ArduinoでBME280とLCDの動作確認
前回に引き続き温湿度気圧計を作っていきます。
【組み込み工作】電子百葉箱製作~構想編~
ATtiny85を使用した温度湿度気圧計の作成記事になります。今回はその構想編です。内容は材料、機能、動作フローなどを書いています。
kurobekoblog.com
2020.01.12
今回の記事はArduinoでの動作確認を行っていこうと思います。あと、前回の構想の時に抜けていた所（スリープ方法など）も触れながら進めていこうと思います
回路構成
回路図になります。今回使用するLCDはモジュール化していない裸の物を使用するために昇圧回路のコンデンサを取り付ける必要があります。
また、５V電源からとってきていますが、LCDドライバの設定で昇圧をOFFにしております。
その他はI2Cラインをプルアップするだとか、スイッチのチャタリング防止にコンデンサ入れるだとか位なので回路的には難しいところはないと思います。
ソフト
機能構想修正
スリープ機能のフローを追加しました。動作としては画面表示後10タイマ割り込みサイクル中に画面切り替えの動作がなかったらスリープします。復帰はタクトスイッチ押下です。
めちゃシンプル。スリープまでのカウントは前述の通りタイマ割り込み中にカウンタを設けています。割り込みボタンが押されたらカウントがリセットされる仕組み。
POINTスリープまでの待機時間はタイマ割り込み関数内にカウンタを作ります(volatile)を忘れずに。
2020/1/18 : ATtiny85実装時は割り込みを廃止しています。
コード
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#include <Wire.h> #include <MsTimer2.h> #include <avr/sleep.h> #define ADDRESS 0x76 //BME280アドレスGND接続 #define ST7032i_ADDRESS 0b0111110 //ST7032iアドレス #define Command 0b00000000 //Co:0/Rs:0 #define Address 0b01000000 //Co:0/Rs:1 //生データ格納用 unsigned long int hum_raw, temp_raw, pres_raw; signed long int t_fine; uint16_t temp, pres, hum; uint16_t m,n; //補償係数 uint16_t dig_T1, dig_P1; int16_t dig_T2, dig_T3, dig_P2,dig_P3,dig_P4,dig_P5,dig_P6, dig_P7,dig_P8,dig_P9,dig_H2,dig_H4,dig_H5; int8_t dig_H1,dig_H3,dig_H6; //割り込みフラグ volatile uint8_t x=0;//割り込みフラグ uint8_t y,z;//チャタリング防止用 //タイマ割り込みフラグ volatile bool k=0; //スリープまでのカウント volatile uint8_t scnt; //BME280モード uint8_t mode00 =0b00; //00:スリープ uint8_t mode01 =0b01; //01:強制測定 uint8_t mode11 =0b11; //11：通常測定 //BME280補償係数読み取り void readCompensation_factor() { uint8_t data[32], i = 0; Wire.beginTransmission(ADDRESS); Wire.write(0x88); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(ADDRESS, 25); while (Wire.available()) { data[i] = Wire.read(); i++; } Wire.beginTransmission(ADDRESS); Wire.write(0xE1); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(ADDRESS, 7); 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); dig_H6 = data[31]; } //BME280書き込み void writeBME280(uint8_t reg_address, uint8_t data) { Wire.beginTransmission(ADDRESS); Wire.write(reg_address); Wire.write(data); Wire.endTransmission(); } //BME280読み込み void readBME280() { int i = 0; uint32_t data[8]; Wire.beginTransmission(ADDRESS); Wire.write(0xF7); Wire.endTransmission(); Wire.requestFrom(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]; } //分解能：0.01℃, 返り値は小数点2桁の整数で返されるので100で割っている。 signed long int BME280_compensate_T(signed long int adc_T) { signed long int var1, var2, T; double temp; 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; } //出力値96386.2Pa = 963.862hPaに相当します。。 unsigned long int BME280_compensate_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; } //出力値4744=47.44% unsigned long int BME280_compensate_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); } //BME280初期設定 void init(uint8_t mode){ // BME280 initial uint8_t osrs_t = 0b001; //温度オーバーサンプリング x 1 uint8_t osrs_p = 0b001; //気圧オーバーサンプリング x 1 uint8_t osrs_h = 0b001; //湿度オーバーサンプリング x 1 uint8_t t_sb = 0b000; //待機時間 0.5ms uint8_t filter = 0b000; //フィルタオフ uint8_t spi3w_en = 1; //4線SPI uint8_t ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode; uint8_t ctrl_meas_reg_s = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode; uint8_t config_reg = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en; uint8_t ctrl_hum_reg = osrs_h; writeBME280(0xF2, ctrl_hum_reg); writeBME280(0xF4, ctrl_meas_reg); writeBME280(0xF5, config_reg); } //LCD制御コマンド書き込み void commWrite(byte cData){ Wire.beginTransmission(ST7032i_ADDRESS); Wire.write(Command); Wire.write(cData); Wire.endTransmission(); delay(10); } //LCD描画データ書き込み void dataWrite(byte dData){ Wire.beginTransmission(ST7032i_ADDRESS); Wire.write(Address); Wire.write(dData); Wire.endTransmission(); delay(10); } //LCD初期化 void dispInit(){ delay(50); commWrite(0x38);//Function set:8bit-bus,2line-display delayMicroseconds(30); commWrite(0x39);//external table use delayMicroseconds(30); commWrite(0x14);//VDD3V:183Hz/VDD5V:192Hz delayMicroseconds(30); commWrite(0x73);//コントラストC3,C2,C1,C0 delayMicroseconds(30); commWrite(0x52);//ICON-off/内部昇圧回路-off/コントラストC5,C4 delayMicroseconds(30); commWrite(0x6C);//内部フォロワ回路off,V0の増幅比 delay(250); commWrite(0x38);//Function set:8bit-bus,2line-display delayMicroseconds(30); commWrite(0x0C);//display-on/cursor-off/画面反転-off delayMicroseconds(30); commWrite(0x01); } //LCDリセット void dispReset (){ commWrite(0x08);//display-off/cursor-off/画面反転-off delayMicroseconds(30); commWrite(0x01); } //LCD温度描画 void lcdTemp(uint16_t ltemp){ commWrite(0b10000000); dataWrite(0b10110000|0b0101);// オ dataWrite(0b11010000|0b1101);// ン dataWrite(0b11000000|0b0100);// ト dataWrite(0b11010000|0b1110);// ゛ commWrite(0b11000000); m=10000; n=1000; for(int i=0;i<2;i++){//整数 dataWrite(0b00110000|(ltemp%m/n)); m=m/10; n=n/10; } commWrite(0b11000010); dataWrite(0b00100000|0b1110);//点 commWrite(0b11000011); m=100; n=10; for(int i=0;i<2;i++){//少数 dataWrite(0b00110000|(ltemp%m/n)); m=m/10; n=n/10; } commWrite(0b11000101); dataWrite(0b11010000|0b1111);// ゜ dataWrite(0b01000000|0b0011);// C dataWrite(0b10100000|0b0000);// "" } //LCD湿度描画 void lcdHumi(uint16_t lhum){ commWrite(0b10000000); dataWrite(0b10110000|0b1100);// シ dataWrite(0b11000000|0b0010);// ツ dataWrite(0b11000000|0b0100);// ト dataWrite(0b11010000|0b1110);// ゛ commWrite(0b11000000); m=100000; n=10000; for(int i=0;i<2;i++){//整数 dataWrite(0b00110000|(lhum%m/n)); m=m/10; n=n/10; } commWrite(0b11000010); dataWrite(0b00100000|0b1110);//点 commWrite(0b11000011); m=10000; n=1000; for(int i=0;i<3;i++){//少数 dataWrite(0b00110000|(lhum%m/n)); m=m/10; n=n/10; } commWrite(0b11000110); dataWrite(0b00100000|0b0101);//% dataWrite(0b10100000|0b0000);// "" } ////LCD気圧描画 void lcdPres(uint16_t lpres){ commWrite(0b10000000); dataWrite(0b10110000|0b0111);// キ dataWrite(0b10110000|0b0001);// ア dataWrite(0b11000000|0b0010);// ツ dataWrite(0b10100000|0b0000);// "" commWrite(0b11000000); m=10000; n=1000; for(int i=0;i<4;i++){//整数 dataWrite(0b00110000|(lpres%m/n)); m=m/10; n=n/10; } commWrite(0b11000100); dataWrite(0b01100000|0b1000);//h dataWrite(0b01010000|0b0000);//P dataWrite(0b01100000|0b0001);//a } void setup() { Serial.begin(9600); Wire.begin();//マスター設定 dispInit();//LCD初期化 init(mode00);//BME280強制読み取りモード readCompensation_factor();//BME280補償係数読み出し attachInterrupt(0, state, LOW);//割り込み設定 MsTimer2::set(1000, timerFire);//タイマ割り込み設定 MsTimer2::start();//タイマ割り込み開始 } //モーメンタリスイッチ割り込み void state(){ x=1; scnt=0;//スリープ待機カウントリセット Serial.println("intrrupt"); } //チャタリング防止分岐 void update_state(){ static uint32_t cnt; switch (x){ case 0: return; case 1: x=2; cnt=2;//チャタリング防止カウンタ return; case 2: cnt--; if(cnt==0){ y=1; x=0; } return; } } //タイマ割り込み関数フラグ切り替えのみ void timerFire(){ k = !k; scnt++;//スリープまでのカウント } void loop() { //タイマ割り込みにより強制測定 while(k){ init(mode01);//強制測定モード readBME280(); temp = BME280_compensate_T(temp_raw); pres = BME280_compensate_P(pres_raw)/100; hum = BME280_compensate_H(hum_raw); Serial.print("温度 : ");Serial.print(temp);Serial.print("℃ "); Serial.print("気圧 : ");Serial.print(pres);Serial.print("hpa "); Serial.print("湿度 : ");Serial.print(hum);Serial.println("% "); k=!k; } //モーメンタリスイッチ押下検知 update_state(); if(y){ z++; y=0; } //押下回数による機能切り替え switch(z){ case 0: lcdTemp(temp); break; case 1: lcdHumi(hum); break; case 2: lcdPres(pres); break; case 3: z=0; break; } //スリープモード条件 uint8_t r=0; while(scnt>=8){ switch (r){ case 0: commWrite(0x01); r=1; break; case 1: commWrite(0b11000000); dataWrite(0b01110000|0b0011);//s dataWrite(0b01100000|0b1100);//l dataWrite(0b01100000|0b0101);//e dataWrite(0b01100000|0b0101);//e dataWrite(0b01110000|0b0000);//p dataWrite(0b00100000|0b1110);//. dataWrite(0b00100000|0b1110);//. dataWrite(0b00100000|0b1110);//. break; } if(scnt>=10){ dispReset();//ディスプレイクリア&off set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN); MsTimer2::stop();//タイマ割り込み禁止 sleep_mode();//スリープ実行 //スリープ復帰。こっから開始。 dispInit();//ディスプレイ初期化 MsTimer2::start();//タイマ割り込み再開 } } } |
ライブラリを使用していないのでめっーーーーーちゃダラダラ書いています。（どこか簡単に置き換えられる所あったらご教授お願いしますm(__)m)
一から解説は長くなるのでやめておきますが、一つだけ頭を使ったのはLCDに値を表示する際に温度と湿度、気圧で得られる文字数と小数点の位置が異なるのでforループと剰余・除算で一個づつ分解しています。このやり方が一般的なのか不明ですが、一応動きます。
あと、忘れがちなのですがスリープ前にはタイマ割り込みは停止しましょう、スリープモードに入ってもタイマ割り込みですぐに復帰してしまいます。
もう一つ、こだわりがありましてスリープに入る2カウント前に画面をリセットして[sleep]と表示させています。
POINTスリープ開始前にはタイマ割り込みの停止やLCDのクリア,電源OFFを設定しましょう
動作確認
補足
今回スリープモードとして【SLEEP_MODE_PWR_DOWN】を使用しています。外部割込みやWDT、リセット以外では復帰しない最も深いスリープモードです。その分消費電力も最小になるそうです。
確認のためにUSB電流計で消費電流を測定してみました。
左がスリープ前(50mA), 右がスリープ後(20mA）です60%くらい消費電力が減りました。
でもスリープ状態でも20mAあるのは結構大きいですね。スリープ状態でもUNO上のいくつかのLEDはつきっぱなしだったのでそこらへんも関係しているのかな？ATtiny85に実装の際にはここら辺もう少し詰めていきます。
おわりに
基本的な動作はこの記事の動作で完結いたします。
次からはATtiny85に移行するにあたってのコードのリバイスとハード側（筐体）の加工を進めていこうと思います。
ではでは～
次回記事
【組み込み工作】電子百葉箱製作~コード最適化編~
ATtiny85で電子百葉箱を作るコード最適化編です。ArduinoコードからATtiny85用にコードを最適化します。基本的にはI2CやTimerライブラリを修正して、Arduino関数をATtiny85のレジスタ操作に置き換えます。
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2020.01.14
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