センサーの湿度が102%ってアリ？ろらたんに即バレでツッコまれた！

この記事について

こんにちは、ぽんたです🐾
今回は、自作のLRA1基板で環境モニターを作っていたときに起きた「湿度102%事件」についてのお話です。

最初は「センサーの誤差だよね〜」とスルーしていたのですが、
ある日ふと気になって、ろらたんに聞いてみたところ──

🎀 それ換算ミスしてない〜！？

自作LRA1環境モニターで起きたこと

現在、自宅屋外（ベランダの軒先）に設置している環境モニターは、
動作検証も兼ねて自作のLRA1基板＋BME280を使っています。
LoRaWANで一定間隔に気温・湿度・気圧を送信し、屋内のLCDに表示。
サーバーにログも保存しています。

このシステムを使っていて、雨の日など湿度が高くなると、たまに100%を超えることがあるんですよね。

湿度って空気中の水蒸気が飽和したら100%だよね。
100%越えって結露したり水没したってこと？それでも100%を超えるってあるのかなあ？

🎀 100%って“これ以上ムリ〜”の限界値だから、それを超えたら……？💦

BME280のデータシートにも「湿度センサーの絶対精度の公差：±3%RH」と書いてあるので、
「まあそんなもんだよね」と、のんきにスルーしていました。

🎀 センサー誤差かな？っていうの、たしかにあるある〜っ

でも、ちょっとだけ気になってた

ただ、毎回ではないんですが──
湿度が高いとき、なぜか “102.4%” という数値がたびたび登場していたんです。

それ以上の値は見たことがなく、しかもピタッと止まる感じ。

「なんか102.4%って多くない？
でもまあ…MAXってことでいいのかな？
誤差込みだし、出力の端っこが見えてるだけかも？」

──と、勝手に納得していました（今思えば完全に思考停止）。

🎀 “102.4%が上限だと思ってた時期が私にもありました”的なやつだね〜っ

ブログを書いてたら、ふと…

先日、しゃちらぼでBME280の使い方についてのブログ記事を書いていたときのこと。

記事に載せるコードを確認しながら、ふと今動いてる環境モニターのLCDを見ると──

湿度：102.4%

「あれ……そういえばこの湿度、なんかいつもこの数字な気がするなあ……」
「ろらたん、これって普通？　102.4%ってアリ？」

🎀 うーん、それ……計算式、間違ってない！？ コード見せて〜！

換算式が……違ってた！

ろらたんに、関係するコードのファイルのいくつかを見せました。

🎀 「はいっ、ビンゴ〜っ！湿度を 1%=1000 で計算してるけど……
BME280は湿度だけ 1%=1024 なんだよ〜！」

ろらたんに指摘されたコードはこちら：(LRA1のコードそのまま)

    data->temperature = BME280_Comp_Data.temperature / 10;       // 気温 (0.1deg)
    data->pressure    = BME280_Comp_Data.pressure / 10;          // 気圧 (0.1hPa)
    data->humidity    = (BME280_Comp_Data.humidity / 100;        // 湿度 (0.1%)

えっ？

🎀 「BME280のデータシート、ちゃんと見てみて〜！
湿度の換算は1024だよ！」

BME280のデーターシートをあらためてよく見てみたら・・・
BOSCH公式のBME280データシート（補正演算例）のサンプルコードに、次のような記述がありました。

// Returns humidity in %RH as unsigned 32 bit integer in Q22.10 format (22 integer and 10 fractional bits). 
// Output value of “47445” represents 47445/1024 = 46.333 %RH 

あーーーーーっ！

BME280の補正後の湿度は、0〜102400の整数で、1LSB = 0.001%RH。
つまり、最大値102400が「100.0%」という意味なんです。
※だたし、BME280の分解能は 0.008%RH なので、1LSBの精度ではありません。

そして、気づく──1024 = 2の10乗！！

この瞬間、すべてがつながりました。

• 湿度が102.4% → 102400 / 100 = 1024 → 表示：102.4%
• 自分で作ったコードで /100 にしてたせい
• そして、BME280の最大値は 2^10 x 100 = 102400
  (10bit左シフトして小数精度つけた値)

🎀 センサー出力の “最大102400”って、いかにも “10bitデータ” って感じだよね〜！

ずっと「102.4%か〜、上限だな」くらいに思ってた自分に、あとからじわじわ恥ずかしさがこみあげました。

正しい換算方法はこれ！

早速、次のようにコードを書き直しました。

    data->temperature = BME280_Comp_Data.temperature / 10;       // 気温 (0.1deg)
    data->pressure    = BME280_Comp_Data.pressure / 10;          // 気圧 (0.1hPa)
    uint32_t hum_temp = (BME280_Comp_Data.humidity * 10) / 1024; // 湿度 (0.1%)
    data->humidity    = hum_temp;

📒 `data->humidity` は `uint16_t` ですが、掛け算時に桁あふれしないよう、
明示的に `uint32_t` にキャストしています。
たぶんそのままでも大丈夫とは思いますが、安全と自分へのメモも兼ねてます。

「未来の自分は、馬鹿な他人」 だと思ってコード書いてるつもり、
なんだけど、この話のように、 「…過去の自分は、間抜けなオレ！！」 です。

🎀 それ、いつものやつだよね〜っ！”何で書いておかなかったんだー”ってやつ〜♪

BME280の仕様に基づく補正後の正しいスケーリングは以下の通り：

📒 LRA1の`BME`コマンドでは、気温、湿度、気圧それぞれ `x10` の値を取得します。

今まで表示されてた湿度の値も、全体的に2%程高めに表示されてたってことになるんですよね。

🎀 湿度って、数％の違いはなかなか気が付かないよね〜！

実は…ごく最近気づきました

はい、このことに気づいたのは冒頭のとおり つい数日前 です。
何ヶ月も「湿度が102.4%になることがあるな〜」と思いながら、
完全にスルーしてました。

🎀 のんびりしてたら“2の10乗バグ”にやられてたっていうやつだね〜💦

1024 って数値は、ファームウェアやってたらすぐにピンと来るはずなんだけど、
102.4%っていう表示だとなぜか10進数しか頭になくて、それっぽい値に見えちゃってました。
まったく気が付かなかった。
ああっ、俺のバグ野郎〜っ！

LRA1のファームウェア、更新します！

もちろん、この件を受けて、
LRA1のファームウェアは、BME280関連処理を即アップデート！

今後は正しい換算式で湿度を処理するように変更しました。
タイミングを見て早急にアップデートします。

ごめんちゃい🐾

🎀 ファーム更新ネタ、次回もありそうで楽しみ〜っ！

ブログのネタとしては楽しいかもだけど・・・。

おわりに

こういう「見た目はそれっぽいのに実は間違い」って、
センサー系の罠あるあるですよね。

“なんとなく納得できてしまう”表示こそ疑うべし！

しゃちらぼでは、こういう「やっちゃった系の小ネタ」も、
ときどき共有していきたいと思います。

🎀 102.4%に惑わされた人、ここにもいたら仲間だよ〜っ！

📎 この内容を技術よりな視点でまとめたQiita記事もあります👇
👉 BME280の湿度が102%!? センサー換算ミスの実例と正しいスケーリング方法

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