【Python + PHP】 Raspberry Piで気温・湿度・気圧モニターを作る

　以前使っていたセンサーモジュール AE-BME280 が手元にあったので、ネットワーク内から簡単に参照できるようにしてみました。

　検証環境

　・Raspberry Pi 2　Model B
　・Raspbian Jessie Lite　January 2017
　・Apache 2.4.10
　・PHP 5.6.29
　・Python 2.7.9

　準備

　必要となるパッケージをインストールします。

$ sudo aptitude update
$ sudo apt-get install i2c-tools python-smbus apache2 php5

　ちなみに、なぜPython単体ではなくApacheとPHPを使用するかですが、単にPythonでWebホストする方法がわからなかっただけです。
　なのでセキュリティはガバガバです。あらかじめご了承ください。
　ローカル向けなのでポート開放をしてはいけない(戒め)

　センサーの接続

　http://deviceplus.jp/hobby/raspberrypi_entry_039/
　こ↑こ↓ を参考にRaspberry Piに接続します。

　Python側

　上記URL内のサンプルコードを少しいじっただけです。Python ﾜｯｶﾘﾏｾｰﾝ

bme280.py

#coding: utf-8

import smbus
import time

bus_number  = 1
i2c_address = 0x76

bus = smbus.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 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]

  return [compensate_T(temp_raw), compensate_H(hum_raw), compensate_P(pres_raw)]

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;

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 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 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)

now.py

# coding: utf_8

import bme280 as bme

bme.setup()
bme.get_calib_param()
data = bme.readData()

print str(data[0]) + "," + str(data[1]) + "," + str(data[2] / 100)

　now.py の出力部分については、各数値をコンマ区切り（気温,湿度,気圧）で出力しています。
　また、気圧はPaで出力されるので100で割ってhPaにしています。

　sudo の壁

　このPythonプログラム、実行しようとするとsudo権限が必要になります。よって
　sudo python now.py と実行するわけですが、PHPのexec()からsudo使えません。
　なのでsudoers変えちゃいましょう。（セキュリティ？知らない子ですねぇ。）
　以下の行を追記します。

/etc/sudoers

www-data ALL=(root) NOPASSWD: ALL

　PHP 側

　あとはPython呼び出すだけです。
　適当にデザインしました。

index.php

<?php $data = explode(",", exec("sudo python now.py")); ?>
<!DOCTYPE html>
<html lang="ja">
  <head>
    <meta charset="utf-8">
    <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge">
    <meta name="viewport" content="width=device-width, initial-scale=1">
    <title>Temp Monitor</title>
    <link rel="stylesheet" href="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/3.3.7/css/bootstrap.min.css">
    <link rel="stylesheet" href="css/font-awesome.min.css">
    <link rel="stylesheet" href="css/style.css">
  </head>
  <body>
    <div class="container">
      <div class="row">
        <div class="col-md-4" align="center" style="padding: 20px 10px">
          <h2><i class="fa fa-thermometer-three-quarters"></i></h2>
          <span class="num-large"><?= substr($data[0], 0, 2) ?></span>
          <span class="num-small"><?= substr($data[0], 2, 3) ?> ℃</span>
        </div>
        <div class="col-md-4" align="center" style="padding: 20px 10px">
          <h2><i class="fa fa-tint"></i></h2>
          <span class="num-large"><?= substr($data[1], 0, 2) ?></span>
          <span class="num-small"><?= substr($data[1], 2, 3) ?> %</span>
        </div>
        <div class="col-md-4" align="center" style="padding: 20px 10px">
          <h2><i class="fa fa-tachometer"></i></h2>
          <span class="num-large"><?= substr($data[2], 0, 4) ?></span>
          <span class="num-small"><?= substr($data[2], 4, 3) ?> hPa</span>
        </div>
      </div>
      <br>
    </div>

    <script src="https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/1.12.4/jquery.min.js"></script>
    <script src="https://maxcdn.bootstrapcdn.com/bootstrap/3.3.7/js/bootstrap.min.js"></script>
  </body>
</html>

css/style.css

body {
  background-color: #272727;
  color: #fff;
  font-family: "Segoe UI Light", sans-serif;
}

.num-large {
  font-size: 5em;
}

.num-small {
  font-size: 3em;
}

　おわりに

　基本的にガバガバです。気にしないでください。
　もっと良い書き方はいくらでもあります。

　リンク

　・ラズベリーパイで温度・湿度・気圧をまとめて取得！AE-BME280でIC2通信 | Device Plus - デバプラ
　　http://deviceplus.jp/hobby/raspberrypi_entry_039/

　・Font Awesome, the iconic font and CSS toolkit
　　http://fontawesome.io/

　・Bootstrap · The world's most popular mobile-first and responsive front-end framework.
　　http://getbootstrap.com/