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Modern Embedded Recipes · 56/152

환경 센서 활용 — BME280 온습압·SHT3x·BMP180 비교

· Hawk · 4분 읽기

#한 줄 요약

“센서 raw value는 그냥 ADC count입니다. 계수와 compensation 공식이 datasheet에 있습니다.” 그걸 따라 적용하면 °C / %RH / hPa가 됩니다.

#어떤 상황에서 쓰나

날씨 스테이션, 실내 공기 monitor, drone barometric altimeter, refrigeration logger, 산업 공정 monitor — 온도·습도·기압 측정은 임베디드의 기본 임무. BME280 (Bosch) 한 chip이 셋을 모두 — I2C/SPI 둘 다 지원. SHT3x (Sensirion)는 온습도만, 더 정확한 ±0.1°C / ±1.5%RH.

이 글은 BME280 SPI driver와 SHT3x I2C driver를 모두 작성합니다.

#핵심 개념

#BME280 chip

Bosch BME280:
Temperature: -40 ~ +85°C, ±1°C
Humidity: 0~100%RH, ±3%
Pressure: 300~1100 hPa, ±1 hPa
I2C address: 0x76 (SDO=GND) or 0x77 (SDO=VDD)
SPI: mode 0 or mode 3, max 10 MHz

#Register map (요약)

Address이름역할
0xD0idchip ID = 0x60
0xE0reset0xB6 write → soft reset
0xF2ctrl_humhumidity oversampling
0xF4ctrl_meastemp/pressure oversampling, mode
0xF5configstandby, filter
0xF7-FEdataraw temp, pressure, humidity (총 8 byte)
0x88-A1calib1T, P calibration
0xE1-F0calib2H calibration

#Compensation 공식

raw ADC → 실제 값 변환은 Bosch가 제공하는 fixed-point 또는 float 공식. datasheet appendix에 있습니다.

// 단순화된 float 공식 (실제는 더 복잡)
double t_fine;
double compensate_temp(int32_t adc_T, const calib_t *c) {
double var1 = (((double)adc_T) / 16384.0 - ((double)c->T1) / 1024.0) * c->T2;
double var2 = ((((double)adc_T) / 131072.0 - ((double)c->T1) / 8192.0) *
(((double)adc_T) / 131072.0 - ((double)c->T1) / 8192.0)) * c->T3;
t_fine = var1 + var2;
return t_fine / 5120.0; // °C
}

손으로 안 짭니다. Bosch BME280 driver (GitHub BoschSensortec/BME280_driver)를 그대로 사용.

#SHT3x — CRC가 들어간 I2C

SHT3x는 모든 measurement에 CRC-8 byte. error detection.

Read response: [MSB] [LSB] [CRC]
CRC-8 polynomial: 0x31
init: 0xFF

CRC가 안 맞으면 재시도. I2C noise 환경에서 중요.

#코드 예제

#1. BME280 SPI driver

#include "bme280_defs.h"
// CS=PA4
#define CS_LOW() GPIOA->BSRR = (1u << (4+16))
#define CS_HIGH() GPIOA->BSRR = (1u << 4)
static uint8_t bme_read(uint8_t reg) {
uint8_t v;
CS_LOW();
spi_xfer8(reg | 0x80); // read = bit7 set
v = spi_xfer8(0xFF);
while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY);
CS_HIGH();
return v;
}
static void bme_read_n(uint8_t reg, uint8_t *buf, uint16_t n) {
CS_LOW();
spi_xfer8(reg | 0x80);
for (uint16_t i = 0; i < n; i++) buf[i] = spi_xfer8(0xFF);
while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY);
CS_HIGH();
}
static void bme_write(uint8_t reg, uint8_t val) {
CS_LOW();
spi_xfer8(reg & 0x7F); // write = bit7 clear
spi_xfer8(val);
while (SPI1->SR & SPI_SR_BSY);
CS_HIGH();
}
// Calibration
typedef struct {
uint16_t T1; int16_t T2, T3;
uint16_t P1; int16_t P2, P3, P4, P5, P6, P7, P8, P9;
uint8_t H1; int16_t H2; uint8_t H3;
int16_t H4, H5; int8_t H6;
} bme_calib_t;
static bme_calib_t cal;
void bme_init(void) {
if (bme_read(0xD0) != 0x60) {
printf("BME280 not found!\n");
return;
}
// Read calibration
uint8_t buf[26];
bme_read_n(0x88, buf, 26);
cal.T1 = buf[0] | (buf[1] << 8);
cal.T2 = buf[2] | (buf[3] << 8);
cal.T3 = buf[4] | (buf[5] << 8);
cal.P1 = buf[6] | (buf[7] << 8);
// ... P2-P9, H1
cal.H1 = buf[25];
bme_read_n(0xE1, buf, 7);
cal.H2 = buf[0] | (buf[1] << 8);
cal.H3 = buf[2];
cal.H4 = (buf[3] << 4) | (buf[4] & 0xF);
cal.H5 = (buf[5] << 4) | (buf[4] >> 4);
cal.H6 = buf[6];
// Configuration: humidity ×1, temp ×1, pressure ×1, normal mode
bme_write(0xF2, 0x01); // ctrl_hum
bme_write(0xF4, (1<<5)|(1<<2)|3); // ctrl_meas: T×1, P×1, normal
bme_write(0xF5, (4<<5)|(0<<2)); // config: 500 ms standby, no filter
}
void bme_read_measurements(float *temp_c, float *pres_hpa, float *rh) {
uint8_t buf[8];
bme_read_n(0xF7, buf, 8);
int32_t adc_P = ((int32_t)buf[0] << 12) | ((int32_t)buf[1] << 4) | (buf[2] >> 4);
int32_t adc_T = ((int32_t)buf[3] << 12) | ((int32_t)buf[4] << 4) | (buf[5] >> 4);
int32_t adc_H = ((int32_t)buf[6] << 8) | buf[7];
*temp_c = compensate_temp(adc_T, &cal);
*pres_hpa = compensate_pres(adc_P, &cal) / 100.0;
*rh = compensate_humid(adc_H, &cal);
}

(compensate_* 함수는 Bosch reference에서 그대로 가져옴.)

#2. SHT3x I2C driver

#define SHT3X_ADDR 0x44 // 또는 0x45
static uint8_t crc8(const uint8_t *data, size_t n) {
uint8_t crc = 0xFF;
for (size_t i = 0; i < n; i++) {
crc ^= data[i];
for (int j = 0; j < 8; j++) {
crc = (crc & 0x80) ? (crc << 1) ^ 0x31 : (crc << 1);
}
}
return crc;
}
int sht3x_read(float *temp_c, float *rh) {
// Trigger single shot, high repeatability
uint8_t cmd[] = {0x24, 0x00};
i2c_write(SHT3X_ADDR, cmd, 2);
delay_ms(20); // high repeatability: max 15.5 ms
uint8_t buf[6];
i2c_read(SHT3X_ADDR, buf, 6);
// Check CRC
if (crc8(&buf[0], 2) != buf[2] || crc8(&buf[3], 2) != buf[5])
return -1;
uint16_t t_raw = (buf[0] << 8) | buf[1];
uint16_t h_raw = (buf[3] << 8) | buf[4];
*temp_c = -45.0f + 175.0f * t_raw / 65535.0f;
*rh = 100.0f * h_raw / 65535.0f;
return 0;
}

SHT3x는 공식이 단순 — 곱셈·덧셈만. BME280과 대조적.

#3. 평균과 outlier 필터

센서는 noise spike가 있습니다. moving average + median filter가 표준.

#define BUF 16
static float temp_buf[BUF];
static int buf_idx;
float temp_smooth(float new) {
temp_buf[buf_idx++] = new;
if (buf_idx >= BUF) buf_idx = 0;
// sort copy, take median
float sorted[BUF];
memcpy(sorted, temp_buf, sizeof(sorted));
for (int i = 1; i < BUF; i++) {
float k = sorted[i]; int j = i - 1;
while (j >= 0 && sorted[j] > k) { sorted[j+1] = sorted[j]; j--; }
sorted[j+1] = k;
}
return sorted[BUF/2];
}

#측정 / 동작 확인

값이 합리적인 범위(20-25°C, 40-60%RH, 1000-1020 hPa)에서 정상 변동해야 합니다.

정상 측정:

  • T = 23.4 °C
  • P = 1013.2 hPa
  • RH = 47.3 %

이상 측정:

  • T = -40.0 °C (sensor 미연결 또는 spi 오류)
  • T = +85.0 °C (calibration 잘못)
  • P = 0 (i2c address 잘못)

검증: 손으로 sensor를 잡으면 온도가 1-2°C 올라야 함. 입김을 불면 RH가 80%+로 튐. 안 변하면 sensor가 동작 안 함.

#자주 보는 함정

⚠️ Calibration data를 읽지 않음

raw ADC만 출력해서 나쁜 값. 항상 calibration 먼저 읽고 compensation 적용.

⚠️ SHT3x command 후 대기 안 함

15 ms 안 기다리고 read하면 이전 measurement 또는 NACK. delay 필수.

⚠️ I2C pull-up 약함

400 kHz fast mode에 internal pull-up만 쓰면 rise time 부족. 4.7 kΩ external.

⚠️ Self-heating

센서 자체 발열로 측정 오차. continuous mode + high oversampling이면 +0.5°C 오차. intermittent mode (1초 한 번 측정 후 sleep) 권장.

⚠️ Calibration overflow

float이 아닌 int 공식에서 overflow. Bosch reference의 int32_t·int64_t 형식 정확히 따라야.

⚠️ CRC를 무시

I2C error가 가끔 발생. CRC 안 보면 spike value가 정상으로 보고됨.

#정리

  • BME280 = T + P + H 통합, I2C/SPI 둘 다, calibration + compensation 공식 필수.
  • SHT3x = T + H, CRC-8 byte가 모든 measurement에 포함.
  • Bosch driver를 그대로 사용, compensation 공식 직접 안 짬.
  • moving average + median filter로 spike 제거.
  • 외부 pull-up 4.7 kΩ, 400 kHz fast mode 안전.

다음 편은 **IMU (가속도·자이로·지자기)**입니다. MPU6050, BMI270 driver와 sensor fusion 입력 단계를 다룹니다.

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Modern Embedded Recipes · 57 of 152

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  59. 59CAN 통신 구현 — bxCAN·Filter·Mailbox·CAN-FD
  60. 60USB Device 기초 — Descriptor·Enumeration·Endpoint·HID/CDC
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  68. 68RTOS Mutex 활용 — Recursive·Priority Inheritance 적용
  69. 69RTOS Queue 활용 — By-Value·By-Reference·Timeout 패턴
  70. 70RTOS Event Group 활용 — Bit Wait·Sync·Notify
  71. 71RTOS Software Timer 활용 — One-shot·Auto-reload·Daemon Task
  72. 72ISR-Safe API 설계 — Reentrant·Atomic·Defer 패턴
  73. 73Priority Inversion 진단·예방 — Mars Pathfinder Lesson 추적
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  77. 77U-Boot 활용 — bootcmd·env·tftp·boot.scr 분석
  78. 78Device Tree 실전 — DTS·DTB·Overlay·Phandle 추적
  79. 79Device Tree Overlay 적용 — Runtime fragment·dtoverlay
  80. 80임베디드 커널 빌드 — defconfig·menuconfig·Image·zImage
  81. 81커널 모듈 기초 — init/exit·Parameter·KBuild·DKMS
  82. 82캐릭터 드라이버 작성 — file_operations·cdev·register_chrdev
  83. 83Platform 드라이버 작성 — probe·remove·of_match·DT 바인딩
  84. 84mmap 4가지 모드 — Anonymous·File·Shared·Huge Page
  85. 85epoll 실전 — LT·ET·ONESHOT·EXCLUSIVE 비교
  86. 86UIO·VFIO 분석 — User-Space Driver와 IOMMU 격리
  87. 87sysfs·configfs 활용 — kobject 기반 User 인터페이스
  88. 88IRQ Affinity 튜닝 — smp_affinity·isolcpus·irqbalance
  89. 89루트 파일시스템 구축 — Buildroot 기초·Package·Toolchain
  90. 90임베디드 동적 메모리 — malloc 위험·결정성·대안 분석
  91. 91메모리 정렬과 패딩 분석 — Natural·Strict Alignment·Trap
  92. 92Cache Line Alignment — alignas·Padding·SoA 적용
  93. 93DMA-Friendly Allocator — dma_alloc_coherent·IOMMU·Pool
  94. 94Zero-Copy Pipeline — DMA-BUF·sendfile·io_uring·splice
  95. 95NUMA Memory Topology — numactl·numa_alloc·HBM 적용
  96. 96SIMD 활용 분석 — Intrinsics·Auto-Vectorization·OpenMP SIMD
  97. 97ARM NEON 심화 — Matrix Multiply·FFT·Image Filter 적용
  98. 98임베디드 스택 분석 — high-water·overflow 탐지
  99. 99임베디드 코드 크기 최적화 — -Os·LTO·Section Garbage Collection
  100. 100임베디드 전력 최적화 — Sleep Mode·Clock Gating·DVFS
  101. 101WCET 분석 기법 — Static·Measurement·Hybrid 방법론
  102. 102Lock-Free Ring Buffer 구현 — SPSC·Power-of-2·Memory Order
  103. 103Wait-Free Signaling — Atomic Flag·Sequence·Latest-Value
  104. 104RCU (Read-Copy-Update) 기초 — Quiescent State·Grace Period
  105. 105Hazard Pointer 분석 — Lock-Free Memory Reclamation
  106. 106Compare-And-Swap 패턴 — Stack·Counter·Linked List 적용
  107. 107Atomic Operation 비용 분석 — Fence·Cache Line·Contention
  108. 108Spinlock vs Mutex 결정 가이드 — Context Switch·Hold Time
  109. 109ABA 문제 회피 — Tagged Pointer·Hazard·Generation Counter
  110. 110False Sharing 해결 — Cache Line Padding·SoA 적용
  111. 111MPMC Queue 구현 — Multi-producer Multi-consumer Lock-Free
  112. 112임베디드 디버깅 마인드셋 — 가설·격리·재현·이분탐색
  113. 113JTAG·SWD 안 붙을 때 — 핀·전압·속도·세션 진단
  114. 114GDB 원격 디버깅 — OpenOCD·J-Link·target remote 구성
  115. 115Cortex-M 하드폴트 분석 — Stacked Frame·CFSR 읽기
  116. 116UART 안 찍힐 때 — Bare-metal 체크리스트
  117. 117임베디드 부팅 실패 진단 — 단계별 Isolation
  118. 118인터럽트 누락·중복 진단 — Priority·Pending·Re-entry 추적
  119. 119메모리 오버플로우·오염 진단 — Canary·MPU·Pattern 분석
  120. 120타이밍·Race 진단 — Heisenbug 잡는 법
  121. 121통신 프로토콜 분석 — Logic Analyzer와 Protocol Decoder
  122. 122임베디드 로깅 시스템 설계 — 레벨·버퍼·SWO·Deferred
  123. 123임베디드 포스트모템 분석 — Core Dump와 Field Crash
  124. 124FPGA 기초 분석 — LUT·FF·BRAM·DSP 자원 구조
  125. 125Vivado 사용법 — Project·Constraint·Synth·Impl·Bitstream
  126. 126PCIe BAR 매핑 분석 — Config Space·Enumeration·MMIO 접근
  127. 127AXI 인터페이스 — AXI4·AXI4-Lite·AXI-Stream 비교
  128. 128Zynq PS-PL 통신 — GP·HP·ACP 인터페이스 선택
  129. 129Mailbox Protocol 분석 — Host와 Accelerator를 잇는 Doorbell
  130. 130Command Queue·Submission Queue — NVMe·XDMA 공통 패턴
  131. 131DMA Completion 메커니즘 — Interrupt·Polling·Completion Ring
  132. 132PCIe Streaming 분석 — BAR Type·MSI-X·Kernel Bypass
  133. 133Vitis HLS 분석 — Pragma·Pipeline II·Dataflow 실전 감각
  134. 134HLS 최적화 기법 — Pipeline·Unroll·Partition·Dataflow
  135. 135Vitis AI 분석 — DPU·xmodel·VART
  136. 136OpenCL on FPGA — Kernel·Channel·Burst Memory 분석
  137. 137Intel Quartus 사용법 — Platform Designer·Nios II·HLS
  138. 138Edge Inference 분석 — Cloud vs Edge·Latency·Privacy
  139. 139NPU 아키텍처 분석 — Ethos·Hexagon·Systolic Array 비교
  140. 140딥러닝 Quantization 분석 — PTQ·QAT·INT8·INT4·Calibration
  141. 141TensorRT 분석 — ONNX→Engine·FP16·INT8·DLA·Multi-Stream
  142. 142TFLite Micro 분석 — Op Resolver·Tensor Arena·Cortex-M
  143. 143ONNX Runtime 분석 — Execution Provider와 Cross-Platform 배포
  144. 144Edge Thermal Management — Throttling·DVFS·Fan Curve·Sustained
  145. 145NVIDIA Jetson 분석 — Nano·Xavier·Orin·Thor·JetPack·DLA·VPI
  146. 146Zero-Copy Camera Pipeline — V4L2·DMA-BUF·GPU Import·NPU 직결
  147. 147온디바이스 LLM 추론 — llama.cpp·GGUF·MLX·KV Cache·NPU Backend
  148. 148Cortex-M33 TF-M·TrustZone — Secure Firmware·PSA·MCUboot
  149. 149Matter·Thread 분석 — IoT 통합 표준·Commissioning·Multi-Fabric
  150. 150PCIe → CXL 진화 — 같은 PHY 위 cache-coherent 프로토콜 추가
  151. 151QEMU CXL Type 3 디바이스 에뮬레이션 — 노트북에서 CXL 개발 환경 구축
  152. 152Linux CXL 드라이버 분석 — cxl_pci·cxl_core·region·DAX