气压传感器(BMP085)
在测量海拔高度时,传统的做法是通过测量某一高度的大气压力,再经过换算才能得到高度数据。为了测量大气压力,就得用上气压传感器,下面就来讨论一下气压传感器的应用。
气压传感器是压力传感器中的一种,它专用于测量气体的绝对压强。目前市场上能见到的气压传感器有很多种,下面就以市场上常见的Bosch公司推出的BMP085来进行讨论。BMP085不仅可以实时的测量大气压力,还能测量实时温度。同时它还具有IIC总线的接口,便于单片机进行访问。另外它的使用也很方便,不需要太多的操作就可读取到气压及测量数据。
BMP085采用强大的8脚陶瓷无引线芯片承载(LCC)超薄封装,它性能卓越,内置有校准补偿,绝对精度最低可以达到0.03hPa(0.25米),并且耗电极低,只有3μA。气压测量范围从300hPa到1100hPa,换算成高度为海拔write的返回值9000米到500米。下图是其封装外形和引脚排列。
引脚各功能如下:1脚(GND)接电源地,2脚(EOC)为完成转换输出,3脚(VDDA)为正电源,4脚(VDDD)为数字正电源,5脚为空,6脚(SCL)为IIC的时钟端,7脚(SDA)为IIC的数据端,8脚(XCLR)为主清除信号输入端,低电平有效,用来复位BMP085和初始化寄存器和控制器,在不用的情况下可以空置。
BMP085的工作电压为1.8V~3.6V,典型工作电压为2.5V,其与单片机相连的典型电路如下图所示。
从上图中可以看到,BMP085内包含有电阻式压力传感器、AD转换器和控制单元,其中控制单元包括了EEPROM和IIC接口。读取BMP085时会直接传送没有经过补偿的温度值和压力值。而在EEPROM中则储存了176位单独的校准数据,这些数据将对读取的温度压力值进行补偿。176位的EEPROM被划分为11个字,每个字16位,这样就包含有11个校准系数。每个器件模块都有自己单独的校准系数,在第一次计算温度压力数据之前,单片机就应该先读出读出EEPROM中的这些校准数据,然后再开始采集数据温度和压力数据。
和所有的IIC总线器件一样,BMP085也有一个器件的固定地址,根据其数据手册,出厂时默认BMP085的从机地址为0xEE(写入方向),或0xEF(读出方向)。温度数据UT和压力数据UP都存储在寄存器的第0到15位之中,压力数据UP的精度还可扩展至16~19位。
上图中左边是Bosch公司技术手册上提供的读取顺序的流程图,右边是EEPROM中的校准数据。
从流程图中可以看出,单片机发送开始信号启动温度和压力测量,经过一定的转换时间(4.5ms)后,从IIC接口读出结果。为了将温度的单位换算成℃和将压力的单位换算成hPa,需要用到EEPROM中的校准数据来进行补偿计算,这些数据也可以从IIC接口读出。事实上,EEPROM中的这些校准数据应该在程序初始化的时候就读出,以方便后面的计算。 在同一个采样周期中BMP085可以采128次压力值和1次温度值,并且这些值在读取后会被及时更新掉。若不想等待到最大转化时间之后才读取数据,可以有效利用BMP085的输出管脚EOC来检查转化是否完毕。若为1表示转换完成,为0表示转换正在进行中。
要得到温度或气压的值,必须要访问地址为0xF4的控制寄存器。它根据写入数据的不同,回应的值也不一样,具体如下表所示。
从图中可以看出,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。同样,要获得气压数据,必须先向控制寄存器(地址0xF4)写0x34,然后等待至少4.5ms,才可以从地址0xF6和0xF7读取16位的气压数据,若要扩展分辨率,还可继续读取0xF8(XLSB)扩展16位数据到19位。获取到的数据还要根据EEPROM中的校准数据来进行补偿后才能用,EEPROM的数据读取可根据上图中的地址来进行,地址从0xAA~0xBF,具体的补偿算法可参看官方的数据手册,这里就不赘述了。
下面以一个例子来看一下BMP085的具体应用。
例子:利用单片机读取来自BMP085的温度和气压数据,并把它们通过LCD1602显示出来。
BMP085的SDA、SCL端分别接到ATMega16的TWI端(PC1、PC0),EOC和XCLR端悬空,LCD1602的接法与前面的一致。参考代码如下。
#include <iom16.h>
/
/=========================定义从器件地址和读写方式=============================
#define rd_device_add 0xef //即11101111,1110111是BMP085器件的固定地址,最后的1表示对从器件进行读操作
#define wr_device_add 0xee //即11101110,1110111是BMP085器件的固定地址,最后的0表示对从器件时行写操作
//===============================TWI状态定义==================================
#define START 0x08
#define RE_START 0x10
#define MT_SLA_ACK 0x18
#define MT_SLA_NOACK 0x20
#define MT_DATA_ACK 0x28
#define MT_DATA_NOACK 0x30
#define MR_SLA_ACK 0x40
#define MR_SLA_NOACK 0x48
#define MR_DATA_ACK 0x50
#define MR_DATA_NOACK 0x58
//=============================常用TWI操作定义================================
#define Start() (TWCR=(1<<TWINT)|(1<<TWSTA)|(1<<TWEN))
#define Stop() (TWCR=(1<<TWINT)|(1<<TWSTO)|(1<<TWEN))
#define Wait() {while(!(TWCR&(1<<TWINT)));}
#define TestAck() (TWSR&0xf8)
#define SetAck() (TWCR|=(1<<TWEA))
#define SetNoAck() (TWCR&=~(1<<TWEA))
#define Twi() (TWCR=(1<<TWINT)|(1<<TWEN))
#define Write8Bit(x) {TWDR=(x);TWCR=(1<<TWINT)|(1<<TWEN);}
//============引脚电平的宏定义===============
#define LCM_RS_1 PORTB_Bit0=1 //RS脚输出高电平
#define LCM_RS_0 PORTB_Bit0=0 //RS脚输出低电平
#define LCM_RW_1 PORTB_Bit1=1 //RW脚输出高电平
#define LCM_RW_0 PORTB_Bit1=0 //RW脚输出低电平
#define LCM_EN_1 PORTB_Bit2=1 //EN脚输出高电平
#define LCM_EN_0 PORTB_Bit2=0 //EN脚输出低电平
#define DataPort PORTA //PORTA为数据端口
#define Busy 0x80 //忙信号
//==============定义全局变量================
unsigned char ge,shi,bai,qian,wan,shiwan; //显示变量
unsigned char ReadTemp[2]; //接收到的温度数据缓冲区
unsigned char ReadPressure[2]; //接收到的气压数据缓冲区
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;
//==============定义显示字符串================
const unsigned char str0[]={" T: . C "}; //显示温度
const unsigned char str1[]={" P: . Kpa "}; //显示气压
//===============1mS延时===================
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