MCP による Grove の拡張
概要
この文書では、ESP32-S3 ベースの SenseCAP Watcher 開発ボード上の Grove インターフェースを介して DHT20 温湿度センサーを使用する方法について説明します。
Grove インターフェース定義（J5）
ハードウェア回路図によると、Grove インターフェースは以下のピンを使用します：
| Grove ピン | 機能 | ESP32-S3 接続 |
|---|---|---|
| Pin 1 | VCC | GROVE_3.3V（3.3V 電源） |
| Pin 2 | SDA | GPIO47（I2C0_SDA） |
| Pin 3 | SCL | GPIO48（I2C0_SCL） |
| Pin 4 | GND | GND |
DHT20 センサー
- I2C アドレス：0x38（固定、変更不可）
- 供給電圧：2.0V - 5.5V（3.3V を使用）
- 通信プロトコル：I2C（最大 400kHz）
- 測定範囲：
- 温度：-40°C ～ +80°C（精度：±0.5°C）
- 湿度：0% ～ 100% RH（精度：±3% RH）
ファイル構造
元のコード：
新しいファイル：
-
上記の 2 つのファイルを以下の場所に配置してください：
- ファイルの場所
main/boards/sensecap-watcher/
├── dht20.h # DHT20 driver header
└── dht20.cc # DHT20 driver implementation
- ファイルの場所
変更されたファイル
-
上記のファイルを以下の場所で置き換えてください：
- ファイルの場所
main/boards/sensecap-watcher/
└── sensecap_watcher.cc # Integrates DHT20 sensor and MCP tool
- ファイルの場所
注意
上記のサンプルコードは参考用です。特定のセンサーモデル、開発環境、ファームウェアバージョンに応じて変更し、適切な統合と正常なコンパイルを確保してください。
コア機能（DHT20 センサー）
1. センサー初期化
DHT20 ドライバーは完全な初期化プロセスを実装します：
- ステップ1. センサーリセット：0xBA リセットコマンドを送信
- ステップ2. システム設定：レジスタ 0xE1 に [0x08, 0x00] を書き込み
- ステップ3. キャリブレーション確認：ステータスレジスタのビット[3]をチェックしてセンサーがキャリブレーションされていることを確認
- ステップ4. 再試行メカニズム：キャリブレーションが失敗した場合、最大 5 回まで再試行
esp_err_t ret = dht20_sensor_->Initialize();
if (ret == ESP_OK) {
ESP_LOGI(TAG, "DHT20 initialized successfully");
}
2. 温度・湿度読み取り
読み取りプロセス：
- ステップ1. 測定トリガー：コマンド [0xAC, 0x33, 0x00] を送信
- ステップ2. 測定待機：80ms 遅延
- ステップ3. 8 バイト読み取り：[ステータス、湿度 High、Middle、Low | 温度 High、Middle、Low、CRC]
- ステップ4. データ解析：
- 湿度 = （20 ビット生値）× 100 / 2^20
- 温度 = （20 ビット生値）× 200 / 2^20 - 50
float temperature, humidity;
esp_err_t ret = dht20_sensor_->ReadTempAndHumidity(temperature, humidity);
if (ret == ESP_OK) {
printf("Temperature: %.2f°C, Humidity: %.2f%%\n", temperature, humidity);
}
コア機能（内部 MCP ツールインターフェース）
1. 機能説明
- ツール名：
self.grove.get_temperature_humidity - ツール用途：Grove 接続された DHT20 センサーから現在の温度と湿度を読み取り
2. 呼び出し例
AI は以下のように呼び出すことができます：
result = call_tool("self.grove.get_temperature_humidity", {})
3. 戻り値形式
-
成功：
{
"temperature": 25.32,
"humidity": 65.47,
"status": "ok"
} -
失敗：
{
"error": "DHT20 sensor not initialized"
}または
{
"error": "Failed to read DHT20: ESP_ERR_TIMEOUT"
}
4. I2C 通信プロトコル
| 機能 | コマンド/レジスタ | データ |
|---|---|---|
| センサーリセット | 0xBA | - |
| 設定レジスタ | 0xE1 | [0x08, 0x00] |
| 測定トリガー | - | [0xAC, 0x33, 0x00] |
| ステータス読み取り | - | 1 バイト |
| データ読み取り | - | 7 バイト |
5. ステータスバイト定義
| ビット | 機能 | 値 |
|---|---|---|
| bit[7] | 測定ステータス | 1=測定中、0=アイドル |
| bit[6:4] | 予約済み | - |
| bit[3] | キャリブレーションステータス | 1=キャリブレーション済み、0=未キャリブレーション |
| bit[2:0] | 予約済み | - |
6. データ解析アルゴリズム
// Humidity data (20 bits)
uint32_t humidity_raw = (data[1] << 12) | (data[2] << 4) | (data[3] >> 4);
float humidity = humidity_raw * 100.0f / 1048576.0f;
// Temperature data (20 bits)
uint32_t temperature_raw = ((data[3] & 0x0F) << 16) | (data[4] << 8) | data[5];
float temperature = temperature_raw * 200.0f / 1048576.0f - 50.0f;
トラブルシューティング
よくある問題
- センサー初期化失敗
- 考えられる原因：
- Grove インターフェースが正しく電源供給されていない
- I2C 接続の問題
- センサーが接続されていないか損傷している
- 解決策
uint32_t grove_power = esp_io_expander_get_level(io_exp_handle, BSP_PWR_GROVE);
ESP_LOGI(TAG, "Grove power status: %d", grove_power);
- 読み取りタイムアウト
- 考えられる原因：
- センサーがビジー状態
- I2C バスの競合
- 解決策
- 読み取り間隔を ≥1s に確保
- I2C 上の他のデバイスを確認
- 無効なデータ
- 考えられる原因：
- センサーがキャリブレーションされていない
- CRC チェック失敗（現在のバージョンでは未実装）
- 解決策：
- センサーを再初期化
- CRC チェックの実装を検討（data[6]）
参考資料
メンテナンス
コードは main/boards/sensecap-watcher/ に存在し、他のボードには影響しません。