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Using I2C on Ubuntu Server 20.04 Raspberry Pi 4

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Jul 10th, 2020
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  1. Ubuntu Server 20.04のRaspberry Pi 4でI2Cデバイスを使えるようにして
  2. 気温、湿度、気圧のセンサーBME280を使ってみたいと思います
  3.  
  4. １．I2Cのモジュールがあるか確認する
  5.  
  6. $ find /lib/modules -name *i2c*bcm*
  7. /lib/modules/5.4.0-1008-raspi/kernel/drivers/i2c/busses/i2c-bcm2708.ko
  8. /lib/modules/5.4.0-1011-raspi/kernel/drivers/i2c/busses/i2c-bcm2708.ko
  9. /lib/modules/5.4.0-1012-raspi/kernel/drivers/i2c/busses/i2c-bcm2708.ko
  10.  
  11. moduleが見つかればI2Cが使えると思われます
  12.  
  13. ２．試しにmoduleを読み込んでみる
  14.  
  15. $ sudo modprobe i2c-bcm2708
  16.  
  17. $ ls /dev/i2c*
  18. でI2Cデバイスが出来てるか確認する
  19.  
  20. /dev/i2c-1
  21. ができていればI2Cが使えます
  22.  
  23.  
  24. ３．/etc/modulesにi2c-bcm2708を追加する
  25.  
  26. $ sudo vi /etc/modules
  27.  
  28. i2c-bcm2708
  29.  
  30. を追加
  31.  
  32.  
  33. ４．i2cグループを作成し、i2cグループに自分が使っているユーザ名を追加
  34.  
  35. $ sudo groupadd i2c
  36. $ sudo gpasswd -a ユーザ名 i2c
  37.  
  38. 例：sudo gpasswd -a ubuntu i2c
  39. この例だとi2cグループにubuntuというユーザ名を追加してます
  40.  
  41. 必ずi2cグループに使いたいユーザ名を追加してください
  42. 追加しないとi2cデバイスのアクセス権がないのでI2Cデバイスが使えません
  43.  
  44.  
  45.  
  46. ５．Raspberry Pi 4を再起動する
  47.  
  48.  
  49.  
  50. ６．lsmodでi2c-bcm2708が読み込まれてるか確認する
  51.  
  52. $ lsmod
  53.  
  54. Module　　　　　　　　　Size　Used by
  55. i2c_bcm2708 20480 0
  56. ppdev 24576 0
  57. lp 24576 0
  58. drm 569344 0
  59.  
  60.  
  61. 一覧の中にi2c_bcm2708があることを確認する
  62.  
  63.  
  64. $ ls /dev/i2c*
  65. でI2Cデバイスが出来てるか確認する
  66.  
  67. /dev/i2c-1
  68.  
  69. ができていればOK
  70.  
  71.  
  72.  
  73.  
  74. Raspberry Pi 4でI2Cを使うようにする設定は以上で終りです
  75.  
  76. 以後、Raspberry Pi 4にBME280を接続し、動作させる設定を解説します
  77.  
  78.  
  79.  
  80.  
  81. ７．Raspberry Pi 4の電源を切り、I2Cデバイスを接続する
  82.  
  83. Raspberry PiのI2Cのピンはこんな感じです
  84. https://www.raspberrypi.org/documentation/usage/gpio/images/GPIO-Pinout-Diagram-2.png
  85.  
  86.  
  87. BME280搭載　温湿度・気圧センサモジュール
  88. https://www.switch-science.com/catalog/2236/
  89. こちらの場合
  90. BME280のSDIをRaspberry PiのGPIO2に接続します(SDA)
  91. BME280のSCKをRaspberry PiのGPIO3に接続します(SCL)
  92. BME280のVIOをRaspberry Piの+3.3Vに接続します
  93. BME280のVcoreをRaspberry Piの+3.3Vに接続します
  94. BME280のGNDをRaspberry PiのGNDに接続します
  95. BME280のCSBをBME280のVioに接続します
  96. BME280のSDOをGNDに接続します(アドレス選択GNDに接続すると0x76、3.3Vに接続すると0x77)
  97.  
  98. ＢＭＥ２８０使用　温湿度・気圧センサモジュールキット
  99. http://akizukidenshi.com/catalog/g/gK-09421/
  100. こちらの場合
  101. BME280のSDIをRaspberry PiのGPIO2に接続します(SDA)
  102. BME280のSCKをRaspberry PiのGPIO3に接続します(SCL)
  103. BME280のVDDをRaspberry Piの+3.3Vに接続します
  104. BME280のGNDをRaspberry PiのGNDに接続します
  105. BME280のCSBをBME280のVDDに接続します
  106. BME280のSDOをGNDに接続します(アドレス選択：GNDに接続すると0x76、3.3Vに接続すると0x77)
  107. J1、J2、J3はショートしなくても大丈夫です
  108. J3をショートしなくてもCSBをVDDに接続すればI2C接続になります
  109.  
  110. 注：Raspberry PiのI2Cはプルアップされてるため、プルアップ抵抗は必要ありません。
  111.  
  112.  
  113.  
  114. ８．i2c-toolsを入れる
  115.  
  116. sudo apt-get -y install i2c-tools
  117.  
  118.  
  119. ９．ls -l /dev/i2c*でI2Cデバイスがあるか確認
  120.  
  121. $ ls -l /dev/i2c*
  122.  
  123. crw-rw---- 1 root i2c 89, 1 12月 27 16:39 /dev/i2c-1
  124.  
  125. /dev/i2c-1の場合はbusnum=1になる
  126.  
  127.  
  128. １０．i2cdetectで接続されているI2Cデバイスのアドレスを確認する
  129. $ i2cdetect -y 1
  130.  
  131. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
  132. 00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  133. 10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  134. 20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  135. 30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  136. 40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  137. 50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  138. 60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
  139. 70: -- -- -- -- -- -- 76 --
  140.  
  141. これでbusnum=1のI2Cに接続されているI2CデバイスのI2Cのアドレスがわかります
  142. (busnumとI2Cのアドレスは後で使います)
  143. この例の場合だとI2Cのアドレスは0x76になります
  144.  
  145.  
  146. １１．Adafruit_Python_PureIOを入れる
  147. https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_PureIO
  148.  
  149. $ sudo pip3 install RPi.GPIO
  150. $ sudo pip3 install Adafruit-PureIO
  151.  
  152. pip3が入ってない場合はsudo apt install python3-pipで入れてください
  153.  
  154.  
  155. １２．Adafruit_Python_GPIOを入れる
  156. https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO
  157.  
  158. $ sudo apt-get update
  159. $ sudo apt-get install build-essential python3-pip python3-dev python3-smbus git
  160. $ git clone https://github.com/adafruit/Adafruit_Python_GPIO.git
  161. $ cd Adafruit_Python_GPIO
  162. $ sudo python3 setup.py install
  163.  
  164.  
  165.  
  166. これでI2Cの設定、必要なライブラリのインストールは終了です
  167.  
  168.  
  169.  
  170.  
  171.  
  172. https://github.com/SWITCHSCIENCE/BME280
  173. ここのスイッチサイエンスのサンプルコードをPython3で使えるように改変してみました
  174.  
  175. test_bme280.pyという名前で下記の内容でファイルを作成
  176.  
  177.  
  178.  
  179.  
  180.  
  181. #coding: utf-8
  182.  
  183. from smbus import SMBus
  184. import time
  185.  
  186.  
  187.  
  188. bus_number = 1
  189. i2c_address = 0x76
  190.  
  191.  
  192. class bme280_class:
  193.  
  194. def __init__(self, bus_number, i2c_address):
  195. self.bus_number = bus_number
  196. self.i2c_address = i2c_address
  197. self.bus = SMBus(self.bus_number)
  198.  
  199. self.digT = []
  200. self.digP = []
  201. self.digH = []
  202.  
  203. self.t_fine = 0.0
  204.  
  205. self.setup()
  206. self.get_calib_param()
  207.  
  208.  
  209. def writeReg(self, reg_address, data):
  210. self.bus.write_byte_data(self.i2c_address,reg_address,data)
  211.  
  212. def get_calib_param(self):
  213. calib = []
  214.  
  215. for i in range (0x88,0x88+24):
  216. calib.append(self.bus.read_byte_data(self.i2c_address,i))
  217. calib.append(self.bus.read_byte_data(self.i2c_address,0xA1))
  218. for i in range (0xE1,0xE1+7):
  219. calib.append(self.bus.read_byte_data(self.i2c_address,i))
  220.  
  221. self.digT.append((calib[1] << 8) | calib[0])
  222. self.digT.append((calib[3] << 8) | calib[2])
  223. self.digT.append((calib[5] << 8) | calib[4])
  224. self.digP.append((calib[7] << 8) | calib[6])
  225. self.digP.append((calib[9] << 8) | calib[8])
  226. self.digP.append((calib[11]<< 8) | calib[10])
  227. self.digP.append((calib[13]<< 8) | calib[12])
  228. self.digP.append((calib[15]<< 8) | calib[14])
  229. self.digP.append((calib[17]<< 8) | calib[16])
  230. self.digP.append((calib[19]<< 8) | calib[18])
  231. self.digP.append((calib[21]<< 8) | calib[20])
  232. self.digP.append((calib[23]<< 8) | calib[22])
  233. self.digH.append( calib[24] )
  234. self.digH.append((calib[26]<< 8) | calib[25])
  235. self.digH.append( calib[27] )
  236. self.digH.append((calib[28]<< 4) | (0x0F & calib[29]))
  237. self.digH.append((calib[30]<< 4) | ((calib[29] >> 4) & 0x0F))
  238. self.digH.append( calib[31] )
  239.  
  240. for i in range(1,2):
  241. if self.digT[i] & 0x8000:
  242. self.digT[i] = (-self.digT[i] ^ 0xFFFF) + 1
  243.  
  244. for i in range(1,8):
  245. if self.digP[i] & 0x8000:
  246. self.digP[i] = (-self.digP[i] ^ 0xFFFF) + 1
  247.  
  248. for i in range(0,6):
  249. if self.digH[i] & 0x8000:
  250. self.digH[i] = (-self.digH[i] ^ 0xFFFF) + 1
  251.  
  252. def readData(self):
  253. data = []
  254. for i in range (0xF7, 0xF7+8):
  255. data.append(self.bus.read_byte_data(self.i2c_address,i))
  256. pres_raw = (data[0] << 12) | (data[1] << 4) | (data[2] >> 4)
  257. temp_raw = (data[3] << 12) | (data[4] << 4) | (data[5] >> 4)
  258. hum_raw = (data[6] << 8) | data[7]
  259.  
  260. temperature = self.compensate_T(temp_raw)
  261. pressure = self.compensate_P(pres_raw)
  262. var_h = self.compensate_H(hum_raw)
  263.  
  264. return temperature, pressure, var_h
  265.  
  266. def compensate_P(self, adc_P):
  267. pressure = 0.0
  268.  
  269. v1 = (self.t_fine / 2.0) - 64000.0
  270. v2 = (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 2048) * self.digP[5]
  271. v2 = v2 + ((v1 * self.digP[4]) * 2.0)
  272. v2 = (v2 / 4.0) + (self.digP[3] * 65536.0)
  273. v1 = (((self.digP[2] * (((v1 / 4.0) * (v1 / 4.0)) / 8192)) / 8) + ((self.digP[1] * v1) / 2.0)) / 262144
  274. v1 = ((32768 + v1) * self.digP[0]) / 32768
  275.  
  276. if v1 == 0:
  277. return 0
  278. pressure = ((1048576 - adc_P) - (v2 / 4096)) * 3125
  279. if pressure < 0x80000000:
  280. pressure = (pressure * 2.0) / v1
  281. else:
  282. pressure = (pressure / v1) * 2
  283. v1 = (self.digP[8] * (((pressure / 8.0) * (pressure / 8.0)) / 8192.0)) / 4096
  284. v2 = ((pressure / 4.0) * self.digP[7]) / 8192.0
  285. pressure = pressure + ((v1 + v2 + self.digP[6]) / 16.0)
  286.  
  287. #print ("pressure : %7.2f hPa" % (pressure/100))
  288. return pressure
  289.  
  290. def compensate_T(self, adc_T):
  291. v1 = (adc_T / 16384.0 - self.digT[0] / 1024.0) * self.digT[1]
  292. v2 = (adc_T / 131072.0 - self.digT[0] / 8192.0) * (adc_T / 131072.0 - self.digT[0] / 8192.0) * self.digT[2]
  293. self.t_fine = v1 + v2
  294. temperature = self.t_fine / 5120.0
  295. #print ("temp : %-6.2f ℃" % (temperature))
  296. return temperature
  297.  
  298. def compensate_H(self, adc_H):
  299. var_h = self.t_fine - 76800.0
  300. if var_h != 0:
  301. var_h = (adc_H - (self.digH[3] * 64.0 + self.digH[4]/16384.0 * var_h)) * (self.digH[1] / 65536.0 * (1.0 + self.digH[5] / 67108864.0 * var_h * (1.0 + self.digH[2] / 67108864.0 * var_h)))
  302. else:
  303. return 0
  304. var_h = var_h * (1.0 - self.digH[0] * var_h / 524288.0)
  305. if var_h > 100.0:
  306. var_h = 100.0
  307. elif var_h < 0.0:
  308. var_h = 0.0
  309. #print ("hum : %6.2f ％" % (var_h))
  310. return var_h
  311.  
  312.  
  313. def setup(self):
  314. osrs_t = 1 #Temperature oversampling x 1
  315. osrs_p = 1 #Pressure oversampling x 1
  316. osrs_h = 1 #Humidity oversampling x 1
  317. mode = 3 #Normal mode
  318. t_sb = 5 #Tstandby 1000ms
  319. filter = 0 #Filter off
  320. spi3w_en = 0 #3-wire SPI Disable
  321.  
  322. ctrl_meas_reg = (osrs_t << 5) | (osrs_p << 2) | mode
  323. config_reg = (t_sb << 5) | (filter << 2) | spi3w_en
  324. ctrl_hum_reg = osrs_h
  325.  
  326. self.writeReg(0xF2,ctrl_hum_reg)
  327. self.writeReg(0xF4,ctrl_meas_reg)
  328. self.writeReg(0xF5,config_reg)
  329.  
  330.  
  331.  
  332. if __name__ == '__main__':
  333. bme280_01 = bme280_class(bus_number, i2c_address)
  334. while True:
  335. try:
  336. temperature, pressure, var_h = bme280_01.readData()
  337. except KeyboardInterrupt:
  338. pass
  339. print ("pressure : %7.2f hPa" % (pressure / 100))
  340. print ("temp : %-6.2f ℃" % (temperature))
  341. print ("hum : %6.2f ％" % (var_h))
  342.  
  343. time.sleep(5)
  344.  
  345.  
  346.  
  347.  
  348.  
  349.  
  350.  
  351.  
  352.  
  353.  
  354.  
  355.  
  356.  
  357.  
  358.  
  359.  
  360. 実行
  361. python3 test_bme280.py
  362.  
  363. 注意：４．のi2cグループへのユーザ名の追加をしてないとエラーになります。
  364.  
  365. bus_number = 1
  366. i2c_address = 0x76
  367. の部分のbus_number = 1は９．で調べたバス番号になります
  368. /dev/i2c-1
  369. の場合はbusnum=1になります。
  370. i2c_addressは１０．で確認したI2Cのアドレスになります。
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