Ардуино датчик давления воздуха bmp280

Барометр BMP180 и BMP280 (датчик атмосферного давления, высотомер) (Trema-модуль v2.0)

Общие сведения:

Trema-модуль датчик давления BMP280 — это цифровой модуль на базе чипа BMP280, подключаемый по шине I2C (адрес 0x77), позволяющий получить текущие значения атмосферного давления и температуры окружающей среды. Еще одним применением данного модуля является определений высоты, которая зависит от давления и рассчитывается по международной барометрической формуле. Точность Trema барометра позволяет фиксировать изменение высоты от 20 см.

Видео:

Спецификация BMP280:

  • Напряжение питания модуля: 3,3 или 5 В постоянного тока (поддерживаются оба уровня).
  • Потребляемый ток: до 2 мА во время измерений (зависит от режима точности).
  • Потребляемый ток: до 0,2 мА в режиме ожидания.
  • Измеряемое давление: от 30’000 до 110’000 Па (разрешение 0,16 Па)
  • Измеряемая температура: от 0 до +65 °C (разрешение 0,01°C)
  • Рабочая частота шины I2C: до 3,4 МГц.
  • Адрес модуля на шине I2C: 0x77.
  • Уровень логической «1» на шине I2C: от 0,7*Vcc до Vcc (где Vcc это напряжение питания модуля)
  • Подготовка к первому запуску после подачи питания: не менее 2 мс.
  • Рабочая температура: -40 … +85 °C
  • Габариты: 30×30 мм.

Все модули линейки «Trema» выполнены в одном формате

Подключение:

Модуль подключается к аппаратной или программной шине I2C Arduino. Логические уровни шины I2C не должны превышать напряжение питания.

Модуль удобно подключать 3 способами, в зависимости от ситуации:

Способ — 1 : Используя проводной шлейф и Piranha UNO

Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO.

Способ — 2 : Используя Trema Set Shield

Модуль можно подключить к любому из I2C входов Trema Set Shield.

Способ — 3 : Используя проводной шлейф и Shield

Используя 4-х проводной шлейф, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.

При подключении датчика давления BMP280 к другим платам, например, WEMOS D1 mini или WEMOS D1 mini Pro на базе микроконтроллера ESP8266, и т.д. То перед подключением библиотеки iarduino_Pressure_BMP, нужно подключить библиотеку Wire, как это описано в разделе Wiki — расширенные возможности библиотек iarduino для шины I2C.

Питание:

Входное напряжение питания от 3,3 до 5,5 В постоянного тока, подаётся на выводы VIN и GND модуля.

Подробнее о модуле:

Trema-модуль датчик давления построен на базе чипа BMP280 (Bosch Module Pressure), оснащён преобразователем уровней на базе чипа PCA9306 и линейным стабилизатором на базе чипа RT9193. Чип BMP280 оснащён пьезорезистивным датчиком, термодатчиком, АЦП, памятью EEPROM и RAM, а так же микроконтроллером с поддержкой циклического вычисления измерений (при получении запроса, модуль сразу возвращает ответ, не тратя время на вычисления, как это делал чип BMP180). Чип PCA9306 позволяет передавать данные по шине I2C с уровнями от 3,3 до 5,5 В. Чип RT9193, позволяет подключать Trema-модуль к источнику питания от 3,3 до 5,5 В постоянного тока. Основной чип модуля, BMP280, имеет меньшие габариты и лучшие характеристики по сравнению со своими предшественниками BMP185 и BMP085.

Для работы с модулями на базе чипов BMP180 и BMP280, предлагаем воспользоваться разработанной нами библиотекой iarduino_Pressure_BMP, позволяющей получать температуру, давление и высоту.

У нашей библиотеки есть ряд преимуществ: она позволяет заменять датчики BMP180 / BMP280 без изменения скетча и схемы включения; она позволяет выбирать режим точности показаний (значение передискретизации) и единицы измерения выводимого давления (Па или мм.рт.ст.); для расчёта высоты, ей не нужно указывать давление над уровнем моря, а достаточно указать любую начальную высоту в качестве аргумента функции begin([высота]). Если вы указали 0 метров (значение по умолчанию), то подняв модуль на 10 метров — получите результат +10, а опустив на 10 метров — получите результат -10. Если в качестве аргумента функции brgin([высота]) указать высоту над уровнем моря, то все остальные значения высоты будут соответствовать действительной высоте над уровнем моря. Уменьшая точность измерений Вы ускорите процесс получения результата.

Подробнее про установку библиотеки читайте в нашей инструкции..

Примеры:

Вывод значений давления в мм.рт.ст. и в Па:

Описание основных функций библиотеки:

Данная библиотека может использовать как аппаратную, так и программную реализацию шины I2C.
О том как выбрать тип шины I2C рассказано в статье Wiki — расширенные возможности библиотек iarduino для шины I2C.

Источник

Подключение BMP280 к Arduino

Сегодня поговорим о том, как подключить датчик давления BMP280 к Ардуино, для чего он необходим, какие библиотеки и прошивки применяются для его работы. Мы уже рассматривали с вами подобные приборы – а именно цифровой барометр BMP180. Герой сегодняшнего обзора имеет определенное сходство с тем устройством, но больше всего – конечно же преимущества перед ним.

Этот метеодатчик активно внедряется в инженерные и конструкторские проекты, связанные с мобильными радиоуправляемыми гаджетами. Он имеет достаточно компактный размер, экономный режим энергопотребления, высокий уровень стабильности и точности измерения. Таким образом его можно эффективно использовать в полетных контроллерах различных радиоуправляемых летательных аппаратов (дронов, квадрокоптеров), в качестве высотомера, для сбора информации о погоде и т.д.

Разберем технические параметры модуля:

  • напряжение питания: 3 – 3,3 V;
  • измеряемое давление: 300-1100 гПа;
  • тип шины: I2C и SPI;
  • средний ток: 2,7 мкА;
  • диапазон рабочих температур: -40 — 65 С;
  • высотомер: -500

+9000 м.;

  • шаг контактов: 2,54 мм;
  • размеры: 2 х 2,5 х 0,95мм.
  • Датчик атмосферного давления содержит два мини-сенсора (собираются данные о температуре и давлении). Также он имеет несколько режимов работы – SLEEP (режим сна), FORCED (этапы измерений и считывания значений), NORMAL (автоматический режим проведения расчетов, вывод и сохранение данных).

    Подключение BMP280 к Arduino через I2C

    Электрическая схема выглядит следующим образом:

    Для создания принципиальной схемы используем такие аппаратные компоненты: плата расширения Arduino Uno (или другие совместимые микроконтроллеры), модуль датчика давления, соединительные провода (комплект), плата расширения, USB-кабель для подключения к ноутбуку ∕ компьютеру.

    Схематически наша конструкция выглядит вот так:

    Для дальнейшей работы и ускоренного процесса программирования (прошивки) будем использовать специализированный софт, а именно библиотеки – Wire и SPI (для управления интерфейсами), Adafruit_Sensor, Adafruit_BMP280.

    Их можно скачать и просто добавить разархивированные файлы в среду разработки Ардуино IDE (одноименная папка libraries).

    Заливаем скетч:
    Результаты и нужные нам значения можно посмотреть в мониторе последовательного порта (Ctrl+Shift+M). Если информация не доступна, советуем еще раз пересмотреть правильность соединения всех элементов. Надеемся, вы справитесь! Удачи!

    Источник

    Датчик атмосферного давления BMP280

    Модуль представляет из себя высокоточный цифровой измеритель атмосферного давления на базе микро-чипа BMP280 от фирмы BOSH. После изготовления каждый датчик проходит индивидуальную калибровку в заводских условиях. Его малые размеры, низкое энергопотребление и высокая измерительная способность позволили завоевать популярность среди множества разработчиков Arduino-проектов. Модуль BMP280 был разработан фирмой как более технологичная модель своего предшественника BMP180. Данная модификация, в отличие от своего младшего брата, предоставляет пользователю целых 2 последовательных интерфейса обмена данными (SPI и I2C), а также 3 режима работы:

    • NORMAL – в данном режиме модуль просыпается с определённой периодичностью, выполняет необходимые измерения и снова засыпает. Частота измерений задаётся программным путём, а результат считывается при необходимости.
    • SLEEP – режим максимально пониженного энергопотребления.
    • FORCED – этот режим позволяет будить модуль подачей внешнего управляющего сигнала. После выполнения измерений, модуль автоматически переходит в режим пониженного энергопотребления.

    Помимо способности измерять показания атмосферного давления, разработчик наделил BMP280 возможностью определять температуру окружающей среды. Все производимые вычисления могут быть отфильтрованы настраиваемым программным фильтром.


    Внешний вид модуля и его электрическая схема.

    Технические характеристики BMP280

    • Напряжение питания: 1.71V – 3.6V;
    • Интерфейс обмена данными: I2C или SPI;
    • Ток потребления в рабочем режиме: 2.7uA при частоте опроса 1 Гц;
    • Диапазон измерения атмосферного давления: 300hPa – 1100hPa (±0.12hPa), что эквивалентно диапазону от -500 до 9000 м над уровнем моря;
    • Диапазон измерения температуры: -40°С … +85°С (±0.01°С);
    • Максимальная частота работы интерфейса I2C: 3.4MHz;
    • Максимальная частота работы интерфейса SPI: 10 МГц;
    • ​Размер модуля: 21 х 18 мм;

    Подключение BMP280 к плате Arduino

    Модуль BMP280 может быть подключен к плате Arduino посредствам двух интерфейсов I2C или SPI. Какой выбрать — каждый решает сам исходя из возможностей используемого микроконтроллера и специфики проекта.

    Вариант подключения датчика к плате Arduino Nano по I2C.

    Как известно, аппаратный интерфейс I2C у Arduino UNO, Nano, Mini и.т.п. расположен на пинах A4 (SDA) и A5 (SCL). Следовательно, в таком режиме обмена данными понадобиться всего 4 провода, два из которых используются для питания модуля, а два других — непосредственно как информационная шина. Для работы по SPI требуется немного больше проводов — целых 6 штук и подключать их необходимо согласно схемы

    Вышеприведенная схема подключения составлена согласно расположению аппаратного интерфейса SPI на платах Arduino UNO, Nano, Mini и.т.п. Исключением является вывод CSB модуля BMP280. В данной схеме он подключен к 10-му пину Arduino, но может быть соединён с любым цифровым выводом, указанным при составлении программы.

    Как правило, для BMP280 в Интернете можно найти с десяток библиотек, упрощающих работу с ним. Библиотека Adafruit_BMP280.h позволяет максимально сократить время на освоение данного модуля, не урезая его функционал. Методы библиотеки дают возможность пользователю выбрать способ подключения, а также настроить периодичность и точность измерений в зависимости от режимов работы. Ниже будут рассмотрены некоторые приёмы работы с данной библиотекой.

    Итак, для того чтобы начать работу с BMP280 необходимо установить вышеуказанную библиотеку, подключить сам заголовочный файл Adafruit_BMP280.h, а также ещё два файла Wire.h и SPI.h, для доступа к необходимым интерфейсам.

    Далее должен быть создан экземпляр класса Adafruit_BMP280, через который можно получить доступ ко всем функциям датчика атмосферного давления. Экземпляр может быть создан тремя разными способами в зависимости от типа подключения модуля, а именно:

    Следует помнить, что при составлении программы должен быть указан только один из трёх возможных вариантов, иначе будет работать самый последний.

    Теперь через объект bmp мы имеем возможность работать с функциями библиотеки, но изначально необходимо инициализировать модуль. Делать это целесообразно внутри функции setup() перед основным циклом:

    Таким образом при выводе сообщения об ошибке следует проверить правильность подключения и соответствие его используемому интерфейсу. При успешной инициализации можно переходить к настройке самой микросхемы BMP280. Для этих целей в библиотеке предусмотрена функция setSampling(. ), с помощью которой задаётся режим работы модуля, точность измерения атмосферного давления и температуры окружающей среды, степень фильтрации и период активности датчика. Ниже приведён пример настроек, заданных по умолчанию.

    Рассмотрим подробнее данную функцию. Её первый параметр отвечает за режим работы датчика. Всего доступно 4 варианта, а именно:

    • MODE_NORMAL – в данном режиме модуль циклически выходит из режима сна через установленный интервал времени. В активном состоянии он проводит измерения, сохраняет их в своей памяти и заново уходит в сон.
    • MODE_FORCED – в этом режиме датчик проводит измерения при получении команды от Arduino, после чего возвращается в состояние сна.
    • MODE_SLEEP – режим сна или пониженного энергопотребления.
    • MODE_SOFT_RESET_CODE – сброс на заводские настройки.

    Второй и третий параметры отвечают за точность измерения температуры и атмосферного давления соответственно. Они могут принимать следующие значения:

    • SAMPLING_NONE — минимальная точность;
    • SAMPLING_X1 – точность АЦП 16 бит;
    • SAMPLING_X2 – точность АЦП 17 бит;
    • SAMPLING_X4 – точность АЦП 18 бит;
    • SAMPLING_X8 – точность АЦП 19 бит;
    • SAMPLING_X16 – точность АЦП 20 бит.

    Четвёртый параметр отвечает за уровень фильтрации измеренных данных. Значения этого параметра могут быть следующие:

    • FILTER_OFF – фильтр выключен;
    • FILTER_X2 – минимальный уровень фильтрации;
    • FILTER_X4;
    • FILTER_X8;
    • FILTER_X16 – максимальный уровень фильтрации.

    Последний, пятый параметр функции setSampling(. ) отвечает за период перехода модуля в активное состояние с целью выполнения измерений. Параметр может принимать следующие значения:

    • STANDBY_MS_1 – модуль просыпается каждую миллисекунду;
    • STANDBY_MS_63 – модуль просыпается каждые 63 миллисекунды;
    • STANDBY_MS_125 – модуль просыпается каждых 125 миллисекунд;
    • STANDBY_MS_250 – модуль просыпается каждых 250 миллисекунд;
    • STANDBY_MS_500 – модуль просыпается каждых 500 миллисекунд;
    • STANDBY_MS_1000 – модуль просыпается каждую секунду;
    • STANDBY_MS_2000 – модуль просыпается каждые 2 секунды;
    • STANDBY_MS_4000 – модуль просыпается каждых 4 секунды;

    На этом стадию настройки параметров датчика BMP280 можно считать завершённой. Библиотека Adafruit_BMP280 предоставляет пользователю три функции, с помощью которых можно считать показания температуры, атмосферного давления и высоты над уровнем моря. Ниже приведён фрагмент программного кода, с помощью которого эти данные выводятся в окно терминала. Считывание происходит в основном цикле loop().

    Теперь о функции bmp.readAltitude(1013.25) и откуда берётся число 1013.25. Это значение давления над уровнем моря конкретной локации, где находится в данный момент датчик. Параметр задаётся в сотнях Ра. Он уникален для каждой местности и по своей сути является отправной точкой или калибровочной константой для корректного измерения высоты. Такой подход обусловлен специфическим алгоритмом вычисления, который построен на принципе фиксации уменьшения атмосферного давления с ростом высоты и наоборот. В любом случае данную константу можно подсмотреть в Интернете на одном из профильных сайтов.


    Результат вывода значений в терминал

    Давление выводится в Паскалях, что для восприятия не очень удобно. Гораздо привычнее получать значения в миллиметрах ртутного столба. Как известно 1Ра = 0,00750062 мм. рт. ст., следовательно необходимо полученное с помощью функции readPressure() значение умножить на 0,00750062.

    ОБРАТИТЕ ВНИМАНИЕ. Может возникнуть такая ситуация, при которой модуль не будет определяться при подключении его по шине I2C. Дело в том, что каждое устройство на этой шине должно иметь свой уникальный адрес. Данная серия модулей в зависимости от модификации может иметь адреса 0x77 или 0x76. Библиотека Adafruit_BMP280.h использует по умолчанию адрес 0х77. Чтобы изменить его на 0х76 необходимо открыть файл Adafruit_BMP280.h установленной библиотеки любым текстовым редактором и найти там нижеследующую строку:

    Меняем адрес в скобках на 0х76, сохраняем файл и перекомпилируем программу. После данных манипуляций проблема должна исчезнуть.

    Пример использования BMP280

    Существует несколько направлений применения модулей BMP280. Кто-то использует их в составе полётных контроллеров для определения высоты или в качестве глубиномера, например при погружении в шахту. Но основным направлением является сбор данных для метеостанций. Для более тесного знакомства с модулем, создадим свой проект домашней метеостанции с выводом погодной информации на графический ЖКИ-дисплей от NOKIA 5110. Чтобы сделать проект интереснее, внизу будет выводится график изменения атмосферного давления. Такой подход позволит спрогнозировать приближение дождя по резкому падению давления или хорошую погоду по его динамическому возрастанию. Управлять всем этим будет плата Arduino Nano.


    Схема проекта домашней метеостанции.

    В схеме для запитывания экрана и его подсветки использован модуль линейного стабилизатора напряжения AMS1117-3V3. Это позволит уберечь Arduino Nano от перегрузок. Также потребуется скачать две дополнительные библиотеки для работы с дисплеем, а именно:

    Данные библиотеки позволят выводить на дисплей текстовую и графическую информацию, которая будет обновляться каждую минуту. Теперь самое время перейти к программированию. Ниже будет приведён исходный код проекта.


    Результат работы программы

    Каждая линия графика визуально обозначает значение уровня атмосферного давления в текущую минуту. Учитывая то, что разрешение дисплея по горизонтали составляет 84 пикселя, мы можем наблюдать отрезок измерения, равный 84 минутам соответственно. Вот таким нехитрым способом, за короткий промежуток времени, можно создать очень полезное устройство.

    Что делать если

    Подключаю датчик по шине I2C, заливаю тестовый скетч из библиотеки Adafruit_BMP280.h, но датчик не обнаруживается. В чём может быть причина?

    Большинство датчиков BMP280 имеют адрес 0х76, а библиотека Adafruit_BMP280.h по умолчанию работает с адресом 0х77. Чтобы это исправить необходимо открыть файл Adafruit_BMP280.h любым текстовым редактором, найти строку вида:

    После этого нужно заменить значение в скобках, сохранить изменения и перекомпилировать проект.

    Чем отличается датчик BMP280 от аналогичного BMЕ280?

    От чего зависти точность определения высоты?

    Точность определения высоты напрямую зависит от знания текущего атмосферного давления над уровнем моря для той местности, где используется датчик. Это значение изо дня в день может меняться ввиду различных погодных условий. За вычисление высоты отвечает функция readAltitude(….), параметром которой как раз и является искомое число.

    Источник

    Adblock
    detector