M5Stick-CとBME680で温湿度・気圧・ガスを測定して液晶ディスプレイに表示するスケッチ

BME680

BME680 は BOSCH 製のセンサーで温湿度、気圧、ガスの検知ができる。

BME680 を使ったモジュールは複数販売されているが、今回スイッチサイエンスでこちらのモジュールを購入してM5Stick-C と接続した。

この Seeed Studio Bazaar の製品はGROVE ケーブルが付属しているので I2C でM5Stick-C と簡単に接続することができる。

尚、同じ BME680 を搭載したモジュールはアマゾンなどでも購入することができる。

スペック

今回購入した製品の主なスペックは以下の通り。

• 動作電圧：3.3V ～ 5.0V
• 温度 : －40 〜 ＋85℃（0.01℃ 単位）
• 温度精度： ±0.5℃（25℃）、±1℃（0 ～ 65℃）
• 湿度：0 ～ 100 ％（0.008 ％ 単位）※１
• 湿度精度 : ±3 ％（20 ～ 80 ％、25℃）
• 気圧：300 〜 1100 hPa（18 hPa 単位）
• 気圧精度 : ±0.6 hPa（300 ～ 1100 hPa、0 ～ 65℃）
• インターフェイス : I2C（最大3.4 MHz）/ SPI（3線および4線、最大10 MHz）※２
• I2Cアドレス : 0x76（デフォルト）/ 0x77（オプション）※２

※１ Seeed Studio Bazaar の動画だと湿度の範囲は10 ～ 90% と言っている。但しホームページでは 0 ～ 100％と表記されていた。BOSCH のデータシートを見ると0 ～ 100％ となっていたので、こちらが正しいのだと思われる。

※２ デフォルトの I2C アドレスは 0x76 だが裏面の赤枠の向かって左側と中央の端子をショートさせると 0x77 に変更できる（デフォルトは中央と右側のショートで 0x76）

また同様にその下の端子をショートすれば I2C（デフォルト）、開放なら SPI 接続となる。

尚、VOC（揮発性有機化合物）の測定も可能だ。

0（きれい空気）～ 500（汚れた空気）の範囲で測定してIAQセンサー（室内空気質センサー）として使用可能とホームページには載っていた。

またサンプルプログラムでは単位が ppm や mg/㎥ では無く、Kohms となっていたがこの単位の意味はちょっと分からなかった。

ざっくりと部屋の空気が汚れいている（いない）等を把握する分には良いのだと思う。

下記に BOSCH のデータシートに載っていたIAQの対応表を載せておく。

数値が大きいほど空気が汚れていると判断される。

M5Stick-C

以前に購入した M5Stick-C を使用した。

M5Stick-C は ESP32-PICO を搭載したスティック型の M5Stack社の製品だ。

詳細は以前の記事を参照して欲しい。

今、購入するのであれば M5Stick-C Plus になると思う。

配線図

M5Stick-C と BME680 との接続は以下の通り。

付属の GROVE ケーブルでそのまま挿せば接続できる。

※ コメントで指摘があったがBME680モジュールに5Vを供給するとSDA、SCL信号では3.84vが計測された。

「直ぐに壊れるか？」というと微妙な電圧だが、ご指摘の通り長期間使用するのであれば良くない接続だと思う。

このモジュールは3.3Vでも動作するので（GROVE端子での接続ではなくなってしまうが）M5StickCの 3.3V から電源供給をするのが良いと思う。

ライブラリーのインストール

事前に BME680 のライブラリーを Arduino IDE にインストールする。

BME680 のライブラリーは幾つか見つかったが、今回使用したモジュールが Seeed Studio Bazaar のモジュールだったので Seeed Studio の Githubよりダウンロードした。

こちらのページにアクセスして Code ー＞ Download ZIP で Seeed_BME680-master.zip をダウンロードする。

Arduino IDE を起動してスケッチ、ライブラリをインクルード、zip形式のライブラリをインストールで先程ダウンロードしたファイルを選択して BME680 のライブラリーをインストールする。

スケッチ

Github に載っていたサンプルプログラムをベースに簡単なスケッチを書いてみた。

ソースコード

/*
 * M5Stick-CでBME680のテスト
 * 測定結果をディスプレイに表示する
 * 
 * @author: Souichirou Kikuchi
 */

#include <M5StickC.h>
#include "seeed_bme680.h"

#define IIC_ADDR  uint8_t(0x76)

Seeed_BME680 bme680(IIC_ADDR); // IIC PROTOCOL

void setupM5StickC() {
    M5.begin();
    delay(10 * 1000); // 10秒待機
    setCpuFrequencyMhz(80); // CPU周波数80以上にしないと無線は使用できない
    M5.Axp.begin(false,false,false,false,true); // 省電力の為、DCDC3をオフ
    M5.Axp.ScreenBreath(10); // 画面の輝度を下げる
    M5.Lcd.setRotation(1); // LCDの方向を変える
    M5.Lcd.setTextSize(2); // フォントサイズを2にする
    M5.Lcd.setTextColor(WHITE, BLACK); // 文字を白、背景を黒
    M5.Lcd.setCursor(10, 10); // カーソル位置
}

void display(float temp, float humi, float pres, float gas) {
    // 温度、湿度、気圧、バッテリーの電圧をディスプレイに表示
    M5.Lcd.fillScreen(BLACK); // 一旦黒くクリア
    M5.Lcd.setCursor(0, 0); // カーソル位置
    M5.Lcd.printf("temp: %4.1f'C\r\n", temp);
    M5.Lcd.printf("humi:%4.1f%%\r\n", humi);
    M5.Lcd.printf("pres:%5.1fhPa\r\n", pres);
    M5.Lcd.printf("gas: %3.2f Kohms\r\n", gas);
}


void setup() {
    int cnt = 0; // 試行回数
    const int MAX_RETRY = 10; // 最大試行回数

    Serial.begin(115200);
    while (!Serial);
    M5.Lcd.println("Program start"); // プログラムスタート
    delay(100);
    setupM5StickC(); // M5Stick-C初期設定
    Wire.begin(); // I2Cの初期化

    while ((!bme680.init()) and (cnt < MAX_RETRY)) { // BME680の初期化
        M5.Lcd.println("BME680 init failed"); // 初期化失敗
        cnt++;
        delay(10000);
    }
    if (cnt < MAX_RETRY) { // BME680の初期化成功
        M5.Lcd.println("BME680 initialized");
    }
}

void loop() {
    float temp, humi, pres, gas;

    if (bme680.read_sensor_data()) {
        M5.Lcd.println("read error");
        return;
    }
    temp = bme680.sensor_result_value.temperature;
    humi = bme680.sensor_result_value.humidity;
    pres = bme680.sensor_result_value.pressure / 100.0; // hPaに変換
    gas = bme680.sensor_result_value.gas / 1000.0;
    display(temp, humi, pres, gas); // M5Stick-CのLCDに表示
    delay(5000);
}

コンパイル＆書き込み

パソコンと M5Stick-C を USB で接続すると新たな COMポートが現れるのでツールメニューで以下の設定を行った。

• ボード：M5Stick-C
• Upload Speed：115200
• シリアルポート：COM9（環境によって異なる）

Ctrl ＋ U でコンパイルをして実行プログラムがマイコンボードに書き込まれる。

動作確認

5秒間隔で温湿度、気圧、ガスを測定して M5Stick-C のモニターに表示されることが確認できた。

とりあえず部屋の中の空気の汚れは 50 以下なので Good！ だった。

今回は M5Stick-C の LCD に測定結果を表示しただけだがネットワークを通じて AWS IoT Core に送信したい場合などは以前の記事を参照して欲しい。

以上で今回の記事は終了とする。

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