Датчики атмосферного давления для ардуино

Содержание

Взаимодействие BMP180, датчика атмосферного давления и температуры, с Arduino

Добавьте в свой следующий проект на Arduino возможность отслеживать состояние окружающей среды с помощью датчика BMP180.

Взаимодействие BMP180, датчика атмосферного давления и температуры, с Arduino

Это простой датчик, разработанный специально для измерения атмосферного давления, и он действительно полезен для двух вещей.

По мере того, как мы поднимаемся от уровня моря до горной вершины, атмосферное давление снижается. Это означает, что, измеряя давление, мы можем определить высоту. Таким образом, мы можем использовать этот датчик в качестве альтиметра (высотомера).
Поскольку атмосферное давление меняется в зависимости от погоды, мы можем использовать его для мониторинга изменений погоды.

Эти датчики довольно просты в использовании, предварительно откалиброваны и не требуют дополнительных компонентов, поэтому вы можете начать измерение атмосферного давления, высоты над уровнем моря и температуры воздуха в самые кратчайшие сроки.

Обзор железа

В основе модуля лежит цифровой датчик давления и температуры нового поколения производства Bosch – BMP180.

Чип BMP180

BMP180 может измерять атмосферное давление от 300 гПа до 1100 гПа (что соответствует высотам от 9000 до -500 метров над уровнем моря) и температуру от -40°C до 85°C с точностью ±1,0°C.

Рисунок 1 – Чип BMP180 на модуле

Измерения давления настолько точны (небольшой шум соответствует колебаниям высоты 0,25 м), что вы даже можете использовать его в качестве альтиметра с точностью ±1 метр.

Рисунок 2 – Технические характеристики датчика BMP180

Требования к питанию

Модуль поставляется со встроенным стабилизатором 3,3В LM6206, поэтому вы можете без проблем использовать его с микроконтроллером с логикой 5 В, например, с Arduino.

Рисунок 3 – Стабилизатор 3,3 В на модуле BMP180

BMP180 потребляет менее 1 мА во время измерений и только 5 мкА в режиме ожидания. Такое низкое энергопотребление позволяет использовать его в устройствах с батарейным питанием.

Интерфейс I2C

Модуль использует простой двухпроводной интерфейс I2C, поэтому его можно легко подключить к любому микроконтроллеру по вашему выбору.

Адрес на шине I2C данного модуля установлен аппаратно, он равен 0x77_HEX.

Распиновка модуля BMP180

Модуль BMP180 имеет только 4 вывода, связывающих его с внешним миром. Назначение выводов показано ниже:

Рисунок 4 – Распиновка модуля BMP180

VIN – вывод для подключения источника питания для модуля, напряжение питания может находиться в диапазоне от 3,3 до 5 В.

GND подключается к выводу земля на Arduino

SCL – это вывод синхронизации для интерфейса I2C.

SDA – вывод данных для интерфейса I2C.

Подключение модуля BMP180 к Arduino

Давайте подключим модуль BMP180 к Arduino.

Подключение довольно простое. Начните с соединения выводов GND на модуле и на плате Arduino, затем подключите вывод VIN к выводу 5V на Arduino.

Теперь остаются выводы, которые используются для связи I2C. Обратите внимание, что у разных плат Arduino для I2C используются разные выводы. На платах Arduino с разводкой R3 SDA (линия передачи данных) и SCL (линия синхронизации) находятся на разъеме выводов рядом с выводом AREF. Они также известны как A5 (SCL) и A4 (SDA).

Если у вас Arduino Mega, выводы будут отличаться! Вам необходимо использовать цифровые выводы 21 (SCL) и 20 (SDA). В таблице ниже приведены выводы, использующиеся для I2C на разных платах Arduino.

Выводы шины I2C на разных платах Arduino

SCL	SDA
Arduino Uno	A5	A4
Arduino Nano	A5	A4
Arduino Mega	21	20
Leonardo/Micro	3	2

Следующая диаграмма показывает, как всё подключить.

Рисунок 5 – Подключение модуля BMP180 к Arduino

Установка необходимых библиотек

Расчет высоты и барометрического давления с помощью модуля BMP180 требует много математики. К счастью, была написана библиотека Adafruit BMP180, чтобы скрыть все сложности, и мы могли бы выполнять простые команды для считывания данных о температуре, атмосферном давлении и высоте.

Чтобы установить библиотеку, перейдите в раздел «Скетч»→ «Подключить библиотеку» → «Управлять библиотеками…». Подождите, пока менеджер библиотек загрузит индекс библиотек и обновит список установленных библиотек.

Рисунок 6 – Установка библиотеки Arduino – выбор управления библиотеками в Arduino IDE

Отфильтруйте результаты поиска, набрав «bmp180». Там должно быть пара записей. Ищите библиотеку Adafruit BMP085 by Adafruit. Нажмите на эту запись, а затем выберите «Установка».

Рисунок 7 – Установка библиотеки Arduino BMP180

Код Arduino, чтение показаний температуры и атмосферного давления

Следующий скетч даст вам полное представление о том, как считывать с модуля BMP180 показания температуры и атмосферного давления, и может послужить основой для более практичных экспериментов и проектов.

Вот как выглядит вывод в мониторе последовательного порта.

Рисунок 8 – Вывод в мониторе последовательного порта

Каждое снижение давления на уровне моря на 1 гПа приводит к ошибке 8,5 м в расчетах высоты. Поэтому высота, которую мы получаем, достаточно близка, но не точна.

Вы можете получить более точное измерение высоты, если знаете текущее давление на уровне моря, которое будет зависеть от погоды.

Данный код предполагает, что текущее давление на уровне моря составляет 1013,25 миллибар, что равно 101325 Паскалям. Вот почему переменная seaLevelPressure_hPa установлена в 1013.25 .

Объяснение кода

Скетч начинается с включения двух библиотек, а именно Wire.h и Adafruit_BMP085.h .

Далее мы определяем переменную seaLevelPressure_hPa , необходимую для расчета высоты. Измените ее значение на текущее давление на уровне моря в вашем регионе.

Мы также создаем объект bmp , чтобы получить доступ к функциям, связанным с ним.

В функции setup() мы инициализируем последовательную связь с компьютером и вызываем функцию begin() .

Функция begin() инициализирует интерфейс I2C и проверяет правильность идентификатора чипа. Затем она программно перезапускает микросхему и ждет окончания калибровки датчика после запуска.

В функции основного цикла для считывания с модуля BMP180 показаний температуры, атмосферного давления и высоты мы используем следующие функции:

функция readTemperature() возвращает от датчика температуру;
функция readPressure() возвращает от датчика атмосферное давление;
функция readAltitude(seaLevelPressure_hPa * 100) вычисляет высоту (в метрах) исходя из текущего атмосферного давления (в гПа);
функция readSealevelPressure() вычисляет давление на уровне моря (в гПа).

Источник

Подключение датчика атмосферного давления BMP280 к Arduino

BMP280 — это цифровой датчик от Bosch Sensortec позволяющий получить текущие значения атмосферного давления и температуры окружающей среды. Этот датчик специально разработан для мобильных приложений, где малый размер и низкое энергопотребление очень важны. В данной статьи увидим, как подключить датчик атмосферного давления BMP280 к Arduino по I2C и SPI, какие библиотеки установить и приведём несколько примеров скетчей.

BMP280 основан на технологии пьезорезистивного датчика давления, обладающей высокой точностью, линейностью и стабильностью с устойчивостью к электромагнитной совместимости.

BMP280 может использоваться в различных приложениях, таких как улучшение систем навигации GPS, внутренняя навигация, таких как обнаружение пола и обнаружение лифта, наружная навигация, спортивные приложения, прогноз погоды и т. д. Еще одним применением данного модуля является определений высоты, которая зависит от давления и рассчитывается по международной барометрической формуле.

Установка библиотек

Для работы с датчиком BMP280 существуют различные библиотеки, упрощающие работу. К ним относятся BMP280_DEV, Adafruit_BMP280_Library. Для датчика BMP280 будет используется библиотека от Adafruit.

Adafruit Unified Sensor Driver — общий драйвер

В Arduino IDE открываем менеджер библиотек: Скетч->Подключить библиотеку->Управлять библиотеками…
В строке поиска вводим «Adafruit Unified Sensor», выбираем последнюю версию и кликаем Установить
Библиотека установлена (INSTALLED)

Библиотека Arduino для датчиков BMP280

Чтобы начать считывать данные с датчиков, вам необходимо установить библиотеку Adafruit_BMP280 (код в репозитории github). Она доступна в менеджере библиотек Arduino, поэтому рекомендуется его использовать.

В Arduino IDE открываем менеджер библиотек: Скетч->Подключить библиотеку->Управлять библиотеками…
В строке поиска вводим «Adafruit BMP280», выбираем библиотеку от Adafruit, но можете использовать любую.
Выбираем последнюю версию и кликаем Установить
Выбираем пример: Файл->Примеры->Adafruit BMP280 Library->bmp280test
Компилируем этот пример. Если получаем ошибку fatal error: Adafruit_Sensor.h: No such file or directory , нужно установить Adafruit Unified Sensor (смотрите выше)

Подключение BMP280 к Arduino по I2C/TWI

Так как датчик может работать по I2C и SPI, подключение можно реализовать двумя методами. При подключении по I2C нужно соединить контакты SDA и SCL.

Схема подключения BMP280 к Arduino

Для подключения понадобятся сам датчик BMP280, плата Ардуино, соединительные провода. Схема подключения показана на рисунке ниже.

Землю с Ардуино нужно соединить с землей на датчике, напряжение 3.3 В — на 3.3 В, SDA — к пину А4, SCL — к А5. Контакты А4 и А5 выбираются с учетом их поддержки интерфейса I2C.

Существуют несколько модулей с этим датчиком. Первый вариант — это модуль для работы в 3.3 В логике, данные модули будут подешевле; второй вариант — для работы в 5.0 В логике, на нём присутствуют: линейный стабилизатор напряжения на 3.3 В и преобразователи уровней 3.3/5.0 В на линиях SCK/SCL и SDI(MOSI)/SDA. Первый подойдёт для ардуин работающих от 3.3 В и Raspberry Pi / Orange Pi / Banana Pi и т.д., а второй — для обычных ардуин на 5.0 В.

Подключение BMP280 с встроенными стабилизатором напряжения на 3.3 В и преобразователями уровней 3.3/5.0 В на линиях SCK/SCL и SDI(MOSI)/SDA к Arduino.

Arduino Mega	Arduino Uno/Nano/Pro Mini	BMP280 модуль	Цвет проводов на фото
GND	GND	GND	Черный
5V	5V	Vin	Красный
20 (SDA)	A4	SDA/SDI	Зелёный
21 (SCL)	A5	SCL/SCK	Жёлтый

Подключение BMP280 без встроенного стабилизатора напряжения на 3.3 В к Arduino. В данном случае нужно использовать внешний преобразователь уровней на линиях SCK/SCL и SDI(MOSI)/SDA.

Arduino Mega	Arduino Uno/Nano/Pro Mini	BMP280 модуль	Цвет проводов на фото
GND	GND	GND	Черный
3.3V	3.3V	VCC/3.3V	Красный
20 (SDA)	A4	SDA/SDI	Зелёный
21 (SCL)	A5	SCL/SCK	Жёлтый

Примеры скетча

После запуска вы можете инициализировать датчик с помощью:

begin() вернет True, если датчик был найден, и False, если нет. В случае с False, проверьте соединение датчика с платой Arduino!

Считать температуру и давление легко, просто вызовите функции:

Копируйте и скомпилируйте нижеприведённый скетч в Arduino IDE.

Результат

Температура рассчитывается в градусах Цельсия, вы можете преобразовать ее в градусы Фаренгейта, используя классическое уравнение F = C * 9/5 + 32.

Давление возвращается в единицах СИ Паскалей. 100 Паскалей = 1 гПа = 1 миллибар. Часто барометрическое давление сообщается в миллибарах или миллиметрах ртутного столба. Для дальнейшего использования 1 паскаль = 0,00750062 миллиметров ртутного столба или 1 миллиметр ртутного столба = 133,322 Паскаля. Таким образом, если вы возьмете значение паскаля, скажем, 100734 и разделите на 133,322, вы получите 755,57 миллиметров ртутного столба.

Также возможно превратить BMP280 в альтиметр. Если вы знаете давление на уровне моря, библиотека может рассчитать текущее атмосферное давление в высоту.