#!/usr/bin/env python
# coding: utf-8

# オリジナルの作成：2015/04/29

# # 12-気温・気圧・湿度を測ってみる
# ## 1個で気温、湿度、気圧が測れる便利なモジュールBME280
# スイッチサイエンスが販売しているBME280搭載　温湿度・気圧センサモジュールは、 1個のチップで気温、湿度、気圧が測れる便利なセンサーをブレッドボードでも使えるモジュールです。 Arduinoでの使い方も以下のページの「使い方」に紹介されています。
# 
# - https://www.switch-science.com/catalog/2236/
# 
# 今回は、mbedの普及に努めている渡會さんが、BME280モジュールをmbedで使えるライブラリーを公開されたので、 これをlbeDuinoに移植してみました。
# 
# - https://developer.mbed.org/users/MACRUM/code/BME280/
# 
# <img src="images/12/Run_BME280Shield.png" width="400" />
# 

# ### BME280シールドの作成 
# BME280とlbeDuinoとの接続は、渡會さんの資料を参考に以下の様に結線しました。
# 
#  | lbeDuino	 | BME280 | 
#  |---|---|
#  | GND	 | 1, 5(SDO, GND) | 
#  | 3.3V	 | 4, 6, 7(GSB, Vcore, Vio) | 
#  | D8(SDA)	 | 3(SDI) I2CではSDA | 
#  | D9(SCL)	 | 2(SCK) I2CではSCL | 
#  
#  今回も テクノペン を使って秋月の両面基板上に回路を描いています。
#  
#  <img src="images/12/MBE280_Shield_brd.png" width=400 />
#  
#  出来上がったMBE280シールドは、以下の様になります。
#  
#   <img src="images/12/BME280Shield.png" width=400 />

# ## ライブラリーの移植
# lbedは、mbedのインタフェースに合わせているので、ライブラリーの移植はインクルードファイルを mbed.hからlbed.hに変え、setup関数を追加するだけで良いのですが、そのままコンパイルするとサイズオーバーで、 LPC1114FNベースのlbeDuinoには載りませんでした。
# 
# そこで、i2cのポインタを止めて、デストラクターを削除して、コンストラクターもsda, sclを使用するものに修正しました。
# 
# ```C++
#     // メソッドの修正部分
#     BME280(PinName sda, PinName sck, char slave_adr = DEFAULT_SLAVE_ADDRESS);
#     void setup();
# 
#     // メンバ変数の修正部分（ポインタ部分を削除）
#     I2C         i2c;
# ```

# ### スケッチ
# I2cLCDシールドを上に載せたテスト用のスケッチ（プログラム）は、渡會さんのmain関数を参考に以下の様にしました。
# 
# ```C++
# #include "lbed.h"
# #include "AQCM0802.h"
# #include "BME280.h"
# 
# // D13番ピンにLEDを接続
# DigitalOut     led(D13);
# // D8番ピンSDA, D9番ピンSCL
# AQCM0802     lcd(D8, D9);
# BME280          sensor(D8, D9);
# 
# // タクトスイッチ
# DigitalIn     sw1(D2);
# DigitalIn     sw2(D3);
# 
# int          last_mode = 0;
# char     degree = 0xdf;
# void setup() {
#      sw1.mode(PullUp);
#      sw2.mode(PullUp);
#      lcd.setup();
#      sensor.setup();
#      lcd.locate(0, 0); lcd.print("BME280");
#      lcd.locate(0, 1); lcd.print("Demo");
#      wait_ms(2000);
# }
# 
# void loop() {
#      led = ! led;
#     if (sw1 == 1) {
#         if (last_mode == 0)
#             lcd.cls();
#         lcd.locate(0, 0);
#         lcd.print(sensor.getTemperature(), 2);
#         lcd.print(degree); lcd.print("C");
#         lcd.locate(0, 1);
#         lcd.print(sensor.getHumidity(), 2); lcd.print("%");
#         last_mode = 1;
#     }
#     else {
#         if (last_mode == 1)
#             lcd.cls();
#         lcd.locate(0, 0);
#         lcd.print(sensor.getTemperature(), 2);
#         lcd.print(degree); lcd.print("C");
#         lcd.locate(0, 1);
#         lcd.print(sensor.getPressure(), 2); lcd.print("hPa");
#         last_mode = 0;
#     }
#     wait_ms(1000);
# }
# ```

# ## Arduino3.3V版への移植
# lbeDuinoは、Arduino3.3V版でも同じように動くことを売りにしているので、 出来上がったBME280のライブラリをArduino版に入れて実行したところ、 湿度を除いて、気温、気圧の値がまったく違ってでてきました。
# 
# ### mbedからArduino3.3Vへのライブラリの移植の注意点
# mbedは、ARMの32bitマイコンを使っているのに対し、Arduinoは、AVRの8bitのAtmega328Pを使っています。
# 
# ここで、注意が必要なのがintの評価をするときに、16bitでするか32bitで行うかという点です。 BME280では、気温と気圧は3バイトで返されるため、32bitのlongタイプが必要になります。
# 
# スイッチサイエンスで公開されているArduino版の温度センサーの処理は、以下の様になっています。 データの取り込み部分readData()では、Wire.read()で取り込んだ1バイトのデータをuint32_tのdataの配列に セットしています。これで、temp_rawに32bitのデータが正しくセットされます。
# 
# ```C++
# void readData()
# {
#     int i = 0;
#     uint32_t data[8];
#     Wire.beginTransmission(BME280_ADDRESS);
#     Wire.write(0xF7);
#     Wire.endTransmission();
#     Wire.requestFrom(BME280_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];
# }
# ```
# 
# 次に温度に変換するcalibration_Tを見てみると、dig_T1, dig_T2, dig_T3に対して(signed long int)等のキャストが 執拗に施されています。ここが8bitマイコンで32bitデータを扱うときに注意が必要な部分なのです。
# 
# ```C++
# signed long int calibration_T(signed long int adc_T)
# {
#     
#     signed long int var1, var2, T;
#     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; 
# ```
# 
# 渡會さんのgetTemperatureでは、32bitマイコンなので、char cmdの配列をそのまま12bitシフトしても 問題なく、temp_rawにセットされ、dig_T1, dig_T2, dig_T3へのキャストも不要です。
# 
# ```C++
# float BME280::getTemperature()
# {
#     uint32_t temp_raw;
#     float tempf;
#     char cmd[4];
#  
#     cmd[0] = 0xfa; // temp_msb
#     i2c.write(address, cmd, 1);
#     i2c.read(address, &cmd[1], 1);
#  
#     cmd[0] = 0xfb; // temp_lsb
#     i2c.write(address, cmd, 1);
#     i2c.read(address, &cmd[2], 1);
#  
#     cmd[0] = 0xfc; // temp_xlsb
#     i2c.write(address, cmd, 1);
#     i2c.read(address, &cmd[3], 1);
#  
#     temp_raw = (cmd[1] << 12) | (cmd[2] << 4) | (cmd[3] >> 4);
#  
#     int32_t temp;
#  
#     temp =
#         (((((temp_raw >> 3) - (dig_T1 << 1))) * dig_T2) >> 11) +
#         ((((((temp_raw >> 4) - dig_T1) * ((temp_raw >> 4) - dig_T1)) >> 12) * dig_T3) >> 14);
#  
#     t_fine = temp;
#     temp = (temp * 5 + 128) >> 8;
#     tempf = (float)temp;
#  
#     return (tempf/100.0f);
# }
# ```
# 
# そこで、lbeDuinoのArduino3.3V版では、以下の様に修正しました。読み込んだcmdをuint32_tのdataにコピーし、 キャストもArduino版と同じように入れています。
# 
# ```C++
#  // Arduino版は、intが16bitなので、キャストがうまく処理できないので、領域を割り当て計算する。
#     uint32_t data[4];
#     for (int i = 0; i < 4; i++) data[i] = (uint8_t)cmd[i];
#     temp_raw = (data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4);
# 
#     int32_t var1, var2, temp;
# 
#     // Arduino版では、キャストを追加
#     var1 = ((((temp_raw >> 3) - ((int32_t)dig_T1 << 1))) * ((int32_t)dig_T2)) >> 11;
#     var2 = (((((temp_raw >> 4) - ((int32_t)dig_T1)) * ((temp_raw >> 4) - ((int32_t)dig_T1))) >> 12) * ((int32_t)dig_T3)) >> 14;
# ```

# ### Arduino3.3V版でBME280シールドを動かしてみる
# BME280ライブラリが修正でき、最初のスケッチがArduino3.3V版でも無事動作するようになりました。
# (ちょっと分かりづらいですが、一番下にArduino3.3V版と変換シールドを載せ、BME280シールド、I2cLCDシールドを載せています)
# 
# <img src="images/12/Arduino_BME280.png" width="400" />