PIC16F1705とBME280による温湿度気圧計【20250810デバッグ報告追記】

写真１．ブレッドボードに組んだ温湿度気圧計
PIC16F1705で温湿度気圧センサBME280モジュールを駆動し、LCD（AQM0802）に表示する。


【デバッグ報告】20250810追記
昨年から今年2025年8月にかけて、2名の方より湿度測定時の不具合のコメントをしただきました。ありがとうございました。
当初、センサーそのものの不具合を疑っていましたが、コードを見直したところ、バグがありましたので、次の通り報告します。

修正箇所は次の通りです。main.cの、
//I2Cデバイス（BME280）からデータを読み込む
void i2c1_read(void){
この関数の最後の行について

【不具合のあった元のコード】
hum_raw = (data[6] << 8) | data[7];

【修正後】
hum_raw = ((uint32_t)data[6] << 8) | data[7];

これで高湿度時に湿度0％になる不具合が解消すると思います。


これは8bitデータをシフトしてunsigned long型の変数に代入する箇所なのですが、桁あふれをしないようにuint32_tでキャストするということです。
問題箇所の上の行では、pres_rawとtemp_rawを同じようにキャストしているので、なぜ問題となったhum_rawだけキャストし忘れたのか、今となっては謎です。思い込みによって発見が遅れてしまいました。たいへん申し訳ないm(_ _)m


さて、ついでなので回路の問題点が一箇所あったのを発見したので、これも書いておきます。



図A．修正回路図

元の回路では、MOSFET Q1のゲートはマイコンのRC4ポートからR2を介して駆動されていますが、この場合、RC4が不定（ハイインピーダンス）になったときにQ1が完全にOFFできず、リーク電流が流れることがあります。なので、R6（100kΩ）を追加して、不定状態の対策とします。



【これよりもとの本文】

今回はPICマイコンの開発環境MPLAB X IDEでMCC（Microchip Code Configurator）を使って、温湿度気圧センサBME280をI2Cで駆動して、測定した温湿度気圧をI2CのLCDパネルに表示する温湿度気圧計の試作をした。
PICマイコンのレジスタ設定等をGUIで行えるMCCを使う練習をするのが今回の主な目的だ。

これまで、PICの開発はMCCを使わずにやっていたが、最近のPICマイコンは機能が増え、レジスタ設定が非常に複雑になってきたため、手作業でレジスタ設定を行うことが困難になり始めていた。
Microchip側としてもそのあたりを考慮して、GUIで簡単にレジスタ設定ができるMCCをリリースした。
MCCを使うと、レジスタ設定は非常に簡単に行えるようになるが、その反面レジスタ分類ごとにファイルが生成されるため、慣れないとどこで何を設定しているのかがわかりにくく、全体として見通しが悪くなる。そのためいままで敬遠してきたが、今回使ってみて、慣れてくるととても便利だということがわかった。

【温湿度気圧計仕様】
今回試作した温湿度気圧計の仕様と開発環境は次のとおり。

PICマイコン　　　　　　PIC16F1705-I/P
温湿度気圧センサ　　　  BME280（I2C)
LCD　　　　　　　　　  AQM0802（I2C)
開発環境　　　　　　　  MPLAB X IDE v5.35
　　　　　　　　　　　  XC8 v2.31
　　　　　　　　　　　  MCC v4.0.2 ※
測定間隔　　　　　　　  270.6秒
電源電圧　　　　　　　  2.6～4.2V
消費電流　　　　　　　  0.2～0.25mA

※MCCはMPLAB X IDEにプラグインとしてインストールする。


【回路】

図1．回路図


図1に今回製作した回路図を示す。
温湿度気圧センサBME280は、3.3VLDOを搭載したモジュールを使用した。（写真2）


写真2．BME280モジュール
amazonやaliexpressなどで購入可能。

表示用LCDは秋月のAQM0802を使用した。これは安価でコンパクトなので、実験によく使用する。
ただ、電源電圧が変わると表示のコントラストが変わってしまう。そのため、今回はPICマイコンのA/Dコンバータ（ADC）で電池電圧をモニタし、電圧が3.5V以下に下がるとLCDコントラストを濃くするように調整している。
ADCには電池電圧を100kΩｘ2で分圧して入力しているが、ここで電流を消費しないように、測定時のみMOSFET AO3406で抵抗分圧をONしている。
主要部品の動作電圧範囲は、
PIC1705　　2.3～5.5V
BME280　　 1.71～3.6V（LDOなしのBME280単体）
AQM0802　 2.7～5.5V
となっており、BME280モジュールは3.3VLDO搭載なので、リチウムポリマ電池（最大4.2V）をそのまま使用した。
BME280とAQM0802はI2Cインタフェイスなので、SCLとSDAにプルアップ抵抗が必要だが、今回はBME280モジュールとAQM0802内部にそれぞれ10kΩが搭載されており、合成でそれぞれ5kΩのプルアップ抵抗になっている。

【ソフトウェア】
今回のソースファイルをプロジェクトホルダごとアーカイブしてこの記事の末尾にリンクしておく。
PICマイコンは、測定、表示が済むとSLEEPに入り、WDT（ウォッチドッグタイマ）によってSLEEPから目覚めて測定表示、再びSLEEP、を繰り返す。測定時は目印として一瞬LEDを点灯する。
WDTの最大時間は、MCCでポストスケーラーを最大値の8388608に設定したとき270.6秒となる。つまり、4分30秒に一度測定、表示更新をする。
WDTでSLEEPから目覚めたときは、SLEEPの直後の命令から復帰する。リセットではないので注意が必要だ。
LCDのコントラストが電池電圧によって変わってしまい、電圧が3Vを切るとほとんど見えなくなってしまうため、ADCで電池電圧をモニタし、3.5Vを堺にコントラスト設定を変えている。これはmain.cで電圧低下フラグBattLowを立ててi2c_lcd.cの113行目からの記述で行っている。

【動作】
SLEEP状態での消費電流はおよそ0.2mAで、測定時には瞬間的に1mA程度（LED点灯含む）となる。平均電流はおおむね0.2～0.25mA程度。
400mAhのリチウムポリマ電池での実動作では72日程度の動作を確認した。
SLEEP状態での消費電流は、BME280モジュールに搭載されたLDOのIqが大きいのではないかと思っていたが、実際に確認してみるとIqでの消費はきわめて小さく、LCD（AQM0802）の消費電流が支配的だった。

【ソース】

ダウンロード - 20220214bmeaqm_1705adc_000ok.x.zip


そういうわけでMCCはとても便利なので、どんどん使いましょう(^-^)
MCCの使い方は、トランジスタ技術2021年9月号別冊付録「PIC開発マニュアル2021」を参考にしました。