气压传感器BMP180的简单应用

文章目录

  • 一、BMP180
    • 1.介绍
    • 2.主要特点：
    • 3. 典型应用：
    • 4. 原理图
    • 5. 典型应用电路
    • 6. 测量流程
    • 7. 工作模式
  • 二、软件
    • 1.初始化
    • 2.获取原始温度
    • 3.获取真实温度
    • 4.获取原始气压
    • 5.获取真实气压
    • 6.海拔高度的换算
  • 三、总结

一、BMP180

1.介绍

BMP180是一款高精度、小体积、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3μA。BMP180采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，可以通过I2C总线直接与各种微处理器相连。

在这里插入图片描述

2.主要特点：

  1. 压力范围：300-1100hPa（海拔9000米~-500米）
  2. 电源电压：1.8V-3.6V（VDDA），1.62V~3.6V（VDDD）
  3. LCC8封装：无铅陶瓷载体封装（LCC）
  4. 尺寸：3.6mmx3.8x0.93mm
  5. 低功耗：5μA，在标准模式
  6. 高精度：低功耗模式下，分辨率为0.06hPa（0.5米）
  7. 高线性模式下，分辨率为0.03hPa（0.25米）
  8. 含温度输出
  9. I2C接口
  10. 温度补偿
  11. 无铅，符合RoHS规范
  12. MSL 1反应时间：7.5ms
  13. 待机电流：0.1μA
  14. 无需外部时钟电路

3. 典型应用：

  1. GPS精确导航（航位推算，上下桥检测等）
  2. 室内室外导航
  3. 休闲、体育和医疗健康等监测
  4. 天气预报
  5. 垂直速度指示（上升/下沉速度）
  6. 风扇功率控制

4. 原理图

在这里插入图片描述
从原理图可以看出，SCL和SDA是I2C总线的通信引脚，VDD和GND用来接电源的正负极，接3.3V即可。

5. 典型应用电路

BMP180的压力和温度数据，必须通过传感器的校准数据进行补偿计算，校准数据可以通过读取其内部的EEPROM存储器来获取。

BMP180由一个压阻传感器、一个模数转换器和一个控制单元组成与E2PROM和串行I2C接口。如下图所示：

在这里插入图片描述

6. 测量流程

在这里插入图片描述

7. 工作模式

它有4钟工作模式，由过采样率（OSRS）表示，其实就是最大转换时间的不同，如

  1. 超低功耗（ultra low power）= 0，最大转换时间为4.5ms;
  2. 标准（standard） = 1，最大转换时间为7.5ms;
  3. 高精度（high）= 2，最大转换时间为13.5ms;
  4. 超高精度（ultra high resolution)）= 3，最大转换时间为25.5ms。

在这里插入图片描述

二、软件

以下代码来自野火–F407_霸天虎开发板。

1.初始化

BMP180的从机地址为0x77

在这里插入图片描述

示例代码如下：

#define BMP180_I2C_ADDR          0x77
#define BMP180_PROM_START__ADDR  0xaa
#define BMP180_PROM_DATA__LEN    22

 /**
  * @brief	初始化，获取校准参数			
  * @note		在第一次转换前要先调用这个函数，然后用于真实值计算
  */
static void bmp180Init(void)
{
	uint8_t data[22];		
		
	/*	从器件中读取22个校准数据	*/
    i2cRead(BMP180_I2C_ADDR, BMP180_PROM_START__ADDR, BMP180_PROM_DATA__LEN, data);

    /*parameters AC1-AC6*/
    calParam.ac1 = (data[0] << 8) | data[1];
    calParam.ac2 = (data[2] << 8) | data[3];
    calParam.ac3 = (data[4] << 8) | data[5];
    calParam.ac4 = (data[6] << 8) | data[7];
    calParam.ac5 = (data[8] << 8) | data[9];
    calParam.ac6 = (data[10] << 8) | data[11];

    /*parameters B1,B2*/
    calParam.b1 = (data[12] << 8) | data[13];
    calParam.b2 = (data[14] << 8) | data[15];

    /*parameters MB,MC,MD*/
    calParam.mb = (data[16] << 8) | data[17];
    calParam.mc = (data[18] << 8) | data[19];
    calParam.md = (data[20] << 8) | data[21];
}

2.获取原始温度

要获得温度数据，必须先向控制寄存器（地址0xF4）写0x2E，然后等待至少4.5ms，才可以从地址0xF6和0xF7读取十六位的温度数据。

在这里插入图片描述

#define BMP180_I2C_ADDR           0x77
#define BMP180_T_MEASURE          0x2E                // temperature measurent 
#define BMP180_CTRL_MEAS_REG      0xF4
#define BMP180_ADC_OUT_MSB_REG    0xF6

 /**
  * @brief	获取未偏移的原始温度数据，需要等待4.5ms才转换完成		
  * @note		本函数要被循环调用
	*					用到了systick的millis函数获取时间。	
	*	@retval convDone:		ture:转换完成			_FAIL:转换未完成
  */
static uint8_t bmp180GetUT(void)
{
    uint8_t data[2]; 
		
		static uint8_t convDone = _FAIL;	//静态变量，用于标志是否转换完成
		static uint32_t convTime=0;		//静态变量，用于记录开始转换用了多长时间		

		if(convTime==0)								//第一次调用本函数
		{		
			convDone = _FAIL;						//重置标志位		
			i2cWrite(BMP180_I2C_ADDR, BMP180_CTRL_MEAS_REG, BMP180_T_MEASURE);		//控制开始转换温度
			convTime= millis();					//记录开始转换时刻
		}	
		
		if((millis()-convTime) > 5)		//温度转换需要4.5ms	
		{
			i2cRead(BMP180_I2C_ADDR, BMP180_ADC_OUT_MSB_REG, 2, data);						//读取温度转换的数据
			bmp180Val.ut = (data[0] << 8) | data[1];																	//温度数据格式
			
			convDone 	= _SUCCESS;						//转换完成标志
			convTime	= 0;							//重置转换时间
		}
		
		return convDone;
}

3.获取真实温度

在这里插入图片描述

 /**
  * @brief	计算真实温度值		
  * @note		datasheet有公式
  * @param	ut：未偏移的原始温度数据，由bmp180_get_ut	函数得到	
  * @retval	temperature：真实的温度值，单位：0.1摄氏度
  */
static void bmp180CalTemperature(void)
{
    int16_t temperature;
    int32_t x1, x2;
		
	/*	根据转换公式计算参数	*/
    x1 = (((int32_t) bmp180Val.ut - (int32_t) calParam.ac6) * (int32_t) calParam.ac5) >> 15;
    x2 = ((int32_t) calParam.mc << 11) / (x1 + calParam.md);
		
    bmp180Val.paramB5 = x1 + x2;
		
	/*	计算真实温度值	*/
    temperature = (( bmp180Val.paramB5 + 8) >> 4);  // 温度值单位： 0.1 C
		
	bmp180Val.temperature = temperature; //计算完才赋值，减少上层函数调用get时，交给上层中间数据的概率
}

4.获取原始气压

要获得气压数据，必须先向控制寄存器（地址0xF4）写0x34（0x74、0xB4、0xF4），然后等待至少4.5ms，才可以从地址0xF6和0xF6读取16位的气压数据。
在这里插入图片描述

#define BMP180_I2C_ADDR           0x77
#define BMP180_P_MEASURE          0x34                // pressure measurement
#define BMP180_CTRL_MEAS_REG      0xF4
#define BMP180_ADC_OUT_MSB_REG    0xF6

 /**
  * @brief	获取未偏移的原始压力数据
  * @note		获取压力前调用，等待时间：
	*					模式0，4.5ms 模式1，7.5ms	模式2，13.5ms 模式3，25.5ms	
	*					用到了systick的millis函数获取时间。
	*					本函数要被循环调用
	*	@retval convDone:		ture:转换完成			_FAIL:转换未完成
  */
static uint8_t bmp180GetUP(void)
{

     uint8_t data[3]; 
			//uint8_t ctrl=0x0f;
		static uint8_t convDone = _FAIL;	//静态变量，用于标志是否转换完成
		static uint32_t convTime = 0;		//静态变量，用于记录开始转换用了多长时间		

		if(convTime == 0)								//第一次调用本函数
		{		
			convDone = _FAIL;						//重置标志位	BMP180_CTRL_MEAS_REG	
			i2cWrite(BMP180_I2C_ADDR,BMP180_CTRL_MEAS_REG ,(BMP180_P_MEASURE + (OSS<< 6)));	//开始压力转换
			convTime = millis();					//记录开始转换时刻
		}
		if((millis()-convTime) > OSS_TIME)		//判断是否转换完成
		{
			i2cRead(BMP180_I2C_ADDR, BMP180_ADC_OUT_MSB_REG, 3, data);
			bmp180Val.up = (((uint32_t) data[0] << 16) | ((uint32_t) data[1] << 8) | (uint32_t) data[2]) >> (8 - OSS);
			
			convDone 	= _SUCCESS;						//转换完成标志
			convTime	= 0;							//重置转换时间
		}	
		return convDone;
}

5.获取真实气压

在这里插入图片描述

 /**
  * @brief	计算真实压力数据		
  * @note		datasheet有公式	
  * @param	up：未偏移的原始压力数据，由bmp180GetUp函数得到
  * @retval	pressure：真实的压力值，单位：Pa
  */
static void bmp180CalPressure(void)
{
    int32_t  pressure,x1, x2, x3, b3, b6;
    uint32_t b4, b7;
		
	/*	根据公式计算参数	*/
    b6 = bmp180Val.paramB5 - 4000;
    // *****calculate B3************
    x1 = (b6 * b6) >> 12;
    x1 *= calParam.b2;
    x1 >>= 11;

    x2 = (calParam.ac2 * b6);
    x2 >>= 11;

    x3 = x1 + x2;

    b3 = (((((int32_t)calParam.ac1) * 4 + x3) << OSS) + 2) >> 2;

    // *****calculate B4************
    x1 = (calParam.ac3 * b6) >> 13;
    x2 = (calParam.b1 * ((b6 * b6) >> 12) ) >> 16;
    x3 = ((x1 + x2) + 2) >> 2;
    b4 = (calParam.ac4 * (uint32_t) (x3 + 32768)) >> 15;
     
    b7 = ((uint32_t)(bmp180Val.up - b3) * (50000 >> OSS));
    if (b7 < 0x80000000) 
	{
		pressure = (b7 << 1) / b4;
    }
	else 
	{ 
		pressure = (b7 / b4) << 1;
    }

    x1 = pressure >> 8;
    x1 *= x1;
    x1 = (x1 * SMD500_PARAM_MG) >> 16;
    x2 = (pressure * SMD500_PARAM_MH) >> 16;
		
	/*	计算真实压力值	*/
    pressure += (x1 + x2 + SMD500_PARAM_MI) >> 4;   // 压力值单位： Pa
		
	bmp180Val.pressure = pressure; //计算完才赋值，减少错误地把中间数据交给上层的概率 （上层使用get函数获取数据）
}

6.海拔高度的换算

BMP180传感器提供温度和压力的绝对测量值，但不提供海拔高度的直接输出。

由于大气压力随高度升高而降低。

在这里插入图片描述
由上图我们可知，气压与海平面的高度具有近似线性的反比，因此如果我们测量了某地的气压，我们可以使用简单的数学运算从海平面计算海拔高度。

 /**
  * @brief		更新气压、温度计数据	
  * @note			本函数要被循环调用,整个转换时间30ms
  * @param		tempData,温度数据指针，若数据更新了，本函数会把tempData的isNew标志置1
  * @retval	
  */
static void bmp180TempUpdate(SENSOR_DATA_T *tempData)
{
	static uint8_t state = 0;
	
	isNew = tempData ->isNew;			//isNew静态变量用来同步tempData的isNew变量
										//isNew静态变量同步得的信息在后面会在presUpdate和altiUpdate函数使用	
	switch(state)
	{
		case 0:
				if(bmp180GetUT() == _SUCCESS)		//温度转换
					state++;						//温度转换完成，进入压力转换状态
					break;					
		case 1:
				if(bmp180GetUP() == _SUCCESS)		//压力转换
					state++;						//压力转换完成，开始真实值计算
					break;					
		case 2:
				bmp180CalTemperature();			//真实值计算
				bmp180CalPressure();
											
				bmp180Val.altitude = (1.0f - pow(bmp180Val.pressure / 101325.0f, 0.190295f)) * 44330.0f; 
				//根据压力值计算海拔高度公式由datasheet而来，	单位为：米																																																	      //公式中的1hPa=0.01Pa,由传感器算出的压力值单位为Pa，代码这里在使用datasheet的公式时化了单位	
				tempData->isNew = isNew = _SUCCESS ;	//更新数据状态
				state = 0;				
				break;
	}
}

通过当地的气象服务中可以得到海平面压力P0，利用传感器读取的压力P和该海平面压力P0的值，通过上面的公式可以计算传感器所在位置的高度。

注意：海平面压力P0的值不是固定的，跟所属区域及环境温度和天气情况的变化而变化。

三、总结

今天主要讲了气压传感器BMP180的简单应用。

感谢你的观看！

在这里插入图片描述

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