Raspberry で気温と湿度を監視しよう（BME280）

[Raspberry で気温と湿度を監視しよう（DHT11）](https://qiita.com/MasahiroShouya/items/56e9fa9f1a2e7969b27a)　にて、メジャーな温湿度計を使って、DBデータ（Postgres）構築から、一覧の表示（Streamlit）まで実装してみました。
今回は、少し精度の高い温湿度計（気圧も取得可能）を使った資料を作成してみようと思います。

**今回の目標**
BME280で取得した温度・湿度・気圧を、データベース（Postgres）に記録し、照会する機能（Streamlit）を準備します。
機能概略としては、前回の [Raspberry で気温と湿度を監視しよう（DHT11）](https://qiita.com/MasahiroShouya/items/56e9fa9f1a2e7969b27a) と同じで、センサーとセンサー制御のプログラムが変わる程度です。（前回資料を流用します）

**利用する機材**
① BME280　（Amazonでも手に入りますが、BMP280と間違えないように気を付けましょう）
② ジャンパー線６本　（メス・メス）

**BME280**
はんだ付け済の状態と、自分ではんだ付けする物とあるので、はんだ付けに自信の無い方は、慎重に選択しましょう。また、Amazon等で購入する場合、BMPなのか、BMEなのか、あいまいな表記が多いので、購入する時は注意しましょう。（BMPの場合、湿度が取れません）
DHT11 に比べると精度も良く、気圧も拾える優れものです。更に精度の高い機材もありますが、実際に測定してみると悩む事が…
測定場所や環境の話ですが、地熱や直射日光の影響を受けますし、Raspberryの熱もあるため、正しく測定する難しさを痛感します…

**機材の準備**
Raspberry Pi OS は Lite を利用します。
基本的な環境の準備は、前回の[Raspberry で気温と湿度を監視しよう（DHT11）](https://qiita.com/MasahiroShouya/items/56e9fa9f1a2e7969b27a) と同じです。
（前回、BME280の為に、**気圧**の項目をテーブルに準備してましたぁ）
で、配線するのですが、BME280については、色々な仕様で販売されているので、注意してください。
VCC（電源）ですが、5vと3.3vのどちらかになりますが、データシートを確認しましょう。（私は3.3vだったので1番ピン）
他に必ずあるピンは、SDA（3番ピン）、SCL（5番ピン）、GND（9番ピン）で接続しました。
更に、仕様次第ですが、もう２ピンぐらいある仕様もありそうです。
（利用するとすれば、17番ピンの3.3vのVCCと、14番ピンのGND辺りが巷で良く使われているようです）
気を付けて接続しましょう。

**Raspberry PI の準備**
① BME280では、I2Cを利用するので、有効化しましょう。
sudo raspi-config　（設定画面を起動）
3 Interface Options　（インタフェースオプションを変更します）
I5 I2C　（YesでI2Cを有効化）
② I2Cで利用されているアドレスを確認します。
sudo apt-get install i2c-tools
i2cdetect -y 1　
おそらく76か77という数字が見えているはずです　（BME280の仕様や接続方法で変わるようです）
この数字は、後工程のプログラムで利用するので覚えておきましょう。

**Python の準備**
仮想環境を起動して必要なモジュールをインストールします。
source /test/venv/bin/activate　（仮想環境起動）
pip3 install smbus2
プログラムは、スイッチサイエンスさんのサンプルプログラムを使ってみようと思います。
cd /test/DHT11_Python　（前回のDHT11のディレクトリを利用します）
wget https://raw.githubusercontent.com/SWITCHSCIENCE/BME280/a43306ece7e17f3009748599e1ca4d0160729559/Python27/bme280_sample.py
このままPython3の仮想（venv）では動かせない（サンプルはPython2）ので、修正が必要です。
主には、smbus2へ差し替えと、print命令の修正となります。
他に、今回はデータをデータベースへ蓄積するので、そのプログラムを追加します。一応、サンプルプログラムをコピーして作成しましょう。
cp bme280_sample.py bme280.py
```diff_python:bme280.py
#coding: utf-8

import smbus2      # smbus2に変更
import time
import db          # データベースへ挿入する為追加
import datetime    # 日時情報をデータベースへ挿入する為追加

bus_number  = 1
i2c_address = 0x76 # I2Cのアドレス情報です
bus = smbus2.SMBus(bus_number)   # smbus2に変更
dtCtrl = db.Ses()  # データベースへ挿入する為追加

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 readData():
        data = []
        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]

        wPres = 0.0              # データベースへ挿入する為追加
        wTemp = 0.0              # データベースへ挿入する為追加
        eHume = 0.0              # データベースへ挿入する為追加
        wTemp = compensate_T(temp_raw)      # データベースへ挿入する為変更
        wPres = compensate_P(pres_raw)      # データベースへ挿入する為変更
        wHume = compensate_H(hum_raw)       # データベースへ挿入する為変更
        newDt = db.t_data(       # データベースへ挿入する為追加
            kizai='BME280',      # データベースへ挿入する為追加
            nitiji=datetime.datetime.now(), # データベースへ挿入する為追加
            ondo=wTemp,          # データベースへ挿入する為追加
            situdo=wHume,        # データベースへ挿入する為追加
            kiatu=wPres          # データベースへ挿入する為追加
        )                        # データベースへ挿入する為追加
        dtCtrl.add(newDt)        # データベースへ挿入する為追加
        dtCtrl.commit()          # データベースへ挿入する為追加
        dtCtrl.close()           # データベースへ挿入する為追加

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)
        print("pressure : %7.2f hPa" % (pressure/100))      # Python3対応
        return round(pressure/100, 2)         # データベースへ挿入する為追加

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
        print("temp : %-6.2f ℃" % (temperature))          # Python3対応
        return round(temperature, 2)        # データベースへ挿入する為追加

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
        print("hum : %6.2f ％" % (var_h))          # Python3対応
        return round(var_h, 2)      # データベースへ挿入する為追加

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)

setup()
get_calib_param()

if __name__ == '__main__':
        try:
                readData()
        except KeyboardInterrupt:
                pass
```
サンプルプログラムをそのままに、必要な処理を少し足した程度です。
後は１分間隔で実行する設定も、前回の[Raspberry で気温と湿度を監視しよう（DHT11）](https://qiita.com/MasahiroShouya/items/56e9fa9f1a2e7969b27a)を参考に設定します。
sudo crontab -e
```diff_conf:cron
* * * * * /bin/bash -c 'source /test/venv/bin/activate && python /test/DHT11_Python/bme280.py'
```
表示するためのstreamlitも用意します。
vi gra280.py
```diff_python:gra280.py
import streamlit as st
from sqlalchemy import create_engine, select, text

# PostgreSQLへの接続設定
engine = create_engine('postgresql://flask1:パスワード@localhost:5432/flask1')

# データの取得
with engine.connect() as conn:
    stmt = select('*').select_from(text('t_data')).where(text("kizai = 'BME280'"))
    result = conn.execute(stmt)
    data = result.fetchall()

# データフレームに変換
import pandas as pd
df = pd.DataFrame(data, columns=['器具', '日時', '温度', '湿度', '気圧'])
df['日時'] = pd.to_datetime(df['日時'])
df.set_index('日時', inplace=True)
df['温度'] = df['温度'].astype(float)
df['湿度'] = df['湿度'].astype(float)
df['気圧'] = df['気圧'].astype(float)

# Streamlitで表示
st.title('温度・湿度・気圧')
st.dataframe(df)
```
プログラムが完成したらテスト確認しましょう。
（仮想環境のまま）streamlit run gra280.py　（streamlitが実行されます）
その後、パソコンより「http://（RaspberryのIPアドレス）:8501」へアクセスします。
データシートが表示されれば終了です。
streamlitのサービス起動などは、前回の[Raspberry で気温と湿度を監視しよう（DHT11）](https://qiita.com/MasahiroShouya/items/56e9fa9f1a2e7969b27a)を参考に設定してください。
お疲れさまでした～。