Цифровой барометр (датчик атмосферного давления)
В данном проекте мы рассмотрим подключения датчика давления по интерфейсу I2C к контроллеру Arduino и снятие показаний. Проще говоря мы создадим электронный барометр своими руками.
В качестве датчика давления мы будем использовать BMP085 от фирмы Bosch. Описание и документацию на датчик можно найти здесь. Даташит: BMP085.
BMP085 представляет из себя высокоточный цифровой датчик атмосферного давления с ультранизким энергопотреблением. Также, датчик позволяет измерять температуру. Интерфейс подключения: I2C. Применяется датчик в GPS-навигации, метеостанциях, приборах определения скорости подьема/спуска, в измерителях мощности воздушного потока и т.п.
Информация, которая представлена фирмой Bosch по работе с данным датчиком очень скудная. Разобраться с BMP085 помог сайт Jeelabs
К Arduino, датчик BMP085 подключается также, как и другие I2C устройства: подключите VCC к VCC, GND к GND, SCL к аналоговому выводу 5, а SDA к аналоговому выводу 4. Поставьте подтягивающие (pull-up) резисторы (от 1к до 20к, например 4.7кОм) между SDA, SCL и VCC (на моей плате они уже присутствуют).
Напряжение питания датчика: 1.8-3.6 В. Также, датчик содержит выход EOC, который сигнализирует об окончании процесса измерения и обработки данных. Если EOC=1, то обработка завершена, если EOC=0, то в процессе. EOC подключен к аналоговому выводу 2 Arduino, но не использовался.
К нашей радости, код от Jeenode содержит всю необходимую функциональность, единственное, что я добавил, так это возможность использования всех режимов передискретизации (oversampling). В BMP085 есть возможность задания 4 режимов передискретизации, каждый из которых затрачивает больше времени и энергии, чем предыдущий режим, но в то же время повышает точность измерения.
Итак, программа. Для начала, мы должны сделать возможность считывания всех 16-битных значений с регистров датчика:
int read_int_register(unsigned char r)
{
unsigned char msb, lsb;
Wire.beginTransmission(I2C_ADDRESS);
Wire.send(r); // регистр для чтения
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(I2C_ADDRESS, 2); // считываем 2 байта
while(!Wire.available()) {
// ожидание
}
msb = Wire.receive();
while(!Wire.available()) {
// ожидание
}
lsb = Wire.receive();
return (((int)msb<<8) | ((int)lsb));
}
Далее, нам необходима функция, которая будет записывать значение в 8-ми битный регистр:
char read_register(unsigned char r)
{
unsigned char v;
Wire.beginTransmission(I2C_ADDRESS);
Wire.send(r); // регистр для чтения
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(I2C_ADDRESS, 1); // считываем байт
while(!Wire.available()) {
// ожидание
}
v = Wire.receive();
return v;
}
Затем, нужно определить несколько глобальных переменных для чтения калибровочных данных из Eeprom датчика:
//взято с даташита BMP085 int ac1; int ac2; int ac3; unsigned int ac4; unsigned int ac5; unsigned int ac6; int b1; int b2; int mb; int mc; int md;
void bmp085_get_cal_data() {
Serial.println("Reading Calibration Data");
ac1 = read_int_register(0xAA);
Serial.print("AC1: ");
Serial.println(ac1,DEC);
ac2 = read_int_register(0xAC);
Serial.print("AC2: ");
Serial.println(ac2,DEC);
ac3 = read_int_register(0xAE);
Serial.print("AC3: ");
Serial.println(ac3,DEC);
ac4 = read_int_register(0xB0);
Serial.print("AC4: ");
Serial.println(ac4,DEC);
ac5 = read_int_register(0xB2);
Serial.print("AC5: ");
Serial.println(ac5,DEC);
ac6 = read_int_register(0xB4);
Serial.print("AC6: ");
Serial.println(ac6,DEC);
b1 = read_int_register(0xB6);
Serial.print("B1: ");
Serial.println(b1,DEC);
b2 = read_int_register(0xB8);
Serial.print("B2: ");
Serial.println(b1,DEC);
mb = read_int_register(0xBA);
Serial.print("MB: ");
Serial.println(mb,DEC);
mc = read_int_register(0xBC);
Serial.print("MC: ");
Serial.println(mc,DEC);
md = read_int_register(0xBE);
Serial.print("MD: ");
Serial.println(md,DEC);
}
Снятие показаний всех значений с Eeprom может более эффективным, чем каждый раз записывать и считывать показания с каждого регистра. Т.о. достигается хороший выигрыш по времени.
Данные raw температуры(ut) и давления(up) могут быть считаны как 16 и 24 битные значения:
unsigned int bmp085_read_ut() {
write_register(0xf4,0x2e);
delay(5); //дольше чем 4.5 мс
return read_int_register(0xf6);
}
long bmp085_read_up() {
write_register(0xf4,0x34+(oversampling_setting<<6));
delay(pressure_waittime[oversampling_setting]);
unsigned char msb, lsb, xlsb;
Wire.beginTransmission(I2C_ADDRESS);
Wire.send(0xf6);
Wire.endTransmission();
Wire.requestFrom(I2C_ADDRESS, 3);
while(!Wire.available()) {
// ожидание
}
msb = Wire.receive();
while(!Wire.available()) {
// ожидание
}
lsb |= Wire.receive();
while(!Wire.available()) {
// ожидание
}
xlsb |= Wire.receive();
return (((long)msb<<16) | ((long)lsb<<8) | ((long)xlsb)) >>(8-oversampling_setting);
}
Алгоритм преобразования температуры и давления из raw-данных датчика в реальную температуру (градусы Цельсия) и давление (Паскаль) взят из даташита (плюс некоторые дополнения от Jeenodes):
void bmp085_read_temperature_and_pressure(int* temperature, long* pressure) {
int ut= bmp085_read_ut();
long up = bmp085_read_up();
long x1, x2, x3, b3, b5, b6, p;
unsigned long b4, b7;
//расчет температуры
x1 = ((long)ut - ac6) * ac5 >> 15;
x2 = ((long) mc << 11) / (x1 + md);
b5 = x1 + x2;
*temperature = (b5 + 8) >> 4;
//расчет давления
b6 = b5 - 4000;
x1 = (b2 * (b6 * b6 >> 12)) >> 11;
x2 = ac2 * b6 >> 11;
x3 = x1 + x2;
b3 = (((int32_t) ac1 * 4 + x3)<> 2;
x1 = ac3 * b6 >> 13;
x2 = (b1 * (b6 * b6 >> 12)) >> 16;
x3 = ((x1 + x2) + 2) >> 2;
b4 = (ac4 * (uint32_t) (x3 + 32768)) >> 15;
b7 = ((uint32_t) up - b3) * (50000 >> oversampling_setting);
p = b7 < 0x80000000 ? (b7 * 2) / b4 : (b7 / b4) * 2;
x1 = (p >> 8) * (p >> 8);
x1 = (x1 * 3038) >> 16;
x2 = (-7357 * p) >> 16;
*pressure = p + ((x1 + x2 + 3791) >> 4);
}
Данные температуры и давления рассчитываются в одно и то же время (значения температуры используются для расчета давления).
Скачать скетч для Arduino (исправленный, т.к. в оригинальном неправильно рассчитывалось давление).
Оригинал статьи на английском языке (перевод Колтыков А.В.)