ラズベリーパイにセンサーを接続し、温度/湿度/圧力をFlaskで取得する

# 目的
ラズベリーパイに温湿度圧力センサーを接続する。
Flaskを設定し、温度/湿度/圧力を取得できるようにする。

![Flask添付画像.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/502127/828acd83-753d-2960-8de8-bbf469a9bc2c.png)

# 実行環境
## ハード
* Raspberry Pi Zero W  
* AE-BME280(温湿度圧力センサー)
  * はんだ付けが必要
* ブレッドボード
* ジャンパワイヤー

## ソフト
* Raspbian 4.14  
(構築時はRaspbian Buster with desktop and recommended softwareでキッティング)
* Flask 0.12.1

# 温湿度センサー設定
## キッティング
ラズベリーパイとセンサーを接続する。
参考サイト：https://deviceplus.jp/hobby/raspberrypi_entry_039/

## 温度取得スクリプト

### 準備
必要に応じて、パッケージをインストールする。

```shell-session
# apt-get install i2c-tools
# apt-get python-smbus
```
### スクリプト作成の方針
元ネタのPythonスクリプトでは、温度/湿度/圧力を全て呼び出す1つのスクリプトでしたが、
Flaskで呼び出す都合上、温度/湿度/圧力/共通部分のスクリプトに分散しました。

温度取得を例にポイントをまとめます。

* temp_start関数で必要な関数を順次呼び出す
* readData関数は温度/湿度/圧力ごとに分散する
  * 全ての値が返ってきていたものを改修しました。(https://github.com/SWITCHSCIENCE/BME280/blob/master/Python27/bme280_sample.py#L61)
* 返り値として、温度を取得する(変数temp_result)
* 温度/湿度/圧力での共通処理はcommon.pyにまとめる

また、レジスタへのアクセスなどの処理は特に変更していません。

参考サイト：
https://github.com/SWITCHSCIENCE/BME280/blob/master/Python27/bme280_sample.py
http://akizukidenshi.com/download/ds/bosch/BST-BME280_DS001-10.pdf
http://akizukidenshi.com/download/ds/akizuki/AE-BME280_manu_v1.1.pdf

### スクリプト

```python:common.py
#coding: utf-8

from smbus import SMBus
import time

i2c_address = 0x76
bus_number  = 1
bus = SMBus(bus_number)

digT = []
digP = []
digH = []

t_fine = 0.0

def writeReg(reg_address, data):
    bus.write_byte_data(i2c_address, reg_address, data)

def get_calib_param():
    calib = []
    
    for i in range (0x88,0x88+24):
        calib.append(bus.read_byte_data(i2c_address,i))
    calib.append(bus.read_byte_data(i2c_address,0xA1))
    for i in range (0xE1,0xE1+7):
        calib.append(bus.read_byte_data(i2c_address,i))

    digT.append((calib[1] << 8) | calib[0])
    digT.append((calib[3] << 8) | calib[2])
    digT.append((calib[5] << 8) | calib[4])
    digP.append((calib[7] << 8) | calib[6])
    digP.append((calib[9] << 8) | calib[8])
    digP.append((calib[11]<< 8) | calib[10])
    digP.append((calib[13]<< 8) | calib[12])
    digP.append((calib[15]<< 8) | calib[14])
    digP.append((calib[17]<< 8) | calib[16])
    digP.append((calib[19]<< 8) | calib[18])
    digP.append((calib[21]<< 8) | calib[20])
    digP.append((calib[23]<< 8) | calib[22])
    digH.append( calib[24] )
    digH.append((calib[26]<< 8) | calib[25])
    digH.append( calib[27] )
    digH.append((calib[28]<< 4) | (0x0F & calib[29]))
    digH.append((calib[30]<< 4) | ((calib[29] >> 4) & 0x0F))
    digH.append( calib[31] )
    
    for i in range(1,2):
        if digT[i] & 0x8000:
            digT[i] = (-digT[i] ^ 0xFFFF) + 1

    for i in range(1,8):
        if digP[i] & 0x8000:
            digP[i] = (-digP[i] ^ 0xFFFF) + 1

    for i in range(0,6):
        if digH[i] & 0x8000:
            digH[i] = (-digH[i] ^ 0xFFFF) + 1

def compensate_P(adc_P):
    global  t_fine
    pressure = 0.0
    
    v1 = (t_fine / 2.0) - 64000.0
    v2 = (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 2048) * digP[5]
    v2 = v2 + ((v1 * digP[4]) * 2.0)
    v2 = (v2 / 4.0) + (digP[3] * 65536.0)
    v1 = (((digP[2] * (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 8192)) / 8)  + ((digP[1] * v1) / 2.0)) / 262144
    v1 = ((32768 + v1) * digP[0]) / 32768
    
    if v1 == 0:
        return 0
    pressure = ((1048576 - adc_P) - (v2 / 4096)) * 3125
    if pressure < 0x80000000:
        pressure = (pressure * 2.0) / v1
    else:
        pressure = (pressure / v1) * 2
    v1 = (digP[8] * (((pressure / 8.0) * (pressure / 8.0)) / 8192.0)) / 4096
    v2 = ((pressure / 4.0) * digP[7]) / 8192.0
    pressure = pressure + ((v1 + v2 + digP[6]) / 16.0)  

    return "pressure : %7.2f hPa" % (pressure / 100)
    
def compensate_T(adc_T):
    global t_fine
    v1 = (adc_T / 16384.0 - digT[0] / 1024.0) * digT[1]
    v2 = (adc_T / 131072.0 - digT[0] / 8192.0) * (adc_T / 131072.0 - digT[0] / 8192.0) * digT[2]
    t_fine = v1 + v2
    temperature = t_fine / 5120.0
    return "temp : %-6.2f " % (temperature)


def compensate_H(adc_H):
    global t_fine
    var_h = t_fine - 76800.0
    if var_h != 0:
        var_h = (adc_H - (digH[3] * 64.0 + digH[4]/16384.0 * var_h)) * (digH[1] / 65536.0 * (1.0 + digH[5] / 67108864.0 * var_h * (1.0 + digH[2] / 67108864.0 * var_h)))
    else:
        return 0
    var_h = var_h * (1.0 - digH[0] * var_h / 524288.0)
    if var_h > 100.0:
        var_h = 100.0
    elif var_h < 0.0:
        var_h = 0.0
    return "hum : %6.2f ％" % (var_h)

def setup():
    osrs_t = 1                  #Temperature oversampling x 1
    osrs_p = 1                  #Pressure oversampling x 1
    osrs_h = 1                  #Humidity oversampling x 1
    mode   = 3                  #Normal mode
    t_sb   = 5                  #Tstandby 1000ms
    filter = 0                  #Filter off
    spi3w_en = 0                        #3-wire SPI Disable

    ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode
    config_reg    = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en
    ctrl_hum_reg  = osrs_h

    writeReg(0xF2,ctrl_hum_reg)
    writeReg(0xF4,ctrl_meas_reg)
    writeReg(0xF5,config_reg)
```

```python:humidity.py
#coding: utf-8

from smbus import SMBus
from common import *
import time

def readData():
        data = []
        global hum_result
        for i in range (0xF7, 0xF7+8):
                data.append(bus.read_byte_data(i2c_address,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]

        hum_result = compensate_H(hum_raw)

def hum_start():
    setup()
    get_calib_param()
    readData()
    return hum_result

if __name__ == '__main__':
    try:
        readData()
    except KeyboardInterrupt:
        pass
```

```python:pressure.py
#coding: utf-8

from smbus import SMBus
from common import *
import time

def readData():
        data = []
        global press_result
        for i in range (0xF7, 0xF7+8):
                data.append(bus.read_byte_data(i2c_address,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]

        press_result = compensate_P(pres_raw)

def press_start():
    setup()
    get_calib_param()
    readData()
    return press_result

if __name__ == '__main__':
    try:
        readData()
    except KeyboardInterrupt:
        pass
```

```python:temperature.py
#coding: utf-8

from smbus import SMBus
from common import *
import time

def readData():
        data = []
        global temp_result
        for i in range (0xF7, 0xF7+8):
                data.append(bus.read_byte_data(i2c_address,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]

        temp_result = compensate_T(temp_raw)

def temp_start():
    setup()
    get_calib_param()
    readData()
    return temp_result

if __name__ == '__main__':
    try:
        readData()
    except KeyboardInterrupt:
        pass
```

# Flask設定
Flaskドキュメント：https://a2c.bitbucket.io/flask/

## アプリケーション作成

```python:flask_start.py
from flask import Flask
from pressure import *
from humidity import *
from temperature import *
app = Flask(__name__)

@app.route('/temp')
def temp_check():
    return temp_start()

@app.route('/press')
def press_check():
    return press_start()

@app.route('/hum')
def hum_check():
    return hum_start()

if __name__ == '__main__':
    app.run(host='0.0.0.0', port=80, debug=True)
```

## 実行

```shell-session
# python flask_start.py

(バックグランド処理の場合)
# python flask_start.py > /dev/null 2>&1 &
```

## 動作確認
IPアドレスを確認する。

```
# ip addr
```

ブラウザでアクセスし、値が画面に表示されることを確認する。

```:URL
http://IPアドレス:80/temp  # 温度
http://IPアドレス:80/hum   # 湿度
http://IPアドレス:80/press # 圧力
```