CY8CKIT-042-BLE-A で気圧を表示 #Grove

これは、PSoC Advent Calendar 2019の16日目に突っ込まれた記事です。

前回の記事では、Groveのスターターキットに入っていたGrove LCD RGB Backlightというボードを使ってLEDドライバを操作しました。これまでに使ってきたLCD表示とLEDドライバは、I2CのWRITEシーケンスのみを使っています。つまり、PSoCからデータを送りつけてばかりだったわけです。今回は、これまたスイッチサイエンスで購入した絶対圧センサ評価モジュールからデータを取得して、Grove LCD RGB Backlightに表示します。

絶対圧センサ

絶対圧センサ評価モジュールとは、気圧を測定してくれるセンサを搭載したGroveコネクタ対応のボードです。この基板の上には、OMRON製の缶詰になった(canned)2SMPB-02Eという気圧センサとレギュレータなどが搭載されています。また、このセンサには、温度補償を行うための温度センサも内蔵しています。

気圧センサコンポーネント

これをどうやって操作するかと考えた結果、前回の記事と同じように、新たにコンポーネントを作成してしまう事にしました。

I2C Masterを操作するためのソフトウェアコンポーネントを作成しました。前回の記事と全く同じ考え方です。

API

このソフトウェア・コンポーネントには、以下のAPIを実装しました。

API	概要
void I2C_SENSOR_Init(void)	コンポーネントの初期設定を行います。
void I2C_SENSOR_Enable(void)	センサの動作を開始します。
void I2C_SENSOR_Disable(void)	センサの動作を停止します。
void I2C_SENSOR_Start(void)	コンポーネントの使用を開始します。
void I2C_SENSOR_Stop(void)	コンポーネントの使用を終了します。
void I2C_SENSOR_ReadCoefficient(void)	センサから補償パラメータを読みだしてコンポーネントに格納します。
uint32 I2C_SENSOR_IsMeasuring(void)	センサが測定中かどうかを判定します。まだ実装されていません。
void I2C_SENSOR_Sleep(void)	センサをSleepモードに遷移させます。
void I2C_SENSOR_Force(void)	センサに1回だけ測定させます。
void I2C_SENSOR_ReadRawData(void)	センサから測定したデータを取り出しコンポーネントに格納します。
double I2C_SENSOR_GetTemperature(void)	測定データから温度を計算して返します。
double I2C_SENSOR_GetPressure(void)	測定データから気圧を計算して返します。

まだ、このプロジェクトで使用できるだけのAPIしか実装していません。

I2CのREADシーケンス

このコンポーネントでは、I2CインターフェイスのWRITEシーケンスに加えてREADシーケンスを使用しています。そのために、内部関数I2C_SENSOR_ReceiveSequence()を定義して使用しています。

I2C_SENSOR.c

static uint32 I2C_SENSOR_ReceiveSequence(uint8 *rbuf, uint32 length) {
    // Clear status flags
    I2C_SENSOR_MasterClearStatus();
    // Receive a I2C packet
    (void) I2C_SENSOR_MasterReadBuf(
        I2C_SENSOR_address,
        rbuf,
        length,
        I2C_SENSOR_MODE_COMPLETE_XFER
    );

    while (!(I2C_SENSOR_MasterReadStatus() & I2C_SENSOR_READ_COMPLETE)) {
        // Wait until I2C Master finishes transaction
    }

    // Return the data length
    return I2C_SENSOR_MasterGetReadBufSize();
}

最初にステータスフラグをクリアします。そして、I2C Masterに対してREADシーケンスを開始させます。そのあと、ステータスフラグのREAD_COMPLETEフラグをポーリングしてREADシーケンスの終了を検出します。最後にREADシーケンスで実際に受信したデータのバイト数を関数の返り値とします。

メインルーチン

ここで使用したメインルーチンは、以下の通りです。

main.c

#include "project.h"
#include <stdio.h>

int main(void) {
    CyGlobalIntEnable; /* Enable global interrupts. */

    I2CM_Start();

    // Setup LCD display
    I2C_LCD_Start();

    // Setup Backlight LED
    I2C_LED_Start();
    I2C_LED_WritePWM(0x33, 0x33, 0x88, 0x00);

    // Startup Pressure Sensor
    I2C_SENSOR_Start();

    for (;;) {
        double temp;
        double pressure;
        char sbuf[64];

        I2C_SENSOR_Force();
        CyDelay(1000);
        I2C_SENSOR_ReadRawData();
        temp = I2C_SENSOR_GetTemperature();
        pressure = I2C_SENSOR_GetPressure();
        sprintf(sbuf, "T:%7.2fdegC", temp);
        I2C_LCD_Position(0, 0x80);  // locate to 0,0
        I2C_LCD_PrintString(sbuf);
        sprintf(sbuf, "P:%7.2fmBar", pressure);
        I2C_LCD_Position(0, 0xA8);  // locate to 1,0
        I2C_LCD_PrintString(sbuf);
    }
}

使い方は、簡単です。まず、I2C_SENSOR_Force()でセンサに温度と気圧のデータを取得させます。データの取得までに少々時間がかかります。本来であれば、測定中フラグを監視して測定終了を待つところですが、ここでは、ソフトウェアディレイを使って１秒間待っています。
取得したデータは、I2C_SENSOR_ReadRawData()でセンサから読みだしてコンポーネントに格納します。
ここで取得したデータは、そのままでは使えません。センサが持っている補償データをもとに温度補償と非線形補償を加える必要があります。これらの計算を行うのがI2C_SENSOR_GetTemperature()とI2C_SENSOR_GetPressure()です。これらの関数はdoubleで値を返すので、それをLCDに表示させたら一回分の表示が終了します。

LCDのカーソル動作が変だ

このプロジェクトを作成していて、I2C_LCDコンポーネントのカーソル移動APII2C_LCD_Position()がうまく機能していないことがわかりました。０行０桁に移動するにはI2C_LCD_Position(0,0)とすれば良いはずなのですが、移動してくれません。API関数を見たところ、どうも実装されているコマンドが違っている様子です。
仕方ないので、I2C_LCD_Position(0, 0x80)と妙な指定をして回避しました。１行目に移動するときはI2C_LCD_Position(0, 0xA8)としています。どうも、I2C_LCDコンポーネントも自前で作り直さなきゃいけないみたいですね。

補償計算がややこしい

"main.c"を見ると、簡単に使えてしまっているように見えますが、内部では、かなりの計算をこなしています。気圧を計算するためのややこしい部分はすべてコンポーネントが隠してしまったのでした。

I2C_SENSOR.c

double I2C_SENSOR_GetTemperature(void) {
    struct I2C_SENSOR_Context *p = &I2C_SENSOR_context;    
    p->tr = (p->a2 * p->dt + p->a1) * p->dt + p->a0;
    p->temp = p->tr / 256.0;
    return p->temp;
}

double I2C_SENSOR_GetPressure(void) {
    struct I2C_SENSOR_Context *p = &I2C_SENSOR_context;
    double x3 = p->bp3;
    double x2 = p->b21 * p->tr + p->bp2;
    double x1 = (p->b12 * p->tr + p->b11) * p->tr + p->bp1;
    double x0 = (p->bt2 * p->tr + p->bt1) * p->tr + p->b00;
    p->pr = ((x3 * p->dp + x2) * p->dp + x1) * p->dp + x0;
    p->pressure = p->pr / 100.0;
    return p->pressure;
}

これらのAPI関数は、センサから取り出したデータを基に温度と気圧の補償計算を行います。
これ以外にも、補償計算に使用する係数を計算するためのAPI関数がありますが、ユーザに見えないところで処理されています。

GitHub リポジトリ

GitHub Repository

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