Arduino IDEでI2C接続温湿度センサーを使う（その４）：BME280

＜前の記事　：　次の記事＞

AHT21B、SHT40i、SHT31ときてBME280を使おうかなとGeminiやCopilotと相談してみた。ちなみに間違って買ったBMP280はBME280と同じ使い方で良いらしく、単純に湿度が0％になるだけだ。

なぜBME280の悪名が高いのかというと、得られたデータの変換式が意味不明なためだ。

スケッチの方はこれまでと同じように単純だ。アドレスは0x76と0x77が選べるようになっている。


#include <Wire.h>
#include "BME280.h"
BME280 meas=BME280(0x77);

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin();
  meas.begin();
}
byte cnt=0; 
void loop() {
  meas.measure();
  Serial.print(cnt++);
  Serial.print(", BMP280, MEAS-T-H-P, ");
  Serial.print(meas.temperature()); Serial.print(", ");
  Serial.print(meas.humidity()); Serial.print(", ");
  Serial.println(meas.pressure());
  delay(1000);
}

BME280特有のたくさんの補正パラメータが「private:」以下に示してある。どうも符号付きだか符号無しだか８ビットなのか16ビットなのか32ビットなのか、どうなってんの。


BME280.h
#ifndef BME280_h
#define BME280_h

#include <inttypes.h>
#include "Arduino.h"
#include <Wire.h>

#define CONFIG 0xF5
#define CTRL_MEAS 0xF4
#define CTRL_HUM 0xF2

class BME280 {
public:
  BME280(uint8_t adrs);
  void begin(void);
  void measure(void);
  float temperature(void);
  float humidity(void);
  float pressure(void);

private:
  void command(uint8_t reg, uint8_t val); 
  void readReg(uint8_t reg, uint8_t *buf, int n);
  void setCalibParm(void);

  uint16_t _T1; int16_t _T2, _T3;
  uint16_t _P1; int16_t _P2, _P3, _P4, _P5, _P6, _P7, _P8, _P9;
  uint8_t  _H1; int16_t _H2; uint8_t _H3; int16_t _H4; int16_t _H5; int8_t _H6;
  uint8_t dac[26];
  int32_t t_fine;
  int32_t adc_P, adc_T, adc_H;

  uint8_t _adrs;
};
#endif

あまりにも補正式が複雑なので、AIに聞いて書いてもらった。beginは適切なコマンドを送るだけなので特に難しくない。


void BME280::begin(void) {
  delay(100);
  command(CONFIG, 0x00);
  command(CTRL_MEAS, 0x24);
  command(CTRL_HUM, 0x01);
  setCalibParm();
  delay(1000);
}

ただし、補正パラメータを取り出しておく必要がある。なんかシフトしすぎだよね。。。


void BME280::setCalibParm(void){
  readReg(0x88,dac,26);
  _T1 = ((uint16_t)((dac[1] << 8) | dac[0]));
  _T2 = ((int16_t)((dac[3] << 8) | dac[2]));
  _T3 = ((int16_t)((dac[5] << 8) | dac[4]));
  _P1 = ((uint16_t)((dac[7] << 8) | dac[6]));
  _P2 = ((int16_t)((dac[9] << 8) | dac[8]));
  _P3 = ((int16_t)((dac[11] << 8) | dac[10]));
  _P4 = ((int16_t)((dac[13] << 8) | dac[12]));
  _P5 = ((int16_t)((dac[15] << 8) | dac[14]));
  _P6 = ((int16_t)((dac[17] << 8) | dac[16]));
  _P7 = ((int16_t)((dac[19] << 8) | dac[18]));
  _P8 = ((int16_t)((dac[21] << 8) | dac[20]));
  _P9 = ((int16_t)((dac[23] << 8) | dac[22]));
  _H1 = ((uint8_t)(dac[25]));

  readReg(0xE1,dac,7);
  _H2 = ((int16_t)((dac[1] << 8) | dac[0]));
  _H3 = ((uint8_t)(dac[2]));
  _H4 = ((int16_t)((dac[3] << 4) + (dac[4] & 0x0F)));
  _H5 = ((int16_t)((dac[5] << 4) + ((dac[4] >> 4) & 0x0F)));
  _H6 = ((int8_t)dac[6]);
}

この後のmeasure関数では測定コマンド0x25を打って8バイトを読み出し、温度補正用t_fineを計算しておく。何をやっているのか本当に意味不明だ。


void BME280::measure(void) {
  command(CTRL_MEAS, 0x25);
  delay(10);//10msec待機
  readReg(0xF7,dac,8);
  adc_P = ((uint32_t)dac[0] << 12) | ((uint32_t)dac[1] << 4) | ((dac[2] >> 4) & 0x0F);
  adc_T = ((uint32_t)dac[3] << 12) | ((uint32_t)dac[4] << 4) | ((dac[5] >> 4) & 0x0F);
  adc_H = ((uint32_t)dac[6] << 8) | ((uint32_t)dac[7]);
  int32_t var1, var2;
  var1  = ((((adc_T>>3) - ((int32_t)_T1<<1))) * ((int32_t)_T2)) >> 11;
  var2  = (((((adc_T>>4) - ((int32_t)_T1)) * ((adc_T>>4) - ((int32_t)_T1))) >> 12) * ((int32_t)_T3)) >> 14;
  t_fine = var1 + var2;
}

気圧を補正するpressureの中身も意味不明なままで、全く理解できない。


float BME280::pressure(void) {
  int32_t var1, var2;
  uint32_t p;
  var1 = (((int32_t)t_fine)>>1) - (int32_t)64000;
  var2 = (((var1>>2) * (var1>>2)) >> 11 ) * ((int32_t)_P6);
  var2 = var2 + ((var1*((int32_t)_P5))<<1);
  var2 = (var2>>2)+(((int32_t)_P4)<<16);
  var1 = (((_P3 * (((var1>>2) * (var1>>2)) >> 13 )) >> 3) + ((((int32_t)_P2) * var1)>>1))>>18;
  var1 =((((32768+var1))*((int32_t)_P1))>>15);
  if (var1 == 0) return 0; // avoid exception caused by division by zero

  p = (((uint32_t)(((int32_t)1048576)-adc_P)-(var2>>12)))*3125;
  if (p < 0x80000000) p = (p << 1) / ((uint32_t)var1);
  else p = (p / (uint32_t)var1) * 2;
  var1 = (((int32_t)_P9) * ((int32_t)(((p>>3) * (p>>3))>>13)))>>12;
  var2 = (((int32_t)(p>>2)) * ((int32_t)_P8))>>13;
  p = (uint32_t)((int32_t)p + ((var1 + var2 + _P7) >> 4));
  return (float)p/100.0;
}

温度を求めるtemperature部分はすでに計算したt_fineから求める。


float BME280::temperature(void) {
  int32_t T  = (t_fine * 5 + 128) >> 8;
  return (float)T/100.0;
}

最後に湿度を求めるhumidityは、「まぁ気圧よりはマシか」程度だが本当にどうにかならないのか。16384(=2^14)を15回右シフトとかどうなってのw。（設計意図を残す目的らしい）


float BME280::humidity(void) {
  int32_t v_x1_u32r;
  v_x1_u32r = (t_fine - ((int32_t)76800)); 
  v_x1_u32r = (((((adc_H << 14) - (((int32_t)_H4) << 20) - (((int32_t)_H5) * v_x1_u32r)) + ((int32_t)16384)) >> 15) * (((((((v_x1_u32r * ((int32_t)_H6)) >> 10) * (((v_x1_u32r * ((int32_t)_H3)) >> 11) + ((int32_t)32768))) >> 10) + ((int32_t)2097152)) * ((int32_t)_H2) + 8192) >> 14));
  v_x1_u32r = (v_x1_u32r - (((((v_x1_u32r >> 15) * (v_x1_u32r >> 15)) >> 7) * ((int32_t)_H1)) >> 4));
  v_x1_u32r = (v_x1_u32r < 0 ? 0 : v_x1_u32r);
  v_x1_u32r = (v_x1_u32r > 419430400 ? 419430400 : v_x1_u32r);
  return (float)((uint32_t)(v_x1_u32r>>12))/1024.0;
}

この他、コマンドを１バイト送りつけるcommand関数とか。


void BME280::command(uint8_t v1, uint8_t v2) {
  Wire.beginTransmission(_adrs);
  Wire.write(v1);
  Wire.write(v2);
  Wire.endTransmission();
}

メモリアドレスを指定して指定バイト数を読みだすreadRegとかを用意してある。


void BME280::readReg(uint8_t reg, uint8_t *buf, int n) {
  Wire.beginTransmission(_adrs);
  Wire.write(reg);
  Wire.endTransmission(false);

  Wire.requestFrom((int)_adrs,n);
  byte i=0;
  while (Wire.available()) buf[i++] = Wire.read();
}