高精度温湿度センサー SHT31-DISの使い方

高精度温湿度センサーSHT31-DISから温度データと湿度データを読み取る方法を紹介します。

使用するマイコンはRaspberry Pi、プログラム言語はPythonです。

紹介するサンプルプログラムは、センサーからのデータ読み取りだけでなく測定条件設定も行います。

センサーの主な仕様
温度測定
精度：±0.2℃（-40℃～+125℃）
長期安定度：0.03℃／年
分解能：0.015℃

湿度測定
精度：±2%（0%～100%）
長期安定度：0.25%RH／年
分解能：0.01％

準備

SHT31-DISの購入

SHT31-DISはDual Flat No Leadと呼ばれる形状です。
センサーを手ではんだ付けするのは不可能なのでモジュールの購入になると思います。

下の写真は秋月電子通商で購入したモジュールです。熱量や被測定空気の流通などが考慮されているのでお勧めです。今回は、このモジュールを使ったサンプルプログラムを紹介します。

モジュールとRaspberry Piの接続

接続図

接続写真

Raspberry Piの通信設定とPythonの操作方法

Raspberry PiのI²C通信設定を有効にします。
下の記事でRaspberry Piの通信設定と、Pythonの基本操作を説明しています。

Raspberry Pi OS（ラズパイOS）の通信設定とPythonの基本操作

Raspberry Pi OS（ラズパイOS）の通信設定とPythonの操作方法（コーディングやデバック方法）の解説をします。

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I²C通信プログラミング

プログラムコード

Pythonプログラムです。

import smbus
import time

#I2C設定
i2c = smbus.SMBus(1)
address = 0x44

#センサー設定
ret = i2c.write_byte_data(address, 0x27, 0x37)

#一時停止
time.sleep(0.001)

while True:
    
    #データ読み込み
    dat = i2c.read_i2c_block_data(address, 0x00, 0x06)
    
    #データ変換
    tmp = dat[0] << 8 | dat[1]
    rhm = dat[3] << 8 | dat[4]
    
    #物理量（温湿度）変換
    tmp = -45 + 175 * tmp / 65535
    rhm = 100 * rhm / 65535
    
    #表示
    print('t= ' + str(tmp))
    print('r= ' + str(rhm))
    
    #一時停止
    time.sleep(1)

プログラムの説明

プログラムの流れです。

1. I²C通信の設定
2. センサーの設定
3. センサーから温湿度データを取得
4. データを物理量に変換し画面に表示
5. 3．～4．を繰り返します

１．I²C通信の設定

#I2C設定
i2c = smbus.SMBus(1)
address = 0x44

i2c = smbus.SMBus(1)
インスタンス生成です。使用するBus1を指定します。

address = 0x44
アドレス指定です。ADDRピンをGNDに接続すると0x44（16進数）になります。
通信時に指定します。

Raspberry PiにSHT31-DISモジュールを接続した状態で、LXTerminalから「i2cdetect -y 1」コマンドを入力すると、アドレスが0x44であることを確認出来ます。

２．センサーの設定

#センサー設定
ret = i2c.write_byte_data(address, 0x27, 0x37)

1回だけ測定するモード（Single Shot Data Acquisition Mode）と、定期的に測定するモード（Periodic Data Acquisition Mode）の2種類のモードがあります。

Single Shot Data Acquisition Mode
測定する度に測定開始の命令を発行し、その後に読み込みをする必要があります。

Periodic Data Acquisition Mode
測定を開始するときに1回だけ開始命令を発行し、その後は読み込み命令だけで連続でデータを取得できます。サンプルプログラムは、こちらに設定しています。
（連続は消費電流と自己発熱に注意）

i2c.write_byte_data(address, 0x27, 0x37)

Mode　Periodic Data Acquisition Mode
mps　10
Repeatability　High

設定の内容については、データシートの『4.5 Measurement Commands for Periodic Data Acquisition Mode』で詳細を確認できます。

Condition の Repeatability Highは、データシートで以下のように規定されています。

Humidity Sensor Specifications

Temperature Sensor Specifications

※Repeatabilityとは、一定の周囲条件での複数の連続測定の標準偏差（3σ）の3倍で、これはセンサー出力ノイズの測定値です。

time.sleep(0.001)

time.sleep(0.001)
コマンドとコマンド間に1ms以上の待機時間を設ける（データシートで指定されています）

３．センサーから温湿度データを取得

#データ読み込み
tmp = i2c.read_i2c_block_data(address, 0x00, 0x06)

tmp = i2c.read_i2c_block_data(address, 0x00, 0x06)

温度データ16bit、CRC 8bit、湿度データ16bit、CRC 8bitの合計48bitを読み込みます。
CRCは、データ通信中にノイズなどで値が変化してしまった時に、間違いを発見するために使用します。

データの並びは以下の様になっています。

CRCの詳しい説明はこちら
「巡回冗長検査」（2021年8月21日 (土) 20:49　UTCの版）『ウィキペディア日本語版』

４．データを物理量に変換し画面に表示

#データ変換
tmp = dat[0] << 8 | dat[1]
rhm = dat[3] << 8 | dat[4]

tmp = dat[0] << 8 | dat[1]
rhm = dat[3] << 8 | dat[4]

データは8bitの入れ物2つに入っているので16bitのデータにします。

#物理量（温湿度）変換
tmp = -45 + 175 * tmp / 65535
rhm = 100 * rhm / 65535

tmp = -45 + 175 * tmp / 65535
rhm = 100 * rhm / 65535

物理量に変換します。

Temperature conversion formula（result in ℃ & ℉）
T[℃] = -45 + 175 × S_T / (2¹⁶ – 1)

Relative humidity conversion formula（result in %RH）
RH = 100 × S_RH / (2¹⁶ – 1)

データシートの『4.13 Conversion of Signal Output』で詳細を確認できます。

#表示
print('t= ' + str(tmp))
print('r= ' + str(rhm))

print(‘t= ‘ + str(tmp))
print(‘r= ‘ + str(rhm))
測定した温度と湿度を画面に表示します。

５．３．～４．を繰り返します

#繰り返し
while True:

while True:
Stopボタンが押されるまで繰り返します。

※この『while True:』は、14行目のwhile文です。

プログラムの実行結果

プログラムを実行します。

①Runボタンを押します。
②温度データと湿度データを1秒間隔で画面に表示します。
③Stopボタンを押すとプログラムは終了します。

以上、SHT31-DISからI²C通信で温度データと湿度データを読み込んで表示するサンプルでした。

まとめ

SHT31-DISモジュールからRaspberry PiにI²C通信でデータを読み込んで表示するサンプルでした。如何でしたでしょうか。

うまくいかないときは、ひとつづつ配線やプログラムを再確認してみましょう。地味な作業で辛いですが、これが一番です。

プログラミングやソフトウェアの記事です。

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