OrangePi-PCを使ってみる

Python i2cライブラリ(smbus)

RaspberryPiのi2cライブラリとして良く使われるsmbusライブラリを紹介します。
SMBusとはSystem Management Busの略で、i2cの派生仕様ですが、このライブラリはi2cに対応しています。
このライブラリはi2c専用のライブラリですが、/dev/i2c*のデバイスが有れば、(おそらく)どのLinuxでも使うことができます。
インストールは以下の手順で行います。
$ sudo apt install python3-smbus

こ ちらで公開されているBMP180のi2cセンサーから、温度と気圧を読み出すコードを試してみました。
BMP180とは以下の様に接続します。
BMP180 Opi(Pin#)
GND GND
5V *NotUse*
SDA SDA(#3)
SCL SCL(#5)
CLR *NotUse*
ECC *NotUse*
3V3 3.3V

i2cデバイスはPin#3(TWI0_SDA)/#5(TWI0_SCL)を使うので、SMBus(1)→SMBus(0)に変更し ています。
OrangePi PCにはPin#27(TWI1_SDA)/Pin#28(TWI1_SCL)に、もう1系統のi2cが有ります。
これを使うときはSMBus(1)を使います。
#!/usr/bin/python
#--------------------------------------
#    ___  ___  _ ____         
#   / _ \/ _ \(_) __/__  __ __
#  / , _/ ___/ /\ \/ _ \/ // /
# /_/|_/_/  /_/___/ .__/\_, / 
#                /_/   /___/  
#
#           bmp180.py
#  Read data from a digital pressure sensor.
#
# Author : Matt Hawkins
# Date   : 17/02/2017
#
# http://www.raspberrypi-spy.co.uk/
#
#--------------------------------------
import smbus
import time
from ctypes import c_short
 
DEVICE = 0x77 # Default device I2C address
 
bus = smbus.SMBus(0) # 0 indicates /dev/i2c-0
#bus = smbus.SMBus(1) # 1 indicates /dev/i2c-1
 
def convertToString(data):
  # Simple function to convert binary data into
  # a string
  return str((data[1] + (256 * data[0])) / 1.2)

def getShort(data, index):
  # return two bytes from data as a signed 16-bit value
  return c_short((data[index] << 8) + data[index + 1]).value

def getUshort(data, index):
  # return two bytes from data as an unsigned 16-bit value
  return (data[index] << 8) + data[index + 1]

def readBmp180Id(addr=DEVICE):
  # Chip ID Register Address
  REG_ID     = 0xD0
  (chip_id, chip_version) = bus.read_i2c_block_data(addr, REG_ID, 2)
  return (chip_id, chip_version)
 
def readBmp180(addr=DEVICE):
  # Register Addresses
  REG_CALIB  = 0xAA
  REG_MEAS   = 0xF4
  REG_MSB    = 0xF6
  REG_LSB    = 0xF7
  # Control Register Address
  CRV_TEMP   = 0x2E
  CRV_PRES   = 0x34
  # Oversample setting
  OVERSAMPLE = 3    # 0 - 3
 
  # Read calibration data
  # Read calibration data from EEPROM
  cal = bus.read_i2c_block_data(addr, REG_CALIB, 22)

  # Convert byte data to word values
  AC1 = getShort(cal, 0)
  AC2 = getShort(cal, 2)
  AC3 = getShort(cal, 4)
  AC4 = getUshort(cal, 6)
  AC5 = getUshort(cal, 8)
  AC6 = getUshort(cal, 10)
  B1  = getShort(cal, 12)
  B2  = getShort(cal, 14)
  MB  = getShort(cal, 16)
  MC  = getShort(cal, 18)
  MD  = getShort(cal, 20)

  # Read temperature
  bus.write_byte_data(addr, REG_MEAS, CRV_TEMP)
  time.sleep(0.005)
  (msb, lsb) = bus.read_i2c_block_data(addr, REG_MSB, 2)
  UT = (msb << 8) + lsb

  # Read pressure
  bus.write_byte_data(addr, REG_MEAS, CRV_PRES + (OVERSAMPLE << 6))
  time.sleep(0.04)
  (msb, lsb, xsb) = bus.read_i2c_block_data(addr, REG_MSB, 3)
  UP = ((msb << 16) + (lsb << 8) + xsb) >> (8 - OVERSAMPLE)

  # Refine temperature
  X1 = ((UT - AC6) * AC5) >> 15
  X2 = (MC << 11) / (X1 + MD)
  B5 = X1 + X2
  temperature = int(B5 + 8) >> 4

  # Refine pressure
  B6  = B5 - 4000
  B62 = int(B6 * B6) >> 12
  X1  = (B2 * B62) >> 11
  X2  = int(AC2 * B6) >> 11
  X3  = X1 + X2
  B3  = (((AC1 * 4 + X3) << OVERSAMPLE) + 2) >> 2

  X1 = int(AC3 * B6) >> 13
  X2 = (B1 * B62) >> 16
  X3 = ((X1 + X2) + 2) >> 2
  B4 = (AC4 * (X3 + 32768)) >> 15
  B7 = (UP - B3) * (50000 >> OVERSAMPLE)

  P = (B7 * 2) / B4

  X1 = (int(P) >> 8) * (int(P) >> 8)
  X1 = (X1 * 3038) >> 16
  X2 = int(-7357 * P) >> 16
  pressure = int(P + ((X1 + X2 + 3791) >> 4))

  return (temperature/10.0,pressure/100.0)

def main():

  (chip_id, chip_version) = readBmp180Id()
  print("Chip ID     : {0}".format(chip_id))
  print("Version     : {0}".format(chip_version))
  print

  try:
    print ("Press CTRL+C to exit")
    while True:
      (temperature,pressure)=readBmp180()
      print("Temperature : {0} C".format(temperature))
      print("Pressure    : {0} mbar".format(pressure))
      time.sleep(1)

  except KeyboardInterrupt:
    pass
 
if __name__=="__main__":
   main()

今回、BMP180ではなく、BMP085を使いましたが、あっさりと動きました。
OrangePiを使い始めてずいぶん経ちますが、実は最近までpythonのsmbusライブラリがOrangePiでも動くとは知りませんで した。
$ sudo python3 bmp180.py
Chip ID     : 85
Version     : 2
Press CTRL+C to exit
Temperature : 20.0 C
Pressure    : 1007.29 mbar
Temperature : 19.9 C
Pressure    : 1007.2 mbar
Temperature : 20.0 C
Pressure    : 1007.3 mbar



i2cdetectというツールが有ります。
これを使うとi2cバス上のデバイスをスキャンすることができます。
$ sudo apt install i2c-tools
$ sudo i2cdetect -y 0
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- 76 77

smbusライブラリでも同じことができます。
#!/usr/bin/env python

import smbus

bus = smbus.SMBus(0) # 0 indicates /dev/i2c-0

def scan(address):
  try:
    bus.read_byte(address)
    print('{:x}'.format(address), end="")
  except: # exception if read_byte fails
    print('-- ', end=""),

def main():
  print('   ', end="")
  for index in range(16):
    print('  {:x}'.format(index), end="")
  print()

  print('00:          ', end="")
  for device in range(3,16):
    scan(device)
  for index in range(1,7):
    start = index*16
    end   = (index+1)*16
    print('\n{:x}: '.format(start), end="")
    for device in range(start,end):
      scan(device)
  print('\n70: ', end="")
  for device in range(0x70,0x78):
    scan(device)
  print()

if __name__=="__main__":
  main()

実行すると同じ結果となります。
$ sudo python3 ./i2c_smbus.py
     0  1  2  3  4  5  6  7  8  9  a  b  c  d  e  f
00:          -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c -- -- --
40: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
50: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
70: -- -- -- -- -- -- 76 77

次回はpythonで使えるSPIライブラリの spidevライブラリを紹介します。