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現象

Weatherduinoという製品のサンプルライブラリをベースにセンシリオン製のSHT-11という温湿度センサーからのデータ取得を行っておりました。

ソースコードを何度確認してもデータシート通りの演算のように見えるのに、観測結果の湿度がいとも簡単に頻繁に100％に達してしまうのです。

Weatherduino用のライブラリはこちらから入手可能です。

このセンサーの入手はストロベリーリナックスが比較的安くて良いでしょう。

Weatherduinoのサンプルプログラムのバグ

さて、本題です。 上記の菅工房のサンプルライブラリG7Weather3.cppのSHT-11の処理では以下の演算部分があります。

// SHT11 温度（℃）・湿度（％）取得
void G7Weather::get_sht11 (float *temp, float *humi) {
       unsigned short sot, sorh;
       float t, rhl, rht;
　
       // 温度読込み
       sht_tsseq();
       sht_write(0x03);
       SHT_SDA_H;
       while (SHT_SDA); // 変換終了待機
       sot = (unsigned short)sht_read(1) << 8;
       sot |= sht_read(1);
       sht_read(0);

       // 湿度読込み
       sht_tsseq();
       sht_write(0x05);
       SHT_SDA_H;
       while (SHT_SDA); // 変換終了待機
       sorh = (unsigned short)sht_read(1) << 8;
       sorh |= sht_read(1);
       sht_read(0);

       // 温度補正 14bit (3.3V)
       sot &= 0x3fff;
       t = -39.66 + 0.01 * (float)sot;
       *temp = t;

       // 湿度補正 12bit
       sorh &= 0x0fff;
       // rhl = -4.0 + 0.0405 * sorh + (-2.8 * 0.000001) * (sorh * sorh); // Ver.3
       rhl = -2.0468 + 0.0367 * (float)sorh + (-1.5955 / 1000000.0) * (float)(sorh * sorh); // Ver.4
       rht = (t - 25.0) * (0.01 + 0.00008 * (float)sorh) + rhl;
       if (rht > 99.0) rht = 100.0;
       *humi = rht;
}

この処理の中でのバグは以下です。

(float)(sorh * sorh)

この部分だけですね。問題があるのは。 sorhという変数はunsigned shortで有効なデータは12ビット分です。単独で使う場合は16ビットで十分ですが2乗すると演算結果は16ビットでは足りなくなります。

バグ修正

なので、以下のように修正の必要があります。

(float)((long)sorh * (long)sorh)

観測データは12ビットなので最大値は4095となります。 それを2乗すると16769025となり16ビットの最大値である65535を 超えてしまっていたわけです。

一方、符号付のlongの正の最大値は2147483647ですので十分に格納可能になります。 この修正により、湿度が簡単に100％になる問題は解消しました。 原因解明に3年かかりました。

ちなみに、写真の基板はWeatherduinoではなく自作品です。 ArduinoUnoとの組み合わせで使っています。