Electrónica y programación para Microcontroladores.

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Arduino

Medidor de PH con pantalla gráfica JLX12864.

La Pantalla LCD 128x64 JLX12864G-086 es una una estupenda pantalla con pines para una interfaz SPI.
Este modelo cuenta con un regulador de voltaje integrado lo que permite conectarla directamente a 5 Voltios.
La pantalla LCD 128x64 JLX12864G-086 es una gran opción para ser utilizada en lugar de la pantalla del Nokia 5110.
Entre sus principales características destaca su diseño sencillo, compacto y estando integrado en una placa que dispone de 4 perforaciones para su fijación, con todos los componentes necesarios para su funcionamiento.
Dispone de LED (backlight) que facilita la visualización de datos, contribuyendo así a la mejora de los proyectos realizados por los diseñadores. Para poder usar esta pantalla necesitamos la biblioteca U8glib que se puede descargar de distintos lugares en Internet y tenemos las siguientes conexiones para este ejemplo.
CS :   8
RST : 9
RS :   10
SPI_SDA : 18 
SPI_SCK : 19
VDD :   3v3 
LEDA : 5v  

También vamos a usar el sensor PHE201 - BNC y la interfaz PL4502 para vincular este sensor a una placa Arduino. 
Recordemos que el pH es una medida de acidez o alcalinidad de una disolución, la escala de pH varía de 0 a 14. 
El pH indica la concentración de iones hidrógeno [H]+ presentes en determinadas disoluciones. Se puede cuantificar de forma precisa mediante un sensor que mide la diferencia de potencial entre dos electrodos, un electrodo de referencia (de plata/cloruro de plata) y un electrodo de vidrio que es sensible al ion de hidrógeno.
Esto es lo que formará la sonda PHE201, la interfaz PL4502 es el circuito electrónico para acondicionar la señal y poder conectarla a un microcontrolador como Arduino.
Los sensores para medir ph son delicados (además de costosos) es por esto que debemos tener especial cuidado al usarlos y sobre todo cuando dejamos de usarlos asegurar que la sonda de vidrio este correctamente limpia con agua destilada.
Si bien este sensor no califica como un sensor "profesional" su precisión en la medición no le envidia nada a un sensor de laboratorio. Si lo vamos a usar de manera continua, por ejemplo sumergido constantemente en el agua de un acuario la vida útil del electrodo sera de unos cuatro años.
Para conectarnos con el microcontrolador la interfaz ofrece los siguientes pines de control:

  • To: Temperatura.
  • Do: Señal del limite de ph
  • Po: Valor de ph en voltios (conectado A0 en el ejemplo)
  • G:  Masa del circuito analogico.
  • G:  Masa del circuito digital.
  • V+: Alimentación de 5V.

La interfaz que vincula el sensor al Arduino tiene dos pre-set, el que esta mas próximo al conector BNC será el que se usa para calibrar el sensor (no viene calibrado). La medición del sensor es lineal y para ajustarlo necesitamos dos buffers que generalmente vienen con el propio sensor, uno de ph 4.01 y otro de ph 6.86. 
Considerando que el sensor es lineal con estos dos buffers podemos usar un poco de matemática para convertir el voltaje medido en cada uno de estos dos puntos de ph.
La formula general sería A = MX + B, por lo que tenemos tenemos que calcular M y B ya que X sería el voltaje y  A el ph.
El resultado es  A = -5.70x + 21.34, en nuestro caso usamos un medidor de ph comercial para ajustar el sensor bajo prueba.

Como se puede ver en la imagen la exactitud del sensor respecto de uno comercial es muy buena, en realidad la única diferencia que encontramos de este sensor con sus referentes comerciales es la duración en un uso intensivo y continuo.
Otra cosa a tener en cuenta es que es recomendable montar la interfaz de tal forma de tener acceso al pre-set de calibración ya que si el sensor pasa mucho tiempo sin uso seguramente sera necesario hacer algún ajuste de calibración par volver a usarlo.
El segundo pre-set sirve para fijar el umbral de disparo de una alarma a un determinado nivel de ph, la interfaz tiene dos led's, uno verde que indica que está funcionando y uno rojo para avisar el disparo de la alarma de ph.
El resultado mostrado en la imagen anterior se obtuvo con el siguiente código:

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/********************************************************************
 * Descripción: Medición del PH con sensor PHE201 + Interfaz PL4502.
 *              Datos mostrados en pantalla LCD JLX12864G.           
 * Placa Arduino: NANO
 * Arduino IDE: 1.8.15
 *
 * www.firtec.com.ar
********************************************************************/
#include "U8glib.h"  // Biblioteca para el control de pantalla
const int analogInPin = A0; 
int sensorValue = 0; 
unsigned long int conversor; 
float b;
int buf[10],temp;
char buffer[20] = "0";
U8GLIB_NHD_C12864 u8g(19, 18, 8, 10, 9);    // Arduino NANO
//U8GLIB_NHD_C12864 u8g(13, 11, 8, 10, 9);  // Arduino UNO 
 
void Medir_PH(void);
 
void draw(void) {
  u8g.setFont(u8g_font_10x20r);
  u8g.drawStr( 8, 17, "Nivel de PH");
  u8g.drawHLine(0,0, 128);    // Linea horizontal superior
  u8g.drawHLine(0,63, 128);   // Linea horizontal inferior
  u8g.drawVLine(0, 1, 64);    // Linea vertical izquierda
  u8g.drawVLine(127, 1, 64);  // Linea vertical derecha
  u8g.setFont(u8g_font_6x12);
  u8g.setFont(u8g_font_osb21);
  u8g.drawStr( 43, 46, buffer);
  u8g.setFont(u8g_font_6x12r);
  u8g.drawStr(10, 60, "Control Hidroponia");
}
/************************************************
**  Configuración del hardware
************************************************/
void setup(void) {
  u8g.setContrast(0); // Configura el contraste
  u8g.setRot180();    // Rota la pantalla (si fuera necesario)
}
/************************************************
**  Bucle principal del programa
************************************************/
void loop(void) {
  u8g.firstPage();  // Muestra la pagina principal
  do {
    draw();
  } 
  while( u8g.nextPage() );
  Medir_PH();       // Obtiene el valor del PH
}
/************************************************
**  Función encargada de medir el PH
**  Sensor:   PHE201 - BNC
**  Inerface: PL4502
************************************************/
void Medir_PH(void){
   for(int i=0;i<10;i++) 
 { 
  buf[i]=analogRead(analogInPin);
  delay(10);
 }
 for(int i=0;i<9;i++)
 {
  for(int j=i+1;j<10;j++)
  {
   if(buf[i]>buf[j])
   {
    temp=buf[i];
    buf[i]=buf[j];
    buf[j]=temp;
   }
  }
 }
 conversor=0;
 for(int i=2;i<8;i++)
 conversor+=buf[i];
 float pHVol=(float)conversor*5.0/1024/6;
 float Valor_PH = -5.70 * pHVol + 21.34;
 dtostrf(Valor_PH, 1, 1, buffer);
 delay(100);
}
//*************** Fin del archivo Firtec Argentina ********************

El código en si es bastante simple quedando bajo el control de la correspondiente biblioteca todo el control de la pantalla LCD.
Desde este link podemos ver como configurar muchas otras fuentes para mostrar los mensajes, también en este otro link tenemos información de otras funciones de la biblioteca U8glib.

[MATERIAL EXTRAÍDO DE UNO DE NUESTROS LIBROS TÉCNICOS]

Esta dirección de correo electrónico está siendo protegida contra los robots de spam. Necesita tener JavaScript habilitado para poder verlo. 

 

 

Una de las grandes diferencias del microcontrolador RP2040 usado en Raspberry PI PICO con cualquier otro controlador, son los bloques PIO, esta serie de microcontroladores esclavos de los dos ARM Cortex M0 integrados que forman su CPU de doble núcleo. Son ocho máquinas de estado que están dedicadas al control de los pines GPIO con independencia total de los núcleos Cortex y que pueden ejecutar sus propios programas para entregar o recibir datos al la CPU.

Estas máquinas de estado están separadas en dos bloques de cuatro máquinas por bloque. Estas máquinas de estados son como procesadores elementales que pueden manejar datos en los pines pero carecen de Unidad de Aritmética y Lógica (ULA) por lo que no pueden realizar operaciones matemáticas ni lógicas solo cuentas incrementales que se utilizan en los bucles.
Si bien el RP2040 puede funcionar a una frecuencia de reloj de 133 Mhz en Raspberry Pico su frecuencia de trabajo máxima es 125 Mhz.
Cada una de estas máquinas puede funcionar a una frecuencia de reloj que se pude configurar con un pre-divisor del reloj principal, el ajuste de frecuencia admite un rango que va desde 1998 Hz (Se toma como frecuencia mas baja 2Khz) a 125.000.000 Hz.
Este rango de frecuencia se obtiene dividiendo el reloj principal (125 Mhz) por un entero de 16 bits.
Cada bloque PIO se identifican como pio 0 y pio 1 y se programan con un tipo particular de ensamblador que solo tiene nueve comandos por lo que a pesar de se ensamblador no resulta tan complejo.
Los PIO son muy útiles cuando necesitamos desarrollar protocolos de comunicación especiales, en la mayoría de los microcontroladores, para implementar un protocolo que no esté soportado por hardware se necesita programar el protocolo y procesar la información bit por bit (lo que se conoce como bit-banging). Esta técnica presenta varios problemas por ejemplo la sincronización de los datos y el uso del procesador principal.
Para cada máquina existe un registro FIFO de entrada y uno de salida, estos FIFO pueden manejar solo cuatro palabras de 32 bits. También hay en cada máquina dos registros de propósitos generales llamados X, Y de 32 bits cada uno.

Como se dijo, cada PIO tiene nueve instrucciones todas se ejecutan en un ciclo de CPU, que les permite realizar diversas tareas de forma simultánea al procesador principal.

  • IN Desplaza bits al registro de entrada
  • OUT Desplaza bits desde el registro de salida a donde se necesite
  • PUSH Envía datos al FIFO RX
  • PULL Envía datos al FIFO TX
  • MOV Mueve datos desde un origen a un destino especificado
  • IRQ Activa o desactiva la bandera de interrupción
  • SET Escribe datos a un destino
  • WAIT Pausa hasta que una acción en particular ocurra
  • JMP Se mueve a un punto diferente del código

La memoria de instrucciones del PIO pude contener hasta 32 comandos y cada máquina tiene un banco con ocho banderas de interrupción que se pueden usar para sincronizar las máquinas entre si o informar a la CPU que hay datos para tratar.
Cada máquina tiene su propio contador de programa (PC) por lo tanto cada una puede ejecutar su propio programa independiente de otra máquina.
Sin embargo, las cuatro máquinas de estado deben usar la memoria de instrucciones compartidas para su programa PIO que puede almacenar hasta 32 instrucciones.
Entonces se podrían escribir cuatro programas separados para esas cuatro máquinas de estado, siempre que el número total de instrucciones no exceda los 32 posibles. Esos programas se ejecutarán independientemente entre sí, solo sincronizados por el reloj del sistema principal que se pueden dividir individualmente para cada máquina de estado.
Un ejemplo de uso podría ser una rutina que recibe datos seriales por dos pines y transfiera a la CPU los caracteres recibidos.
La siguiente función hace eso sin intervención de ninguna biblioteca y evita tener que estar consultando constantemente el registro de recepción de la UART.

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def uart_rx():
    label("inicio") # Rótulo para marcar el inicio
    wait(0, pin, 0) # Espera por el bit de inicio (pin a nivel bajo el tiempo de un bit)
    # Carga el registro x con la cantidad de bits desde el primer bit de datos y espera
    # 10 ciclos + wait + set 12 ciclos. (12*13uS = 156uS)
    set(x, 7)                 [10]
    label("bit_bucle")	# Rótulo para el inicio del bucle contador de bits
    in_(pins, 1)  	# Desplaza un bit desde el pin 3 RX al registro de desplazamiento
    			# Cada bucle toma 8 ciclos, 6 + dec + jmp = 8 (8*13uS = 104uS)
    jmp(x_dec, "bit_bucle")     [6]
    jmp(pin, "terminado")  # Si el pin esta a nivel alto llegó el bit de STOP todo ha salido bien!!
    			# OPSS!! Si el programa pasa por este punto algo salió mal
    irq(block, 4)      	# Coloca bandera para avisar que los datos del FIFO no son válidos
    wait(1, pin, 0) 	# Espera que el pin de datos este bajo
    jmp("inicio") 	# No hacer nada y retorna al inicio
    label("terminado") 	# Rótulo final, todo ha salido bien y se ha recibido un carácter!!
    push(block)		# Colocar el contenido del registro FIFO en el registro de salida para procesarlo

El ejemplo supone que se ha fijado el reloj de la máquina de estado a una frecuencia de 76800 Hz con tiempo de CPU de 13uS. Las comunicaciones se han fijado a 9600 baudios con un tiempo de bits de 104.1 uS.

(Material extraído de uno de nuestros libros para MicroPython).

 

Las semillas necesitan tener condiciones propicias para germinar y una de ellas es la temperatura, por eso si queremos adelantar la época de siembra para adelantar los cultivos unos meses será necesario proporcionar la temperatura adecuada.  
Un semillero de cama caliente no es mas que un semillero al cual le estamos añadiendo un componente que haga que suba la temperatura ambiente y así nuestra semilla pueda germinar, casos como por ejemplo los tomates o los pimientos son plantas que sin una temperatura de unos 20ºC o 25ºC no germinarían.
Con este proyecto podemos construir semillero de cama caliente con un costo muy económico. 
Para esto solo necesitaremos una bandeja de plástico algo gruesa no muy profunda, un cable calefactor, un poco de arena, piedra sanitaria para gatos y un poco de electrónica.

Caja de plástico con el cable calefactor instalado.

En el fondo de la caja colocamos un colchón de arena para que el cable no este en contacto directo con la caja de plástico, luego cubrimos la arena con una fina capa de piedras sanitarias para gatos, esto por si algo de agua de las bandejas de germinación se filtra al sustrato.

Piedras sanitarias sobre la capa de arena.

Para contener la electrónica se usó una caja estanca que se adosó a la caja que contiene las bandejas de cultivo.

Caja conteniendo toda la electrónica.

El sistema de control está compuesto por un Arduino NANO que ejecuta un programa PID para controlar un contactor de estado solido opto-acoplado.
La caja de control se comunica mediante un enlace Bluetooth a un móvil donde envía la temperatura del sustrato y la potencia aplicada al cable calefactor. (Se puede usar cualquier aplicación para visualizar los datos enviados).
El código para Arduino es el siguiente.

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   Descripción: Ejemplo para PID usando las bibliotecas de Arduino
                El objetivo es mantener la temperatura dentro de una
                caja de acuerdo al valor de un Set Point.
                El sensor usado es un DS18B20 conectado en el pin 10 
                y la salida para el control PID en el pin 3 (PWM).
                El envío de datos se hace mediante un enlace Bluetooth
                Kp, Ki y Kd se ajustan de manera experimental.
 
   Placa Arduino: NANO
   Arduino IDE: 1.8.13
   www.firtec.com.ar
************************************************************************************/
#include <PID_v1.h>
#include <OneWire.h>
#include <avr/wdt.h>
#include <DallasTemperature.h>
#include <SoftwareSerial.h>
#define ledPin 13   
#define alarma 14   
SoftwareSerial mySerial(11, 12); 
 
OneWire UnWire(10);
DallasTemperature sensor(&UnWire);
byte retardo = 0;   // Usado para enviar datos por Bluetooth cada 5 segundos
int salidaPWM = 3;  					// Salida de señal PWM
double temp, error, Setpoint, Output; 	// Variables del PID
double Kp = 7, Ki = 8.5, Kd = 4.5; 		// Ajustes empírico del PID
byte potencia;
char buffer[10] = "";
volatile bool flag_txt = false;
PID myPID(&temp, &Output, &Setpoint, Kp, Ki, Kd, DIRECT);
 
long map(long x, long in_min, long in_max, long out_min, long out_max){
  return (x - in_min) * (out_max - out_min) / (in_max - in_min) + out_min;
}
 
void setup() {
  pinMode(ledPin, OUTPUT);
  pinMode(alarma, OUTPUT);
  digitalWrite(alarma, LOW); 
  noInterrupts(); 
  TCCR1A = 0;                // El registro de control A queda todo en 0
  TCCR1B = 0;                // limpia registrador
  TCNT1  = 0;                // Inicialíza el temporizador
  OCR1A = 0x3D09;            // Carga el registrador de comparación: 16MHz/1024/1Hz = 15625 = 0X3D09
  TCCR1B |= (1 << WGM12)|(1<<CS10)|(1 << CS12);   // Modo CTC, prescaler de 1024: CS12 = 1 e CS10 = 1  
  TIMSK1 |= (1 << OCIE1A);  // Habilita interrupción por igualdad de comparación
  TIMSK1 |= (1 << TOIE1);   
  interrupts();             
  mySerial.begin(9600);
  pinMode(salidaPWM, OUTPUT);  
  Setpoint = 30;
  myPID.SetMode(AUTOMATIC); // Configura y activa PID
  myPID.SetOutputLimits(0, 255);
  wdt_disable();
  wdt_enable(WDTO_4S);
 
}
void loop() {
  wdt_reset(); // Borra el contador del wachdog
  sensor.requestTemperatures();
  temp = sensor.getTempCByIndex(0);
  myPID.Compute(); // Calcula salida PWM
  analogWrite(salidaPWM, Output);
  dtostrf(temp, 2, 1, buffer);
  if((temp < 28) | (temp > 32)) // Alarma por debajo de 28 o superior a 32
    digitalWrite(alarma, HIGH); 
  else
    digitalWrite(alarma, LOW); 
  potencia = map(Output, 0, 255, 0, 100); // Escala la potencia del calefator
  if(flag_txt == true){
    retardo++;
    if(retardo == 5){   // Enviar datos por Bluetooth?
      mySerial.print("Temperatura Sustrato: ");
      mySerial.println(buffer);
      mySerial.print("Calefactor al ");
      mySerial.print(potencia);
      mySerial.println("%");
      retardo = 0;
      wdt_reset(); 		// Borra el contador del wachdog
    }
    wdt_reset(); 		// Borra el contador del wachdog
    flag_txt = false; 	// Borra bandera de INTE
  }
 
}
 
ISR(TIMER1_COMPA_vect) // Interrupción por igualdad de de comparación en TIMER1
{
   flag_txt = true;    // Bandera para controlar el Bluetooth
}

Placa Arduino montada en la caja estanca.

El sensor de temperatura es un DS18B20 conectado al pin 10 de Arduino, el sensor se coloca en algún punto alejado del cable calefactor para tener una medición mas exacta de la temperatura de todo el sustrato.
Para el control PID se utiliza una biblioteca que resuelve todos los enredos matemáticos del PID.
Para el control de potencia podemos usar un relay de estado sólido o un Triac y un opto-acoplador con detección de cruce por cero.


Relay de estado sólido usado en el ejemplo.

Con un sistema como el propuesto podemos realizar siembras de tomates, morrones, berenjenas, etc a mediados de Julio para tener plantines listo para el trasplante a fines de Septiembre y cosechar los primeros frutos al inicio de Diciembre.

También se puede agregar una iluminación adecuada para el crecimiento de plantas.

El funcionamiento del proyecto tiene un resultado excelente, probado en climas de Argentina.
Material extraído del libro "PROYECTOS CON ELECTRÓNICA".

  

 

MicroPython es una implementación del lenguaje de programación Python 3, escrita totalmente en C y optimizada para poder ejecutarse en la mememoria de un microcontrolador.
Realmente es un compilador completo del lenguaje Python y un motor e intérprete en tiempo de ejecución, que funciona en el hardware del microcontrolador, el programa se ejecuta en la memoria Flash como cualquier otro programa en C. Al usuario se le presenta una línea de comandos interactiva que soporta la ejecución inmediata de órdenes. Se incluye una selección de bibliotecas fundamentales de Python con soporte para módulos que permiten al programador el acceso al hardware en bajo nivel. Originalmente lo creó el programador y físico australiano Damien George y en la actualidad MicroPython soporta un amplio número de arquitecturas basadas en ARM, Arduino, PIC, ESPxx y también plataformas de IOT.

Raspberry PI Pico.

Es una nueva placa con un microcontrolador que ha diseñado la fundación Raspberry. Un nuevo producto que se une a los ya existentes y que se parece más a Arduino que a cualquier placa Raspberry PI anterior.
Además, guarda otra gran sorpresa que ha sorprendido a todos, y va más allá de su reducido tamaño, magnífica eficiencia o su precio igual o inferior a un Arduino y es que la Fundación Raspberry ha diseñando su propio chip, el RP2040 que integra dos núcleos Cortex M0 y una frecuencia de  reloj de 133 Mhz.
Siendo la primera vez que no han usado los chips de Broadcom como en otras placas, sino que lo han diseñado ellos mismos.
Un diseño creado en casa para potenciar esta placa ultra-pequeña y ultra fina y diseñada para proyectos donde el tamaño y el consumo sea importante, como algunas aplicaciones empotradas o embebidas de robótica, industria, automoción, aplicaciones médicas, estaciones meteorológicas, etc.
La pequeña placa cuenta además con 264 kB de memoria SRAM y 2MB de Flash On-Board, puertos SPI, I2C, UART, canales A/D, etc,
mas todo el poder de dos núcleos ARM Cortex M0.
La verdad es que si se  considera el costo de esta placa, su desempeño y velocidad es sin duda una opción muy interesante para todo tipo de proyectos.

Raspberry Pico & Micropython.

Sin duda una gran combinación, todo el poder de los núcleos Cortex bajo el control de Python y con la posibilidad de utilizar los módulos Python para una gran variedad de sensores y dispositivos periféricos. En el siguiente vídeo se puede ver el manejo de un sensor BME280, una pantalla LCD de 20 caracteres y cuatro líneas, todo conectado a Raspberry Pico bajo el control de MicroPython. 

El módulo para el control del sensor es el siguiente:

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from machine import I2C
import time
 
# BME280 default address.
BME280_I2CADDR = 0x76
 
# Operating Modes
BME280_OSAMPLE_1 = 1
BME280_OSAMPLE_2 = 2
BME280_OSAMPLE_4 = 3
BME280_OSAMPLE_8 = 4
BME280_OSAMPLE_16 = 5
 
# BME280 Registers
 
BME280_REGISTER_DIG_T1 = 0x88  # Trimming parameter registers
BME280_REGISTER_DIG_T2 = 0x8A
BME280_REGISTER_DIG_T3 = 0x8C
 
BME280_REGISTER_DIG_P1 = 0x8E
BME280_REGISTER_DIG_P2 = 0x90
BME280_REGISTER_DIG_P3 = 0x92
BME280_REGISTER_DIG_P4 = 0x94
BME280_REGISTER_DIG_P5 = 0x96
BME280_REGISTER_DIG_P6 = 0x98
BME280_REGISTER_DIG_P7 = 0x9A
BME280_REGISTER_DIG_P8 = 0x9C
BME280_REGISTER_DIG_P9 = 0x9E
 
BME280_REGISTER_DIG_H1 = 0xA1
BME280_REGISTER_DIG_H2 = 0xE1
BME280_REGISTER_DIG_H3 = 0xE3
BME280_REGISTER_DIG_H4 = 0xE4
BME280_REGISTER_DIG_H5 = 0xE5
BME280_REGISTER_DIG_H6 = 0xE6
BME280_REGISTER_DIG_H7 = 0xE7
 
BME280_REGISTER_CHIPID = 0xD0
BME280_REGISTER_VERSION = 0xD1
BME280_REGISTER_SOFTRESET = 0xE0
 
BME280_REGISTER_CONTROL_HUM = 0xF2
BME280_REGISTER_CONTROL = 0xF4
BME280_REGISTER_CONFIG = 0xF5
BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA = 0xF7
BME280_REGISTER_TEMP_DATA = 0xFA
BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA = 0xFD
 
 
class Device:
  """Class for communicating with an I2C device.
 
  Allows reading and writing 8-bit, 16-bit, and byte array values to
  registers on the device."""
 
  def __init__(self, address, i2c):
    """Create an instance of the I2C device at the specified address using
    the specified I2C interface object."""
    self._address = address
    self._i2c = i2c
 
  def writeRaw8(self, value):
    """Write an 8-bit value on the bus (without register)."""
    value = value & 0xFF
    self._i2c.writeto(self._address, value)
 
  def write8(self, register, value):
    """Write an 8-bit value to the specified register."""
    b=bytearray(1)
    b[0]=value & 0xFF
    self._i2c.writeto_mem(self._address, register, b)
 
  def write16(self, register, value):
    """Write a 16-bit value to the specified register."""
    value = value & 0xFFFF
    b=bytearray(2)
    b[0]= value & 0xFF
    b[1]= (value>>8) & 0xFF
    self.i2c.writeto_mem(self._address, register, value)
 
  def readRaw8(self):
    """Read an 8-bit value on the bus (without register)."""
    return int.from_bytes(self._i2c.readfrom(self._address, 1),'little') & 0xFF
 
  def readU8(self, register):
    """Read an unsigned byte from the specified register."""
    return int.from_bytes(
        self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 1),'little') & 0xFF
 
  def readS8(self, register):
    """Read a signed byte from the specified register."""
    result = self.readU8(register)
    if result > 127:
      result -= 256
    return result
 
  def readU16(self, register, little_endian=True):
    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, with the
    specified endianness (default little endian, or least significant byte
    first)."""
    result = int.from_bytes(
        self._i2c.readfrom_mem(self._address, register, 2),'little') & 0xFFFF
    if not little_endian:
      result = ((result << 8) & 0xFF00) + (result >> 8)
    return result
 
  def readS16(self, register, little_endian=True):
    """Read a signed 16-bit value from the specified register, with the
    specified endianness (default little endian, or least significant byte
    first)."""
    result = self.readU16(register, little_endian)
    if result > 32767:
      result -= 65536
    return result
 
  def readU16LE(self, register):
    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in little
    endian byte order."""
    return self.readU16(register, little_endian=True)
 
  def readU16BE(self, register):
    """Read an unsigned 16-bit value from the specified register, in big
    endian byte order."""
    return self.readU16(register, little_endian=False)
 
  def readS16LE(self, register):
    """Read a signed 16-bit value from the specified register, in little
    endian byte order."""
    return self.readS16(register, little_endian=True)
 
  def readS16BE(self, register):
    """Read a signed 16-bit value from the specified register, in big
    endian byte order."""
    return self.readS16(register, little_endian=False)
 
 
class BME280:
  def __init__(self, mode=BME280_OSAMPLE_1, address=BME280_I2CADDR, i2c=None,
               **kwargs):
    # Check that mode is valid.
    if mode not in [BME280_OSAMPLE_1, BME280_OSAMPLE_2, BME280_OSAMPLE_4,
                    BME280_OSAMPLE_8, BME280_OSAMPLE_16]:
        raise ValueError(
            'Unexpected mode value {0}. Set mode to one of '
            'BME280_ULTRALOWPOWER, BME280_STANDARD, BME280_HIGHRES, or '
            'BME280_ULTRAHIGHRES'.format(mode))
    self._mode = mode
    # Create I2C device.
    if i2c is None:
      raise ValueError('An I2C object is required.')
    self._device = Device(address, i2c)
    # Load calibration values.
    self._load_calibration()
    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, 0x3F)
    self.t_fine = 0
 
  def _load_calibration(self):
 
    self.dig_T1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_T1)
    self.dig_T2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T2)
    self.dig_T3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_T3)
 
    self.dig_P1 = self._device.readU16LE(BME280_REGISTER_DIG_P1)
    self.dig_P2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P2)
    self.dig_P3 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P3)
    self.dig_P4 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P4)
    self.dig_P5 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P5)
    self.dig_P6 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P6)
    self.dig_P7 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P7)
    self.dig_P8 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P8)
    self.dig_P9 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_P9)
 
    self.dig_H1 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H1)
    self.dig_H2 = self._device.readS16LE(BME280_REGISTER_DIG_H2)
    self.dig_H3 = self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H3)
    self.dig_H6 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H7)
 
    h4 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H4)
    h4 = (h4 << 24) >> 20
    self.dig_H4 = h4 | (self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) & 0x0F)
 
    h5 = self._device.readS8(BME280_REGISTER_DIG_H6)
    h5 = (h5 << 24) >> 20
    self.dig_H5 = h5 | (
        self._device.readU8(BME280_REGISTER_DIG_H5) >> 4 & 0x0F)
 
  def read_raw_temp(self):
    """Reads the raw (uncompensated) temperature from the sensor."""
    meas = self._mode
    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL_HUM, meas)
    meas = self._mode << 5 | self._mode << 2 | 1
    self._device.write8(BME280_REGISTER_CONTROL, meas)
    sleep_time = 1250 + 2300 * (1 << self._mode)
 
    sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575
    sleep_time = sleep_time + 2300 * (1 << self._mode) + 575
    time.sleep_us(sleep_time)  # Wait the required time
    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA)
    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 1)
    xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_TEMP_DATA + 2)
    raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4
    return raw
 
  def read_raw_pressure(self):
    """Reads the raw (uncompensated) pressure level from the sensor."""
    """Assumes that the temperature has already been read """
    """i.e. that enough delay has been provided"""
    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA)
    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 1)
    xlsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_PRESSURE_DATA + 2)
    raw = ((msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb) >> 4
    return raw
 
  def read_raw_humidity(self):
    """Assumes that the temperature has already been read """
    """i.e. that enough delay has been provided"""
    msb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA)
    lsb = self._device.readU8(BME280_REGISTER_HUMIDITY_DATA + 1)
    raw = (msb << 8) | lsb
    return raw
 
  def read_temperature(self):
    """Get the compensated temperature in 0.01 of a degree celsius."""
    adc = self.read_raw_temp()
    var1 = ((adc >> 3) - (self.dig_T1 << 1)) * (self.dig_T2 >> 11)
    var2 = ((
        (((adc >> 4) - self.dig_T1) * ((adc >> 4) - self.dig_T1)) >> 12) *
        self.dig_T3) >> 14
    self.t_fine = var1 + var2
    return (self.t_fine * 5 + 128) >> 8
 
  def read_pressure(self):
    """Gets the compensated pressure in Pascals."""
    adc = self.read_raw_pressure()
    var1 = self.t_fine - 128000
    var2 = var1 * var1 * self.dig_P6
    var2 = var2 + ((var1 * self.dig_P5) << 17)
    var2 = var2 + (self.dig_P4 << 35)
    var1 = (((var1 * var1 * self.dig_P3) >> 8) +
            ((var1 * self.dig_P2) >> 12))
    var1 = (((1 << 47) + var1) * self.dig_P1) >> 33
    if var1 == 0:
      return 0
    p = 1048576 - adc
    p = (((p << 31) - var2) * 3125) // var1
    var1 = (self.dig_P9 * (p >> 13) * (p >> 13)) >> 25
    var2 = (self.dig_P8 * p) >> 19
    return ((p + var1 + var2) >> 8) + (self.dig_P7 << 4)
 
  def read_humidity(self):
    adc = self.read_raw_humidity()
    # print 'Raw humidity = {0:d}'.format (adc)
    h = self.t_fine - 76800
    h = (((((adc << 14) - (self.dig_H4 << 20) - (self.dig_H5 * h)) +
         16384) >> 15) * (((((((h * self.dig_H6) >> 10) * (((h *
                          self.dig_H3) >> 11) + 32768)) >> 10) + 2097152) *
                          self.dig_H2 + 8192) >> 14))
    h = h - (((((h >> 15) * (h >> 15)) >> 7) * self.dig_H1) >> 4)
    h = 0 if h < 0 else h
    h = 419430400 if h > 419430400 else h
    return h >> 12
 
  @property
  def temperature(self):
    "Return the temperature in degrees."
    t = self.read_temperature()
    ti = t // 100
    td = t - ti * 100
    return "{}.{:02d}c".format(ti, td)
 
  @property
  def pressure(self):
    "Return the temperature in hPa."
    p = self.read_pressure() // 256
    pi = p // 100
    pd = p - pi * 100
    return "{}.{:02d}hPa".format(pi, pd)
 
  @property
  def humidity(self):
    "Return the humidity in percent."
    h = self.read_humidity()
    hi = h // 1024
    hd = h * 100 // 1024 - hi * 100
    return "{}.{:01d}%".format(hi, hd)

El control del LCD y lectura del sensor lo realiza el siguiente código MicroPython:

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from machine import Pin, I2C
from time import sleep
import BME280
import utime
 
# Define the i2c interface on pins 1 and 2. Ground is taken from pin 3 and 3.3v from pin 36 (3V3(OUT))
sda = machine.Pin(0)  # GP_0
scl = machine.Pin(1)  # GP_1
 
i2c = machine.I2C(0, sda=sda, scl=scl, freq=100000)
#-------------------------------------------------
class LCD(object):
    # Pinout en uso para el LCD
    PINS = [2, 3, 4, 5, 6, 7]
    # Denominación de pines (no cambiar)
    PIN_NAMES = ['RS','E','D4','D5','D6','D7']
 
    # Diccionario de pines
    pins = {}
 
    # Pin en modo push-pull
    PIN_MODE = Pin.OUT
   
    LCD_WIDTH = 20 # LCD 2004 tiene 20 caracteres por 4 lineas
    # Designación para el modo caracter o comando
    LCD_CHR = True
    LCD_CMD = False
 
    LINES = {
        0: 0x80, # Dirección de la primer linea en RAM 
        1: 0xC0, # Dirección de la segunda linea en RAM
        2: 0x94, # Dirección de la tercer linea en RAM
        3: 0xD4  # Dirección de la cuarta linea en RAM
    }
 
    # Constantes de tiempos
    E_PULSE = 1
    E_DELAY = 1
 
    def init(self):
        # Configurar pines
        for pin, pin_name in zip(self.PINS, self.PIN_NAMES):
            self.pins['LCD_'+pin_name] = Pin(pin, self.PIN_MODE)
        # Iniciar display
        self.lcd_byte(0x33,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x32,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x28,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x0C,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x06,self.LCD_CMD)
        self.lcd_byte(0x01,self.LCD_CMD)
 
    def clear(self):
        # Limpiar pantalla
        self.lcd_byte(0x01,self.LCD_CMD)
 
    def set_line(self, line):
        # Definir la linea donde se escribira
        self.lcd_byte(self.LINES[line], self.LCD_CMD)
 
    def set_string(self, message):
        # Envio de una caena de texto
        m_length = len(message)
        if m_length < self.LCD_WIDTH:
            short = self.LCD_WIDTH - m_length
            blanks=str()
            for i in range(short):
                blanks+=' '
            message+=blanks
        for i in range(self.LCD_WIDTH):
            self.lcd_byte(ord(message[i]), self.LCD_CHR)
 
    def lcd_byte(self, bits, mode):
        # Envía un byte de datos
        # bits = data
        # mode = True  para caracter
        #        False para comando
 
        self.pin_action('LCD_RS', mode) # RS
 
        # Parte alta de los bits
        self.pin_action('LCD_D4', False)
        self.pin_action('LCD_D5', False)
        self.pin_action('LCD_D6', False)
        self.pin_action('LCD_D7', False)
        if bits&0x10==0x10:
            self.pin_action('LCD_D4', True)
        if bits&0x20==0x20:
            self.pin_action('LCD_D5', True)
        if bits&0x40==0x40:
            self.pin_action('LCD_D6', True)
        if bits&0x80==0x80:
            self.pin_action('LCD_D7', True)
 
        # Toggle el pin 'Enable'
        self.udelay(self.E_DELAY)
        self.pin_action('LCD_E', True)
        self.udelay(self.E_PULSE)
        self.pin_action('LCD_E', False)
        self.udelay(self.E_DELAY)
 
        # Parte baja de los bits
        self.pin_action('LCD_D4', False)
        self.pin_action('LCD_D5', False)
        self.pin_action('LCD_D6', False)
        self.pin_action('LCD_D7', False)
        if bits&0x01==0x01:
            self.pin_action('LCD_D4', True)
        if bits&0x02==0x02:
            self.pin_action('LCD_D5', True)
        if bits&0x04==0x04:
            self.pin_action('LCD_D6', True)
        if bits&0x08==0x08:
            self.pin_action('LCD_D7', True)
 
        # Toggle el pin 'Enable' 
        self.udelay(self.E_DELAY)
        self.pin_action('LCD_E', True)
        self.udelay(self.E_PULSE)
        self.pin_action('LCD_E', False)
        self.udelay(self.E_DELAY)
        
    def udelay(self, us):
        # Esperar microsegundos
        utime.sleep_ms(us)
 
    def pin_action(self, pin, high):
        # Cambiar pines alto o bajo
        if high:
            self.pins[pin].value(1)
        else:
            self.pins[pin].value(0)
 
display = LCD()
display.init()
display.set_line(0)
display.set_string("--------------------")
display.set_line(1)
display.set_string("--------------------")
display.set_line(2)
display.set_string("--------------------")
display.set_line(3)
 
while True:
  bme = BME280.BME280(i2c=i2c)
  temp = bme.temperature
  hum = bme.humidity
  pres = bme.pressure
  # Descomentar para grados Fahrenheit
  #temp = (bme.read_temperature()/100) * (9/5) + 32
  #temp = str(round(temp, 2)) + 'F'
  print('Temperatura: ', temp)
  print('Humedad: ', hum)
  print('Presion: ', pres)
  display.set_line(0)
  display.set_string("Temperatura:" + temp)
  display.set_line(1)
  display.set_string("Humedad:" + hum)
  display.set_line(2)
  display.set_string("Presion:" + pres)
  display.set_line(3)
  display.set_string("www.firtec.com.ar")
 
  sleep(5)

Para programar y editar el código utilizamos Thonny, si bien su funcionamiento es muy básico, con el podemos realizar todas las tareas con MicroPython y una gran variedad de dispositivos. Como se ve en la siguiente imagen, en la consola podemos ver lo mismo que en la pantalla LCD vinculada a la placa. Thonny resulta interesante para hacer un seguimiento del estado funcional de la electrónica bajo prueba independiente de lo que estemos viendo en la pantalla LCD.

Material extraído de nuestro libro "Electrónica con MicroPython".