BMP280气压传感器使用指南

CHANBAEK 2023-04-17 13545

CHANBAEK

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描述

博主最近在调试 bmp280 气压传感器。

1、前言

BOSCH 出的 BMP280 气压传感器，可以用于测量气压、海拔高度等。 无人机一般都会使用气压计，给飞控定高，还可以做天气监控，因为温度和风速的变化都会影响测量结果。

目前已经出了 BMP380、BMP390 ，精度更高。

2、传感器特性

  1. 具有数字 I2C、SPI 串口标准输出。 (I2C up to 3.4 MHz) (SPI 3 and 4 wire, up to 10 MHz)
  2. 封装 8-pin LGA，2.0 × 2.5 × 0.95mm，小尺寸适用于很多设备
  3. 功耗 2.7μA @ 1 Hz 采样率
  4. 工作温度 -40 … +85 °C
  5. 测压范围 300 … 1100 hPa

典型应用

  1. 增强 GPS 导航（例如，首次修复改进时间、航位推算、坡度检测）
  2. 室内导航（楼层检测、电梯检测）
  3. 户外导航、休闲和体育应用
  4. 天气预报
  5. 医疗保健应用（如肺活量测定）
  6. 垂直速度指示（例如上升/下降速度）

目标设备

  1. 手机、平板电脑、GPS 设备等手持设备
  2. 导航系统
  3. 便携式医疗保健设备
  4. 家庭气象站
  5. 飞行玩具
  6. 手表

BMP180、BMP280 对比

BOSCH

3、参考资料

bosch 官网有数据手册

4、引脚说明

一共 8 个 PIN 脚

BOSCH

引脚说明

BOSCH

4 线 SPI

BOSCH

3 线 SPI

BOSCH

C1， C2 为 100 nF。

I2C 连接

BOSCH

5、工作模式

  1. 睡眠模式
  2. 正常模式
  3. 强制模式

在睡眠模式下，不进行任何测量。 正常模式包括自动在活动测量周期和非活动待机周期之间的永久循环。 在强制模式下，执行单次测量，测量完成后传感器返回睡眠模式。

BOSCH

6、I2C 读写地址

BMP280 从机地址是 111011x ，高 6 bit 是固定的，最后一位 x 和一个 PIN 的状态有关系。 如果 SDO 是高，从机地址是 1110111 (0x77)。 如果 SDO 是低，从机地址是 1110110 (0x76)。

这个方案可以使得一路 I2C bus 挂两个 bmp280，同时使用。

I2C 写入

BOSCH

I2C 读取

BOSCH

另外，该器件支持 SPI mode ‘00’ (CPOL = CPHA = ‘0’) and mode ‘11’ (CPOL= CPHA = ‘1’). SPI 支持 4-wire and 3-wire。 详情参看数据手册。

7、寄存器

BOSCH

#define BMP280_ADDRESS  0x76  //从设备地址
#define BMP280_RESET_VALUE  0xB6  //复位寄存器写入值

#define BMP280_CHIPID_REG       0xD0  /*Chip ID Register */
#define BMP280_RESET_REG        0xE0  /*Softreset Register */
#define BMP280_STATUS_REG       0xF3  /*Status Register */
#define BMP280_CTRLMEAS_REG     0xF4  /*Ctrl Measure Register */
#define BMP280_CONFIG_REG       0xF5  /*Configuration Register */
#define BMP280_PRESSURE_MSB_REG    0xF7  /*Pressure MSB Register */
#define BMP280_PRESSURE_LSB_REG    0xF8  /*Pressure LSB Register */
#define BMP280_PRESSURE_XLSB_REG   0xF9  /*Pressure XLSB Register */
#define BMP280_TEMPERATURE_MSB_REG   0xFA  /*Temperature MSB Reg */
#define BMP280_TEMPERATURE_LSB_REG   0xFB  /*Temperature LSB Reg */
#define BMP280_TEMPERATURE_XLSB_REG  0xFC  /*Temperature XLSB Reg */
//状态寄存器转换标志
#define BMP280_MEASURING     0x01
#define BMP280_IM_UPDATE     0x08
  1. 第一个 chip_id 寄存器。
  2. 第二个复位寄存器，向 0xE0 写 0xB6 复位。
  3. 状态寄存器，两个状态：一个是 MEASURING，一个是 UPDATE。
  4. 4 和 5 寄存器用来设置它的模式。
  5. 最后 6 个是数据寄存器，XLSB 是小数位的意思，后面用来浮点转化用。

8、代码

博主用的是轮询去读数据，大家也可以配置成中断方式。

初始化部分，主要是读补偿参数、设置工作模式、设置过采样参数等：

BMP280 bmp280_inst;
BMP280* bmp280 = &bmp280_inst;  //这个全局结构体变量用来保存存在芯片内ROM补偿参数
void Bmp_Init(void)
{
 u8 Lsb,Msb;
 
 /********************接下来读出矫正参数*********************/
 //温度传感器的矫正值
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_T1_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_T1_MSB_REG);
 bmp280->T1 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb;   //高位加低位
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_T2_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_T2_MSB_REG);
 bmp280->T2 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb;  
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_T3_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_T3_MSB_REG);
 bmp280->T3 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb;  
 
 //大气压传感器的矫正值
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P1_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P1_MSB_REG);
 bmp280->P1 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb;  
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P2_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P2_MSB_REG);
 bmp280->P2 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P3_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P3_MSB_REG);
 bmp280->P3 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P4_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P4_MSB_REG);
 bmp280->P4 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P5_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P5_MSB_REG);
 bmp280->P5 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P6_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P6_MSB_REG);
 bmp280->P6 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P7_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P7_MSB_REG);
 bmp280->P7 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P8_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P8_MSB_REG);
 bmp280->P8 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 Lsb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P9_LSB_REG);
 Msb = BMP280_Read_Byte(BMP280_DIG_P9_MSB_REG);
 bmp280->P9 = (((u16)Msb)<<8) + Lsb; 
 /******************************************************/
 BMP280_Write_Byte(BMP280_RESET_REG,BMP280_RESET_VALUE); //往复位寄存器写入给定值
 
 BMP_OVERSAMPLE_MODE   BMP_OVERSAMPLE_MODEStructure;
 BMP_OVERSAMPLE_MODEStructure.P_Osample = BMP280_P_MODE_3;
 BMP_OVERSAMPLE_MODEStructure.T_Osample = BMP280_T_MODE_1;
 BMP_OVERSAMPLE_MODEStructure.WORKMODE  = BMP280_NORMAL_MODE;
 BMP280_Set_TemOversamp(&BMP_OVERSAMPLE_MODEStructure);
 
 BMP_CONFIG     BMP_CONFIGStructure;
 BMP_CONFIGStructure.T_SB = BMP280_T_SB1;
 BMP_CONFIGStructure.FILTER_COEFFICIENT = BMP280_FILTER_MODE_4;
 BMP_CONFIGStructure.SPI_EN = DISABLE;
 
 BMP280_Set_Standby_FILTER(&BMP_CONFIGStructure);
}

BMP280.H

#include "myiic.h"
#include "sys.h"
//#include 

#define BMP280_ADDRESS      0xEC
//#define BMP280_ADDRESS      (0x76 << 1)
#define BMP280_RESET_VALUE     0xB6  

#define BMP280_CHIPID_REG                    0xD0  /*Chip ID Register */
#define BMP280_RESET_REG                     0xE0  /*Softreset Register */
#define BMP280_STATUS_REG                    0xF3  /*Status Register */
#define BMP280_CTRLMEAS_REG                  0xF4  /*Ctrl Measure Register */
#define BMP280_CONFIG_REG                    0xF5  /*Configuration Register */
#define BMP280_PRESSURE_MSB_REG              0xF7  /*Pressure MSB Register */
#define BMP280_PRESSURE_LSB_REG              0xF8  /*Pressure LSB Register */
#define BMP280_PRESSURE_XLSB_REG             0xF9  /*Pressure XLSB Register */
#define BMP280_TEMPERATURE_MSB_REG           0xFA  /*Temperature MSB Reg */
#define BMP280_TEMPERATURE_LSB_REG           0xFB  /*Temperature LSB Reg */
#define BMP280_TEMPERATURE_XLSB_REG          0xFC  /*Temperature XLSB Reg */

#define BMP280_MEASURING     0x01
#define BMP280_IM_UPDATE     0x08

/*calibration parameters */
#define BMP280_DIG_T1_LSB_REG                0x88
#define BMP280_DIG_T1_MSB_REG                0x89
#define BMP280_DIG_T2_LSB_REG                0x8A
#define BMP280_DIG_T2_MSB_REG                0x8B
#define BMP280_DIG_T3_LSB_REG                0x8C
#define BMP280_DIG_T3_MSB_REG                0x8D
#define BMP280_DIG_P1_LSB_REG                0x8E
#define BMP280_DIG_P1_MSB_REG                0x8F
#define BMP280_DIG_P2_LSB_REG                0x90
#define BMP280_DIG_P2_MSB_REG                0x91
#define BMP280_DIG_P3_LSB_REG                0x92
#define BMP280_DIG_P3_MSB_REG                0x93
#define BMP280_DIG_P4_LSB_REG                0x94
#define BMP280_DIG_P4_MSB_REG                0x95
#define BMP280_DIG_P5_LSB_REG                0x96
#define BMP280_DIG_P5_MSB_REG                0x97
#define BMP280_DIG_P6_LSB_REG                0x98
#define BMP280_DIG_P6_MSB_REG                0x99
#define BMP280_DIG_P7_LSB_REG                0x9A
#define BMP280_DIG_P7_MSB_REG                0x9B
#define BMP280_DIG_P8_LSB_REG                0x9C
#define BMP280_DIG_P8_MSB_REG                0x9D
#define BMP280_DIG_P9_LSB_REG                0x9E
#define BMP280_DIG_P9_MSB_REG                0x9F

typedef enum {
 BMP280_SLEEP_MODE = 0x0,
 BMP280_FORCED_MODE = 0x1, //???0x2
 BMP280_NORMAL_MODE = 0x3
} BMP280_WORK_MODE;


typedef enum 
{
 BMP280_P_MODE_SKIP = 0x0, /*skipped*/
 BMP280_P_MODE_1,   /*x1*/
 BMP280_P_MODE_2,   /*x2*/
 BMP280_P_MODE_3,   /*x4*/
 BMP280_P_MODE_4,   /*x8*/
 BMP280_P_MODE_5       /*x16*/
} BMP280_P_OVERSAMPLING; 


typedef enum {
 BMP280_T_MODE_SKIP = 0x0, /*skipped*/
 BMP280_T_MODE_1,   /*x1*/
 BMP280_T_MODE_2,   /*x2*/
 BMP280_T_MODE_3,   /*x4*/
 BMP280_T_MODE_4,   /*x8*/
 BMP280_T_MODE_5       /*x16*/
} BMP280_T_OVERSAMPLING;
         
//IIR
typedef enum {
 BMP280_FILTER_OFF = 0x0, /*filter off*/
 BMP280_FILTER_MODE_1,  /*0.223*ODR*/ /*x2*/
 BMP280_FILTER_MODE_2,  /*0.092*ODR*/ /*x4*/
 BMP280_FILTER_MODE_3,  /*0.042*ODR*/ /*x8*/
 BMP280_FILTER_MODE_4  /*0.021*ODR*/ /*x16*/
} BMP280_FILTER_COEFFICIENT;


typedef enum {
 BMP280_T_SB1 = 0x0,  /*0.5ms*/
 BMP280_T_SB2,   /*62.5ms*/
 BMP280_T_SB3,   /*125ms*/
 BMP280_T_SB4,   /*250ms*/
 BMP280_T_SB5,   /*500ms*/
 BMP280_T_SB6,   /*1000ms*/
 BMP280_T_SB7,   /*2000ms*/
 BMP280_T_SB8,   /*4000ms*/
} BMP280_T_SB;


typedef struct  
{
 /* T1~P9 */
 uint16_t T1;
 int16_t T2;
 int16_t T3;
 uint16_t P1;
 int16_t P2;
 int16_t P3;
 int16_t P4;
 int16_t P5;
 int16_t P6;
 int16_t P7;
 int16_t P8;
 int16_t P9;
} BMP280;

typedef   long signed int    BMP280_S32_t;
typedef   long unsigned int   BMP280_U32_t;
typedef   long long signed int  BMP280_S64_t;

#define dig_T1   bmp280->T1 
#define dig_T2   bmp280->T2 
#define dig_T3   bmp280->T3 
#define dig_P1   bmp280->P1
#define dig_P2   bmp280->P2
#define dig_P3   bmp280->P3
#define dig_P4   bmp280->P4
#define dig_P5   bmp280->P5
#define dig_P6   bmp280->P6
#define dig_P7   bmp280->P7
#define dig_P8   bmp280->P8
#define dig_P9   bmp280->P9
/************************************************CUT****************************************/

typedef struct
{
 BMP280_P_OVERSAMPLING P_Osample;
 BMP280_T_OVERSAMPLING T_Osample;
 BMP280_WORK_MODE  WORKMODE;
} BMP_OVERSAMPLE_MODE;
 
typedef struct
{
 BMP280_T_SB     T_SB;
 BMP280_FILTER_COEFFICIENT  FILTER_COEFFICIENT;
 FunctionalState    SPI_EN;
} BMP_CONFIG;

extern BMP280* bmp280;

u8 BMP280_Check(void);
void BMP280_Set_TemOversamp(BMP_OVERSAMPLE_MODE * Oversample_Mode);
void BMP280_Set_Standby_FILTER(BMP_CONFIG * BMP_Config);
void Bmp_Init(void);
u8  BMP280_GetStatus(u8 status_flag);
//long BMP280_Get_Pressure(void);
double BMP280_Get_Pressure(void);
double bmp280_compensate_T_double(BMP280_S32_t adc_T);
double bmp280_compensate_P_double(BMP280_S32_t adc_P);

主函数

void task2_task(void *pvParameters)
{
 double BMP_Pressure;
 Bmp_Init();

 while(1)
 {
  while(BMP280_GetStatus(BMP280_MEASURING) != RESET);
  while(BMP280_GetStatus(BMP280_IM_UPDATE) != RESET);
  BMP_Pressure = BMP280_Get_Pressure();
  printf("Pressure %f Pa \\r\\n",BMP_Pressure);
 }
}

double BMP280_Get_Pressure(void)
{
 uint8_t XLsb,Lsb, Msb;
 long signed Bit32;
 double pressure;
 XLsb = I2C_ReadOneByte(BMP280_ADDRESS,BMP280_PRESSURE_XLSB_REG);
 Lsb  = I2C_ReadOneByte(BMP280_ADDRESS,BMP280_PRESSURE_LSB_REG);
 Msb  = I2C_ReadOneByte(BMP280_ADDRESS,BMP280_PRESSURE_MSB_REG);
 Bit32 = ((long)(Msb << 12))|((long)(Lsb << 4))|(XLsb>>4); 
 pressure = bmp280_compensate_P_double(Bit32);
 return pressure;
}

double bmp280_compensate_P_double(BMP280_S32_t adc_P)
{
 double var1, var2, p;
 var1 = ((double)t_fine/2.0) - 64000.0;
 var2 = var1 * var1 * ((double)dig_P6) / 32768.0;
 var2 = var2 + var1 * ((double)dig_P5) * 2.0;
 var2 = (var2/4.0)+(((double)dig_P4) * 65536.0);
 var1 = (((double)dig_P3) * var1 * var1 / 524288.0 + ((double)dig_P2) * var1) / 524288.0;
 var1 = (1.0 + var1 / 32768.0)*((double)dig_P1);
 if (var1 == 0.0)
 {
 return 0; // avoid exception caused by division by zero
 }
 p = 1048576.0 - (double)adc_P;
 p = (p - (var2 / 4096.0)) * 6250.0 / var1;
 var1 = ((double)dig_P9) * p * p / 2147483648.0;
 var2 = p * ((double)dig_P8) / 32768.0;
 p = p + (var1 + var2 + ((double)dig_P7)) / 16.0;
 return p;
}
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