本題に戻ります。連載の第1回目として選んだのは、ラズパイで気温や湿度、気圧を測定すること、です。ご存じの方も多いと思いますが、ラズパイでのセンシングとしては、気温／湿度／気圧の測定は基本中の基本となっています。

多くのサイトで紹介されているのは、秋月電子通商などで販売されている「BME280」を使った測定です。とてもこなれているセンサーなので、いろいろなWebサイトで紹介されています。昔はこれを使うために長いコードを書いていましたが、最近ではライブラリも充実し、短いコードで利用できるようになってきました。

ということで、ここでもBME280を使ってもいいのですが、それではあまり芸がありません。そこでBME280を提供しているBosch Sensortecが作っている「BME680」を使うことにします。BME680がBME280と異なるのは、ガスセンサーが搭載されていることです。BME680のガスセンサーでは7段階で空気の質を測れますので、検知してみましょう。

今回必要なパーツと価格は以下の通りです。合わせて2000円以下で購入できます。

• BME680使用　温湿度・気圧・ガスセンサモジュールキット：1320円
• ブレッドボード BB-801：220円
• ジャンパーワイヤー オスメス：180円（この中から4本利用する）

BME680ですが、上でも挙げたように1キットが1320円と少し高めです。複数の機能が用意されているセンサー類は、どうしても1000円を超えてしまう傾向がありますね。

キットはBME680が配置された基板とL字型のピンヘッドで構成されています。このピンヘッドを基板にはんだ付けして使います。

はんだ付けが済んだら、ブレッドボードに差して、ジャンパーワイヤーでラズパイと接続します。BME680のキットはI2C（アイ・スクエアド・シー、またはアイツーシー）という方式でラズパイとデータをやり取りします。この時に使うのは「SDA」（シリアルデータ）と「SCL」（シリアルクロック）の2本です。ラズパイではSDAは3番ピン、SCLは5番ピンに割り当てられていますので、そこと接続します。

この他に3.3V電源（ラズパイの1番ピン）、GND（ラズパイの9番ピンなど）を接続する必要があります。また基板背面にあるジャンパー回路のうちJ2をはんだ付けして短絡させます。

なおmicroSDメモリーカードにRaspberry Pi OSをインストールし、ラズパイに差して使う方法については、以前掲載した連載「第2回　ラズパイってどうしたら使えますか」と「第3回　Raspberry Pi OSって何ですか」を参考にしてください。また今回利用するI2Cの有効化については「第4回　ラズパイを使う準備って何をしたらいいですか」を参考にしてください。

ではまず、BME680がラズパイ側で認識されているか確認しましょう。ラズパイのデスクトップを利用しても良いですが、それよりも手軽なターミナル接続で操作します。ターミナルを利用する方法については、同じく「第6回　ターミナルソフトって何ですか」を参考にしてください。

ターミナルソフトを起動してラズパイにログインしたら、「i2cdetect -y 1」と入力します。すると以下のように表示されます。

$ i2cdetect -y 1
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:                         -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- 76 --

このように横軸が6、縦軸が70の場所に「76」と表示されればOKです。この場合、BME680がI2Cで「0x76」のアドレスを利用している、と言います。

では続いてライブラリをインストールします。これはPIMORONIが公開しているものです。以下のコマンドを順次入力してください。

$ git clone https://github.com/pimoroni/bme680
$ cd bme680/library
$ sudo python setup.py install

これでBME680のライブラリを利用する準備が整いました。今回インストールしたファイルには、Pythonのサンプルプログラムが用意されています。センサーの値全てを読み取るテストプログラムを走らせてみましょう。

$ cd /home/pi/bme680/examples
$ python read-all.py

すると以下のように表示され、測定した値が1秒ごとに表示されます。

read-all.py - Displays temperature, pressure, humidity, and gas.

Press Ctrl+C to exit!


Calibration data:
par_gh1: 5
par_gh2: -12446
par_gh3: 18
par_h1: 618
par_h2: 1039
par_h3: 0
par_h4: 45
par_h5: 20
par_h6: 120
par_h7: -100
par_p1: 35462
par_p10: 30
par_p2: -10325
par_p3: 88
par_p4: 6124
par_p5: 36
par_p6: 30
par_p7: 25
par_p8: -531
par_p9: -3463
par_t1: 26453
par_t2: 26325
par_t3: 3
range_sw_err: 0
res_heat_range: 1
res_heat_val: 45
t_fine: 115507


Initial reading:
gas_index: 0
gas_resistance: 12946860.58570794
heat_stable: False
humidity: 43.905
meas_index: 0
pressure: 1013.28
status: 32
temperature: 22.56


Polling:
22.56 C,1013.28 hPa,43.91 %RH
22.58 C,1013.29 hPa,43.83 %RH,4704.015880716148 Ohms
22.62 C,1013.32 hPa,43.75 %RH,5307.952503912426 Ohms
22.65 C,1013.33 hPa,43.68 %RH,6452.475192311798 Ohms
22.69 C,1013.33 hPa,43.60 %RH,7848.209416808962 Ohms
22.73 C,1013.30 hPa,43.53 %RH,9293.061311990426 Ohms
22.76 C,1013.31 hPa,43.47 %RH,10812.45936080907 Ohms
……（続く）

この数値は左から気温、気圧、湿度、ガスセンサーの値となっています。

このサンプルプログラムを元に、測定するためのプログラムを作成していきましょう。先ほどのサンプルプログラムをWindows側にコピーし、プログラム作成支援ツールの「Visual Studio Code」で読み取り、そこから要素を拾い出して作っていきます。

なおWindowsにコピーする方法については「第9回　ラズパイでWindowsとやり取りするにはどうしたらいいですか」に、Visual Studio Codeについては「第10回　ラズパイでLチカって何ですか」で述べていますので参考にしてください。

ところでPIMORONIのBME680ライブラリ紹介ページには、センサーの値を「sensor = bme680.BME680()」として読み出す、とあります。これを元に作っていけばよさそうです。作り上げたプログラムが以下となります。

#!usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
import bme680
import time

sensor = bme680.BME680()

sensor.set_temperature_oversample(bme680.OS_8X)
sensor.set_humidity_oversample(bme680.OS_2X)
sensor.set_pressure_oversample(bme680.OS_4X)

try:
    while True:
        output = '{0:.1f} C,{1:.1f} %RH,{2:.1f} hPa'.format(
            sensor.data.temperature,
            sensor.data.humidity,
            sensor.data.pressure)
        print(output)
        time.sleep(1)
except:
    KeyboardInterrupt

BME680の測定値を「sensor = bme680.BME680()」で呼び出したあと、続く3行で気温、湿度、気圧のデータを格納し、「sensor.data.temperature」「sensor.data.humidity」「sensor.data.pressure」で温度、気圧、湿度をそれぞれ変数「output」に格納して表示させています。そして「while True」文で繰り返し表示する仕組みです。

これを実際に走らせると、以下のような表示が無限ループで繰り返されます。このプログラムは「try:」～「except:」でくくられており、最後の「KeyboardInterrupt」で、キーボードからCtrl＋Cが入力されると中断する仕組みです。

$ python sokutei.py
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
22.9 C,43.0 %RH,1007.0 hPa
……（以下続く）

ここまでで気温と湿度、気圧の測定結果が得られるようにしました。次回はもう1つのデータ、空気の汚染度を測るやり方について解説していきます。