高度気象ステーション v2.0：温度・気圧・湿度・高度のリアルタイム監視

リビングスペースで温度、気圧、湿度、高度を正確に測定するコンパクトな気象ステーションを構築します。

ストーリー

Raspberry Pi 2上のWindows 10 IoT Core向けAdafruit Starter Packを使用し、BME280センサー（またはBMP280）をインターフェースして環境データを読み取り、クラウドサービスにパブリッシュする方法をデモンストレートします。

BMP280をお持ちの場合は、Weather Station v1ガイドを参照してください： Weather Station v1

ハードウェア

Raspberry Pi 2をブレッドボードに接続し、以下のFritzing図「回路図」セクションに従ってBME280センサーを配線。

ソフトウェア

スターターコードを GitHub – ms-iot/adafruitsample からダウンロード。センサーとの通信と読み取り値のパブリッシュに必要なコード追加を解説します。

Lesson_203v2\StartSolution\lesson_203v2.sln を開き、 mainpage.xaml.cs を編集。

完全版は Lesson_203v2\FullSolution\lesson_203v2.sln で入手可能。

MainPage.xaml.cs

BME280クラスへの参照を追加：

public sealed partial class MainPage : Page {
    // センサークラスの新しいオブジェクトを作成
    BME280 BME280;
}

OnNavigatedTo でセンサーを初期化：

// センサークラスの新しいオブジェクトを作成
BME280 = new BME280Sensor();
// センサーを初期化
await BME280.Initialize();

次に、データ収集とログ記録のコードを追加：

• 温度、気圧、湿度、高度の変数を作成、0で初期化
• 海面気圧定数を設定（デフォルト1013.25 hPa）
• 4つの測定値を10回読み取り、デバッグコンソールに出力

// 0で初期化
float temp = 0;
float pressure = 0;
float altitude = 0;
float humidity = 0;

// 海面気圧定数
const float seaLevelPressure = 1022.00f;

// データの10サンプルを読み取り
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    temp = await BME280.ReadTemperature();
    pressure = await BME280.ReadPreasure();
    altitude = await BME280.ReadAltitude(seaLevelPressure);
    humidity = await BME280.ReadHumidity();
    // デバッグコンソールに値を出力
    Debug.WriteLine("Temperature: " + temp.ToString() + " deg C");
    Debug.WriteLine("Humidity: " + humidity.ToString() + " %");
    Debug.WriteLine("Pressure: " + pressure.ToString() + " Pa");
    Debug.WriteLine("Altitude: " + altitude.ToString() + " m");
    Debug.WriteLine("\n");
}

BME280.cs

BME280.cs を開き、レジスタアドレスenumの後に以下を追加：

// I2Cバスのフレンドリ名文字列
const string I2CControllerName = "I2C1";
// I2Cデバイス作成
private I2cDevice bme280 = null;
// センサー用新しいキャリブレーションデータ作成
BME280_CalibrationData CalibrationData;
// デバイス初期化済みかチェックする変数
bool init = false;

Initialize メソッドを拡張し、I2C接続をセットアップ：

public async Task Initialize() {
    Debug.WriteLine("BME280::Initialize");
    try {
        I2cConnectionSettings settings = new I2cConnectionSettings(BME280_Address);
        settings.BusSpeed = I2cBusSpeed.FastMode;
        string aqs = I2cDevice.GetDeviceSelector(I2CControllerName);
        DeviceInformationCollection dis = await DeviceInformation.FindAllAsync(aqs);
        bme280 = await I2cDevice.FromIdAsync(dis[0].Id, settings);
        if (bme280 == null) {
            Debug.WriteLine("Device not found");
        }
    } catch (Exception e) {
        Debug.WriteLine("Exception: " + e.Message + "\n" + e.StackTrace);
        throw;
    }
}

Begin ルーチンを追加し、センサー署名を検証してキャリブレーションデータを読み込み：

private async Task Begin() {
    Debug.WriteLine("BME280::Begin");
    byte[] WriteBuffer = new byte[] { (byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_CHIPID };
    byte[] ReadBuffer = new byte[] { 0xFF };
    bmp280.WriteRead(WriteBuffer, ReadBuffer);
    Debug.WriteLine("BME280 Signature: " + ReadBuffer[0].ToString());
    if (ReadBuffer[0] != BMP280_Signature) {
        Debug.WriteLine("BMP280::Begin Signature Mismatch.");
        return;
    }
    init = true;
    CalibrationData = await ReadCoefficeints();
    await WriteControlRegister();
    await WriteControlRegisterHumidity();
}

制御レジスタヘルパー：

private async Task WriteControlRegisterHumidity() {
    byte[] WriteBuffer = new byte[] { (byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_CONTROLHUMID, 0x03 };
    bmp280.Write(WriteBuffer);
    await Task.Delay(1);
}

private async Task WriteControlRegister() {
    byte[] WriteBuffer = new byte[] { (byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_CONTROL, 0x3F };
    bmp280.Write(WriteBuffer);
    await Task.Delay(1);
}

レジスタデータ読み取り用ユーティリティ関数：

private UInt16 ReadUInt16_LittleEndian(byte register) {
    UInt16 value = 0;
    byte[] writeBuffer = new byte[] { 0x00 };
    byte[] readBuffer = new byte[] { 0x00, 0x00 };
    writeBuffer[0] = register;
    bmp280.WriteRead(writeBuffer, readBuffer);
    int h = readBuffer[1] << 8;
    int l = readBuffer[0];
    value = (UInt16)(h + l);
    return value;
}

private byte ReadByte(byte register) {
    byte value = 0;
    byte[] writeBuffer = new byte[] { 0x00 };
    byte[] readBuffer = new byte[] { 0x00 };
    writeBuffer[0] = register;
    bmp280.WriteRead(writeBuffer, readBuffer);
    value = readBuffer[0];
    return value;
}

キャリブレーションと補正関数はBMP280データシートから直接導出され、すでに提供されています。

ReadTemperature を実装し、センサー温度を摂氏で返却：

public async Task ReadTemperature() {
    if (!init) await Begin();
    byte tmsb = ReadByte((byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_TEMPDATA_MSB);
    byte tlsb = ReadByte((byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_TEMPDATA_LSB);
    byte txlsb = ReadByte((byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_TEMPDATA_XLSB);
    Int32 t = (tmsb << 12) + (tlsb << 4) + (txlsb >> 4);
    double temp = BMP280_compensate_T_double(t);
    return (float)temp;
}

ReadPreasure を完成（元のタイポを互換性のため維持）：

public async Task ReadPreasure() {
    if (!init) await Begin();
    if (t_fine == Int32.MinValue) await ReadTemperature();
    byte tmsb = ReadByte((byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_PRESSUREDATA_MSB);
    byte tlsb = ReadByte((byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_PRESSUREDATA_LSB);
    byte txlsb = ReadByte((byte)eRegisters.BMP280_REGISTER_PRESSUREDATA_XLSB);
    Int32 t = (tmsb << 12) + (tlsb << 4) + (txlsb >> 4);
    Int64 pres = BMP280_compensate_P_Int64(t);
    return ((float)pres) / 256;
}

最後に、ReadAltitude を実装し、気圧公式で高度を計算：

public async Task ReadAltitude(float seaLevel) {
    if (!init) await Begin();
    float pressure = await ReadPreasure();
    pressure /= 100;
    return 44330.0f * (1.0f - (float)Math.Pow((pressure / seaLevel), 0.1903f));
}

プロジェクトは今やデプロイ準備完了です！

期待される出力

Temperature: 24.46189 deg C

Humidity: 54.372 %

Pressure: 99738.73 Pa

Altitude: 205.1726 m

ソース： Weather Station V 2.0