Подключение датчика атмосферного давления и температуры BMP180 к Arduino

Хотите добавить отслеживание высоты или мониторинг погоды в ваш проект на Arduino? Датчик атмосферного давления BMP180 делает это невероятно простым! Этот компактный и мощный датчик измеряет температуру и атмосферное давление, которые можно использовать для определения высоты и отслеживания погодных условий.

По мере перемещения от уровня моря к горной вершине атмосферное давление уменьшается. Измеряя это изменение, BMP180 может оценить высоту, что делает его идеальным альтиметром для дронов, метеозондов и проектов навигации на открытом воздухе. Поскольку атмосферное давление также зависит от погодных условий, этот датчик помогает обнаруживать тенденции в изменении атмосферного давления, что делает его полезным для мониторинга и прогнозирования погоды.

В этом руководстве мы покажем вам, как подключить модуль BMP180 к Arduino, установить необходимые библиотеки и написать простую программу для начала сбора данных. Давайте начнём!

Обзор оборудования

В основе модуля лежит BMP180 — цифровой датчик атмосферного давления и температуры нового поколения, созданный компанией Bosch Sensortec.

Чип BMP180

Внутри датчик BMP180 содержит три основных компонента:

MEMS-датчик давления
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который преобразует показания давления в цифровые значения.
Блок управления с заводскими калибровочными коэффициентами, хранящимися в ROM. Эти калибровочные значения используются для вычисления точных показаний температуры и давления.

Interface BMP180 Barometric Pressure & Temperature Sensor with Arduino

BMP180 измеряет атмосферное давление в диапазоне от 300 гПа до 1100 гПа (что соответствует высотам от 9000 метров над уровнем моря до 500 метров ниже уровня моря). Разрешение датчика составляет 0,01 гПа, а типичная абсолютная точность — ±1 гПа.

Датчик может измерять температуру в диапазоне от -40°C до 85°C с разрешением 0,1°C и точностью приблизительно ±1,0°C.

Требования к питанию

Модуль оснащён встроенным стабилизатором напряжения LM6206, что позволяет ему работать как с 3,3 В, так и с 5 В логикой микроконтроллеров. Это означает, что вы можете безопасно использовать его с распространёнными микроконтроллерами, такими как Arduino или Raspberry Pi, без дополнительных преобразователей напряжения.

BMP180 — это датчик с низким энергопотреблением, потребляющий около 3–5 мкА при нормальной работе. Благодаря такому низкому энергопотреблению он идеально подходит для проектов с батарейным питанием и портативных устройств.

Интерфейс I2C

BMP180 взаимодействует с микроконтроллерами по протоколу I2C. Обратите внимание, что I2C-адрес BMP180 фиксирован и равен 0x77, что важно при написании кода для связи с датчиком.

Технические характеристики

Вот полные технические характеристики:

Напряжение питания	3.3V to 5.5V
Потребляемый ток	~3 to 5µA
Диапазон измерения давления	300 to 1100 hPa
Абсолютная точность давления	±1 hPa
Диапазон температур	-40˚C to +85˚C
Точность температуры	±1˚C

Для получения более подробной информации вы можете ознакомиться с техническим описанием датчика.

Распиновка модуля BMP180

Модуль BMP180 имеет всего четыре вывода:

VCC используется для подачи питания на модуль. Он может работать с напряжением от 3,3 В до 5 В.

GND — это вывод заземления.

SCL — вывод тактирования для интерфейса I2C.

SDA — вывод данных для интерфейса I2C.

Схема подключения модуля BMP180 к Arduino

Давайте подключим модуль BMP180 к Arduino! Процесс подключения прост и требует всего нескольких шагов.

Сначала подключите вывод VIN к выходу 5V на Arduino, а вывод GND — к земле Arduino.

Далее нам нужно подключить выводы, используемые для связи по I2C. Важно знать, что разные платы Arduino имеют разные выводы I2C, и их необходимо подключать правильно. На платах Arduino с компоновкой R3 выводы SDA и SCL также расположены на штыревых разъёмах рядом с выводом AREF. Однако внутренне они являются теми же выводами A4 (SDA) и A5 (SCL).

Вот краткая справочная таблица подключений:

BMP180 Module		Arduino
VCC		5V
GND		GND
SCL		SCL or A5
SDA		SDA or A4

Пожалуйста, обратитесь к изображению ниже, чтобы увидеть правильную схему подключения.

Установка необходимых библиотек

Прежде чем вы сможете начать считывать данные с датчика BMP180, вам необходимо установить библиотеку Adafruit BMP180. Она доступна в менеджере библиотек Arduino.

Для установки библиотеки:

Сначала откройте вашу программу Arduino IDE. Затем нажмите на значок Менеджер библиотек на левой боковой панели.
Введите «bmp180» в поле поиска для фильтрации результатов.
Найдите Adafruit BMP085 Library от Adafruit.
Нажмите кнопку Install, чтобы добавить её в вашу Arduino IDE.

Поскольку библиотека Adafruit BMP085 зависит от других библиотек, вам будет предложено установить её зависимости, включающие `Adafruit Unified Sensor Driver `_ и `Adafruit Bus IO Library `_.

Когда появится это сообщение, просто нажмите INSTALL ALL, чтобы убедиться, что всё настроено правильно.

Код Arduino — считывание температуры и атмосферного давления

Этот базовый скетч показывает, как считывать данные с датчика BMP180. С помощью этой программы вы можете создать собственную метеостанцию, которая не только показывает температуру и атмосферное давление, но и может оценивать вашу высоту над уровнем моря!

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_BMP085.h>
#define seaLevelPressure_hPa 1013.25

Adafruit_BMP085 bmp;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  if (!bmp.begin()) {
    Serial.println("Could not find a valid BMP085 sensor, check wiring!");
    while (1) {}
  }
}

void loop() {
  Serial.print("Temperature = ");
  Serial.print(bmp.readTemperature());
  Serial.println(" *C");

  Serial.print("Pressure = ");
  Serial.print(bmp.readPressure());
  Serial.println(" Pa");

  Serial.print("Altitude = ");
  Serial.print(bmp.readAltitude());
  Serial.println(" meters");

  Serial.print("Pressure at sealevel (calculated) = ");
  Serial.print(bmp.readSealevelPressure());
  Serial.println(" Pa");

  Serial.print("Real altitude = ");
  Serial.print(bmp.readAltitude(seaLevelPressure_hPa * 100));
  Serial.println(" meters");

  Serial.println();
  delay(500);
}

После загрузки этой программы на Arduino вы можете открыть монитор последовательного порта. Вы увидите показания температуры, давления и высоты, обновляющиеся каждые несколько секунд.

Примечание:

Для более точных показаний высоты обязательно обновите переменную seaLevelPressure_hPa правильным значением для вашего местоположения на текущий день.

Объяснение кода:

Программа начинается с подключения двух важных библиотек: Wire.h, которая помогает Arduino взаимодействовать с модулем BMP180 по протоколу I2C, и Adafruit_BMP085.h, которая содержит функции для управления модулем BMP180.

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_BMP085.h>

Затем мы определяем переменную seaLevelPressure_hPa и устанавливаем её значение равным 1013,25 гПа. Это стандартное атмосферное давление на уровне моря. Нам нужно это число для вычисления высоты на основе атмосферного давления. Вот что важно знать: если это число отклонится всего на 1 гПа, ваш расчёт высоты может быть неверным примерно на 8,5 метра! Для лучших результатов вам следует узнать текущее давление на уровне моря в вашем регионе и обновить это число.

#define seaLevelPressure_hPa 1013.25

Далее мы создаём объект bmp класса Adafruit_BMP085, который позволяет нам взаимодействовать с датчиком.

Adafruit_BMP085 bmp;

В функции setup() мы инициализируем последовательную связь с компьютером, чтобы видеть показания датчика в мониторе последовательного порта. Затем мы вызываем функцию begin() для инициализации датчика BMP180. Эта функция настраивает связь по I2C, проверяет идентификатор чипа датчика, выполняет программный сброс и ожидает калибровки, прежде чем датчик начнёт предоставлять точные показания. Если датчик не обнаружен, на мониторе последовательного порта отображается сообщение об ошибке, и программа останавливается.

Serial.begin(9600);

if (!bmp.begin()) {
    Serial.println("Could not find a valid BMP085 sensor, check wiring!");
    while (1) {}
}

В функции loop() мы используем следующие функции для считывания данных с датчика BMP180.

Функция readTemperature() возвращает температуру в градусах Цельсия.
Функция readPressure() возвращает атмосферное давление в Паскалях.
Функция readAltitude(seaLevelPressure_hPa * 100) вычисляет вашу высоту (в метрах) на основе заданного давления на уровне моря (в гПа).
Функция readSealevelPressure() вычисляет, каким было бы давление (в гПа) на уровне моря из вашего текущего местоположения.

Serial.print("Temperature = ");
Serial.print(bmp.readTemperature());
Serial.println(" *C");

Serial.print("Pressure = ");
Serial.print(bmp.readPressure());
Serial.println(" Pa");

Serial.print("Altitude = ");
Serial.print(bmp.readAltitude());
Serial.println(" meters");

Serial.print("Pressure at sealevel (calculated) = ");
Serial.print(bmp.readSealevelPressure());
Serial.println(" Pa");

Serial.print("Real altitude = ");
Serial.print(bmp.readAltitude(seaLevelPressure_hPa * 100));
Serial.println(" meters");