需要测量大气压力、温度和海拔高度的朋友可以玩玩BMP180这个传感器。

这款传感器出自博世,应用非常广泛。

 

实现目标

  • 使用普通IO口模拟IIC总线驱动BMP180传感器利用核心板的串口1打印输出芯片ID、当前温度和气压

 

所需工具及环境

所用模块

 

Keil 5

 

STM32F103RET6核心板(本平台自制专用核心板)

 

面包板及少许杜邦线

 

本文素材

公众号后台回复关键字“BMP180”,获取本模块的STM32代码及BMP180的芯片手册。

 

传感器简介

BMP180是Bosch Sensortec的一种高精度数字气压和温度传感器,使用BMP180可以测量环境温度、压力和高度。BMP180是超低功耗,低电压的电子元件,经过优化,具有高精度和高稳定性,适用于移动电话,PDA,GPS导航设备和户外设备。

 

它由压阻传感器、模数转换器,带E2PROM和串行I2C接口的控制单元组成。

 

 

BMP180提供未补偿的原始压力值和温度值,在E2PROM中存储了176位的校准参数,使用这些参数可以补偿传感器的偏移量、温度依赖性等参数。

 

传感器特点

BOSCH BMP180是测量压力和海拔高度最常用的传感器之一。该模块的特点如下:

 

压力测量范围为300至1100hPa(海拔9000米 ~ -500米)

 

芯片电压1.8V~3.6V(VDDA),1.62V~3.6V(VDD),模块的VIN输入5V(3.3V亦可)

 

高精度:低功耗模式下,分辨率为0.06hPa(0.5米),高线性模式下,分辨率为0.03hPa(0.25米)

 

低功耗(标准模式下为5μA)

 

内部温度传感器,精度为0.5°C

 

支持I2C协议进行通信

 

温度补偿,完全校准

 

注意:1Pa=0.01hPa=0.01mbar 。

 

应用场景

  • GPS精准导航(航位推算,上下桥检测等)航模等一些需要高度数据的场合天气预报垂直速度指示(上升/下沉速度)

 

接线图

实物图

 

 

具体接线图

 

 

在myiic.h文件中,具体引脚定义如下:

 

#define IIC_SCL    PAout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PAout(7) //输出SDA  
#define READ_SDA   PAin(7)  //输入SDA 

 

测量流程

 

 

具体实现

基础源码

 

 

写入数据

写入数据时序

开始测量温度值UT和压力值UP的时序图如下所示。

 

在启动后,主机发送器件地址,寄存器地址和控制寄存器数据。BMP180每接收8个数据位发送一个确认(ACKS)。主机在最后一次ACKS后发送停止。

 

 

设备地址

 

 

写操作对应地址0XEE(write) 

 

读操作对应地址0XEF(read)

 

相关寄存器

 

 

开始温度和压力测量的寄存器地址为:0xF4;

 

寄存器0xF4的bit5为Sco,开始测量位,当该位为“1”的时候,数据正在转换,当转换结束的时候该位为“0”;

 

寄存器0xF4的bit6~bit7为Oss,用于控制压力测量的过采样率, (00b: single,01b: 2 times, 10b: 4 times, 11b: 8 times).

 

软件复位寄存器为:0xE0,如果该寄存器写入0xB6,则完成BMP180的软件复位;

 

芯片ID寄存器为:0xD0,该值固定为0x55,读出该值可以用于判断I2C总线通讯是否正常。

 

多个字节的读取

 

 

测量温度和压力

启动温度和压力测量的寄存器:0xF4,可以写入如下值:

 

 

测量温度

由上表我们可以知道,要想测量温度,需要往0xF4寄存器,写入值0x2E,即开启温度测量,延时之后,读取0xF6寄存器的值即可求得温度值。

 

//从BMP180读取未修正的温度
long BMP_Read_UT(void)
{
 long temp = 0;
 BMP_WriteOneByte(0xF4,0x2E);
 
 delay_ms(5);
 temp = (long)BMP_ReadTwoByte(0xF6);
 return temp;
}

 

测量压力

由上表我们可以知道,要想测量压力,需要往0xF4寄存器,写入值0x34(oss值不同,此值不同),即开启压力测量过程,延时之后,读取0xF6寄存器的值即可求得压力值。

 

//从BMP180读取未修正的大气压
long BMP_Read_UP(void)
{
 long pressure = 0;
 
 BMP_WriteOneByte(0xF4,0x34);
 delay_ms(5);
 
 pressure = (long)BMP_ReadTwoByte(0xF6);
 pressure &= 0x0000FFFF;
 
 return pressure;
}

 

校准系数 Calibration coefficients

上面得到的温度值和压力值是未经过校准的值,如果要想得到相对准确的值,需要经过校准,校准系数保存在E2PROM中。

 

BMP180中有一个176位的E2PROM,它被划分为11个字(WORD),每个字16位,对应11个校准系数,每个传感器模块都有单独的系数,在第一次计算温度和压力时,主机读取E2PROM数据,通过读取的值,看是否存在值为0x0000或者0XFFFF的字,可以判断数据通讯是否正常。

 

 

根据上图中寄存器的值,获取校准系数的函数如下,获得的校准系数保存至变量中待用:

 

//从BMP180的获取校准系数
void BMP_ReadCalibrationData(void)
{
 bmp180.AC1 = BMP_ReadTwoByte(0xAA);
 bmp180.AC2 = BMP_ReadTwoByte(0xAC);
 bmp180.AC3 = BMP_ReadTwoByte(0xAE);
 bmp180.AC4 = BMP_ReadTwoByte(0xB0);
 bmp180.AC5 = BMP_ReadTwoByte(0xB2);
 bmp180.AC6 = BMP_ReadTwoByte(0xB4);
 bmp180.B1  = BMP_ReadTwoByte(0xB6);
 bmp180.B2  = BMP_ReadTwoByte(0xB8);
 bmp180.MB  = BMP_ReadTwoByte(0xBA);
 bmp180.MC  = BMP_ReadTwoByte(0xBC);
 bmp180.MD  = BMP_ReadTwoByte(0xBE);
}

 

压力和温度的校准流程

 

 

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。

 

 

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。

 

 

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。

 

结果展示