに直す。 これを詳しく見ていきましょう。 ここに挙げている内容はスイッチサイエンスさんのサイトに載っているものをコピペしたものが多いです。 非常に詳しく載っていますのでより詳しい内容はそのサイトをご覧ください。 １．初期設定をする。 ●configレジスタ（0xF5）は次の項目を設定するためのレジスタです。 t_sb[2:0] スタンバイ時間 filter[2:0] IIRフィルタの有効/無効 spi3w_en[0] 3 wire SPIの有効/無効
spi3w_en[0]を0にすると4線式、1にすると3線式です。ここでは0にします。 よってconfigレジスタの値は 0b10100000 0xA0になります。 ●ctrl_measレジスタ（0xF4）は次の項目を設定するためのレジスタです。 osrs_t[2:0] 温度測定の有効（オーバーサンプリング値）/無効 osrs_p[2:0] 気圧測定の有効（オーバーサンプリング値）/無効 mode[1:0] BME280の測定モード設定
●ctrl_humレジスタ（0xF2） osrs_h[2:0] 湿度測定の有効（オーバーサンプリング値）/無告
２．補正用のデータをレジスタから入手する。 温度・湿度・気圧の補正をするための値がアドレス0x88〜0xA1 0xE1〜0xF0に格納されています。
void readTrim()
{
uint8_t data[32],i=0; // Fix 2014/04/06
Wire.beginTransmission(BME280_ADDRESS);
Wire.write(0x88);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(BME280_ADDRESS,24); // Fix 2014/04/06
while(Wire.available()){
data[i] = Wire.read();
i++;
}
Wire.beginTransmission(BME280_ADDRESS); // Add 2014/04/06
Wire.write(0xA1); // Add 2014/04/06
Wire.endTransmission(); // Add 2014/04/06
Wire.requestFrom(BME280_ADDRESS,1); // Add 2014/04/06
data[i] = Wire.read(); // Add 2014/04/06
i++; // Add 2014/04/06
Wire.beginTransmission(BME280_ADDRESS);
Wire.write(0xE1);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(BME280_ADDRESS,7); // Fix 2014/04/06
while(Wire.available()){
data[i] = Wire.read();
i++;
}
dig_T1 = (data[1] << 8) | data[0];
dig_T2 = (data[3] << 8) | data[2];
dig_T3 = (data[5] << 8) | data[4];
dig_P1 = (data[7] << 8) | data[6];
dig_P2 = (data[9] << 8) | data[8];
dig_P3 = (data[11]<< 8) | data[10];
dig_P4 = (data[13]<< 8) | data[12];
dig_P5 = (data[15]<< 8) | data[14];
dig_P6 = (data[17]<< 8) | data[16];
dig_P7 = (data[19]<< 8) | data[18];
dig_P8 = (data[21]<< 8) | data[20];
dig_P9 = (data[23]<< 8) | data[22];
dig_H1 = data[24];
dig_H2 = (data[26]<< 8) | data[25];
dig_H3 = data[27];
dig_H4 = (data[28]<< 4) | (0x0F & data[29]);
dig_H5 = (data[30] << 4) | ((data[29] >> 4) & 0x0F); // Fix 2014/04/06
dig_H6 = data[31]; // Fix 2014/04/06
}
３．湿度、湿度、気圧の生のデータをレジスタから入手する。先に挙げたメモリーマップによると、０ＸＦ７〜０ＸＦＥのレジスタに格納されていますが、 気圧の情報はレジスタのアドレス 0xF7 0xF8 0xF9に格納、 温度の情報はレジスタのアドレス 0xFA 0xFB 0xFCに格納、 湿度の情報はレジスタのアドレス 0xFD 0xFE に格納されています。 湿度だけ２ｂｙｔｅ、それ以外は３ｂｙｔｅです。 これもスイッチサイエンスさんのサイトからのプログラムを載せます。 やはり、ＰＩＣ用に移植します。
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];
}
４．３の生のデータを２の補正用データによって実際のデータに直す。これもスイッチサイエンスさんのサイトのプログラムを載せます。 このプログラムはコピペでこのまま使います。
// Returns temperature in DegC, resolution is 0.01 DegC.
//Output value of “5123” equals 51.23 DegC.
// t_fine carries fine temperature as global value
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;
}
// Returns pressure in Pa as unsigned 32 bit integer in Q24.8 format
//(24 integer bits and 8 fractional bits).
// Output value of “24674867” represents 24674867/256 = 96386.2 Pa = 963.862 hPa
unsigned long int calibration_P(signed long int adc_P)
{
signed long int var1, var2;
unsigned long int P;
var1 = (((signed long int)t_fine)>>1) - (signed long int)64000;
var2 = (((var1>>2) * (var1>>2)) >> 11) * ((signed long int)dig_P6);
var2 = var2 + ((var1*((signed long int)dig_P5))<<1);
var2 = (var2>>2)+(((signed long int)dig_P4)<<16);
var1 = (((dig_P3 * (((var1>>2)*(var1>>2)) >> 13)) >>3) +
((((signed long int)dig_P2) * var1)>>1))>>18;
var1 = ((((32768+var1))*((signed long int)dig_P1))>>15);
if (var1 == 0)
{
return 0;
}
P = (((unsigned long int)(((signed long int)1048576)-adc_P)-(var2>>12)))*3125;
if(P<0x80000000)
{
P = (P << 1) / ((unsigned long int) var1);
}
else
{
P = (P / (unsigned long int)var1) * 2;
}
var1 = (((signed long int)dig_P9) * ((signed long int)(((P>>3) * (P>>3))>>13)))>>12;
var2 = (((signed long int)(P>>2)) * ((signed long int)dig_P8))>>13;
P = (unsigned long int)((signed long int)P + ((var1 + var2 + dig_P7) >> 4));
return P;
}
// Returns humidity in %RH as unsigned 32 bit integer in Q22.10 format
//(22 integer and 10 fractional bits).
// Output value of “47445” represents 47445/1024 = 46.333 %RH
unsigned long int calibration_H(signed long int adc_H)
{
signed long int v_x1;
v_x1 = (t_fine - ((signed long int)76800));
v_x1 = (((((adc_H << 14) -(((signed long int)dig_H4) << 20) - (((signed long int)dig_H5) * v_x1)) +
((signed long int)16384)) >> 15) * (((((((v_x1 * ((signed long int)dig_H6)) >> 10) *
(((v_x1 * ((signed long int)dig_H3)) >> 11) + ((signed long int) 32768))) >> 10) +
(( signed long int)2097152)) *
((signed long int) dig_H2) + 8192) >> 14));
v_x1 = (v_x1 - (((((v_x1 >> 15) * (v_x1 >> 15)) >> 7) * ((signed long int)dig_H1)) >> 4));
v_x1 = (v_x1 < 0 ? 0 : v_x1);
v_x1 = (v_x1 > 419430400 ? 419430400 : v_x1);
return (unsigned long int)(v_x1 >> 12);
}
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| PIC18F14K50で温湿度センサＡＭ２３２０（２０１７年１月） |
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接続形態にＩ２Ｃ（ＩスクエアＣと読む）というものがあります。 マイコンといろいろな機器とやり取りする一つの規格です。 一般には、６線ほどの信号のやり取りが必要です。これではＰＩＣの少ないピン数では賄いきれません。 このＩ２Ｃという規格はわずか２線で済みます。それでこのＩ２Ｃを研究しようか、と思ったわけです。 ところが、このＩ２Ｃという規格は非常に難物でなかなか理解できにくいものです。僕もモニタ１６０２をやる前に Ｉ２Ｃ規格のモニタを手に入れて何とかしようとがたがたやっていたのですが、なかなかうまくいかず やむなく、簡単そうに思ったこの温湿度センサＡＭ２３２０をやったのです。 左上がそのＡＭ２３２０の外観、左下がそのサイズです。単位はｍｍです。 1 pin=VDD, 2pin=SDA, 3pin=GND, 4pin=SCL 見ての通り４つしかピンはありません。そのうちの２つ（１と３）はＶＤＤ（電源）とＧＮＤなので、実質の信号ピン （マイコンとつなぐ）は２つでＳＤＡとＳＣＬと呼ばれています。 この２つのピンをＰＩＣ側のＳＤＡ、ＳＣＬにつなぎます。 ＰＩＣ１８Ｆ１４Ｋ５０では、ＳＤＡがＲＢ４で、ＳＣＬがＲＢ６になります。 Ｉ２Ｃ通信とは何か！ 説明するのは非常に難しいです。 最初にスタートコンディションを発行して、書き込み、または読み込みをして、最後にストップコンディション を発行して閉めます。 使うレジスタは沢山あるＰＩＣそれぞれで異なります。その意味で使うＰＩＣのマニュアルを 読む必要があります。ただネットを調べると先人がいろいろなことを調べて載せて頂いていますのでそれを 探すのも一つの方法でもあります。 詳しいことはでご自分で調べてくださいね。 |
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上がＡＭ２３２０をブレッドボードに組み込んだ全景です。 ギリギリすべてがブレッドボードに収まっています。 左の小さいものがＡＭ２３２０です。 ＡＭ２３２０のサイズは横幅１２．１ｍｍ、高さ１５．０ｍｍと非常に小さいです。 下がＡＭ２３２０だけをアップにしたものです。 |
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温湿度センサＡＭ２３２０から帰ってきた値です。 返る値は８個です。上と中はその値をそれぞれ１６進数、１０進数で表示させたものです それぞれ異なる時刻に測定された値なので３つ目以降の値は異なっています。 順に、 機能コード（Ｏｘ０３）、返送バイト数（０ｘ０４），測定された湿度の上位バイト、測定された湿度の下位バイト、 測定された温度の上位バイト、測定された温度下位バイト、ＣＲＣの下位バイト、ＣＲＣの上位バイト 、です。 最も下の表示が算出した温度（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）と湿度（ｈｕｍｉｄｉｔｙ）です。 値 ＝ （２５６×上位バイト＋下位バイト）÷１０ で計算できます。 |
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購入元の秋月電子のサイトからマニュアルをダウンロードして、ＡＭ２３２０のつかい方を調べていきました。 ただ、そのマニュアルは英文の２５ページあるものなのでどこから読んだらよいか、と読むだけで大変でした。 方々読んでいくにつれて段々どの辺をよんだらよいかがわかってきました。それで次のようになりました。 ＡＭ２３２０センサーのI2C通信は、標準I2C通信シーケンスに従っています。 センサーの読み出しと書き込みを行うには、次の3つのステップ従う必要があります。 １．ＳＴＥＰ１（センサーを起こす） ２．ＳＴＥＰ２（読みだし命令を送信） ３．ＳＴＥＰ３（センサが読み取った情報を受信） １．ＳＴＥＰ１
センサーを起こすには、センサーのスレーブアドレスである0xB8をセンサーに送ります。 注意しなければならないのは、センサーを呼び覚ます時、スレーブアドレスに対してセンサーはACKを返すことができません。 しかしホストは必ずACKのための9番目のクロック（SCL）を発送しなければなりません。 ホストがSTARTを発行しスレーブアドレスを送信した後に、一定期間（最小800μs〜最大3ms）の待ち時間を入れてからSTOPを発行します。 ホストがハードウェアI2Cの場合は自動的に待機するので、プログラムで待つ必要はありません。 ２．ＳＴＥＰ２ 読みだし命令を送信するには次の手順で読み出し命令を送信します。
温度と湿度のデータが入っているレジスタはアドレス０番からの４個です。 ３．ＳＴＥＰ３ ＳＴＥＰ２の後、１．５ｍｓの待ち時間を入れます。
上の表のようにそれぞれ２バイトで返送されますので 値 ＝ （２５６×上位バイト＋下位バイト）÷１０ で計算できます。 例えば上に示した液晶モニタの値なら 湿度 ＝ （２５６×０＋２２１）÷１０ ＝ ２２．１% 温度 ＝ （２５６×１＋ ５９）÷１０ ＝ ３１．５度 すごく低湿度で高温の場所ですね・・・・・・・。 |
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以下にプログラム全文を載せます。 Ｉ２Ｃ通信のプログラムを実際の機器で走らすのははじめてだったので、プログラムを書いて実際に作動するか、 戦々恐々でした。御多分に漏れずうんともすんとも言いませんでした。 ただ、先に液晶モニタをつけて、その上にＡＭ２３２０を追加したのがよかったです。 プログラムの要所要所にその状態（その時点でのルーチン、センサからの返り値）を表示させて「ここまでは動いてる」 という風にして、どこまでが動いているかを確認していきました。パソコンプログラムの「printf debug」と同じ発想です。 すると、Ｉ２Ｃバスの書き込みの直後にＡＣＫとかＮＡＣＫのルーチンを入れるとそこで止ってしまう、ということが 分かりました。「ＡＭ２３２０のマニュアルにはＡＣＫ、ＮＡＣＫを入れる」とあったのにですよ・・・・・。 Ｉ２Ｃバスの書き込みのあとのＡＣＫ、ＮＡＣＫを外すとそこは通りました。 ところが、Ｉ２Ｃバスの読み込み後は逆にＡＣＫ、ＮＡＣＫを入れないとそこで止まりました。ここではそれは要りました。 つまりＡＣＫ、ＮＡＣＫは書き込みの時は不要で、読み込みの時は必要だったのです。 こんなことはやってみないと分からないですね。 これがわかるまでは配線が間違っているのじゃないか？ 配線が正しくともきちんと電流がつうじているのか？ とかいろんな ことを検証しました。 マニュアルを読み返してみると「ＡＭ２３２０のＳＣＬ、ＳＤＡは４．７ｋΩの抵抗でプルアップする」という図が あったので急遽その抵抗を入れたりしました。このためにＡＭ２３２０が壊れたのでは・・・・・？ と思い、秋月から ＡＭ２３２０を再度購入したりしました。 結局壊れていなかったのですけれど・・・ Ｉ２Ｃ通信についてのプログラムは、「はじめてのＰＩＣ」という サイトのプログラムをほぼコピペしました。 本当に先人の努力には頭が下がります。感謝、感謝・・・・です。 それから液晶モニタに数値を表示するためには数値を１０進数の文字列に変換する必要があります。 ｎｕｍＴｏＳｔｒｉｎｇ（）がこの変換ルーチンです。 温度、湿度の算出はその値を１０で割ったものですが、液晶モニタに表示するには変換した文字列の最後の文字の前に 小数点を挿入するだけでよいです。これをしているのがＳｔｒＴｏＳｈｏｓｕ（）です。 いずれも僕のオリジナルです。よかったら使ってください。 |
//温度湿度計（ＡＭ２３２０）の測定結果をLCDに表示 // Notes: 4MHz内部クロック // PORTC(3) : LCD(DB7)14 PORTC(4) 6 : LCD_EN 6 // PORTC(2) : LCD(DB6)13 GND : LCD_RW 5 // PORTC(1) : LCD(DB5)12 PORTC(5) 5 : LCD_RS 4 // PORTC(0) : LCD(DB4)11 CONTRAST ADJ: LCD_Vo 3 // +5v : LCD(Vdd) 2 // GND : LCD(Vss) 1 // Target: PIC18F14K50 #include |
