Arduino 读取 BMP085 大气压强模块教程

为了能够在步态判断过程中准确地判断上楼步态与下楼步态，尝试引入气压计，通过测试上下楼气压的变化间接算出水平面高度的变化，从而判断出上楼或者下楼的步态。 当然，使用气压传感器的用途还有很多，借用一下 BMP085datasheet  上面的介绍，气压传感器还可以用到以下的场合：盲区推估；户外导航；天气预测；垂直运动速度测量。 其实气压传感器除了在一些关于气象、天气方面的应用以外，基本上都是用来测试海拔高度。从应用场合来看，盲区推估；户外导航；垂直运动速度测量也都是用到了测量海拔高度这个应用。所以要想用好气压传感器，正确理解气压和海拔高度的关系是很重要的，本文将在第二章介绍气压与海拔的一些基本关系。 希望通过阅读本文可以帮助大家很快的搭建基于气压计的项目应用

使用气压传感器之前要考虑的问题

作为一个物理量，气压的大小有着很深刻的物理含义。这里对具体的物理意义就不详细介绍了。主要说一下气压与海拔高度的关系。  

气压与海拔高度之间的关系

海拔高度与大气压力的关系在大气物理学里面有明确的定义。根据不同的大气模型，会有不同的气压与海拔的对应关系。详细资料可以参考大气物理学的书籍。 但是看大气物理学的书比家复杂，所以可以参考公式 2.-1-1。Pb 就是压力传感器测试出来的压力值，h 就是相应的海拔高度。有一点特别需要注意，就是海拔高度与压力大小的关系受温度的影响。很多情况下，压力传感器芯片的 Datasheet(规格书) 会提供压力与海拔高度的对应关系，也可以用来借鉴。  

影响压力测量的因素

影响压力测量的因素有很多，除了关键的海拔高度以及温度的影响，诸如空气的流动（诸如风，空调等等）都影响空气压力的测量。  

规格书中的重要参数

Tab1.0

• absolute accuracy：绝对精度，也就是在一个测量范围内的测量精度。举例来说，如果测量的气压从700hPa一直到1100hPa，理论上读数应该是变化了400hPa，但实际上的读数可能是 400hPa±absolute accuracy。
• relative accuracy：相对精度，也就是在一个固定测量值的测量精度。举例来说，如果测量 500hPa 的气压，实际的测量值是 500hPa±relative accuracy。
• Solder drift：焊接影响，该器件对于焊接的要求比较高，如果焊接造成了一定的器件变形，等价于器件存在了一个内部的残余应力，所以会对实际测量产生一定的偏差。

BMP085 的数据读取方式

从 BMP085 读取数据的方法如图 Fig4.4 所示 从 BMP085 读取数据的步骤如下： 

1. 发送模块地址+W（表示写操作），如 Fig4.4 中的 0xEE。
2. 送寄存器地址(register address)，如 Fig4.4 中的第一个 0xF6。
3. 重新开始 IIC 传输（Restart）。
4. 发送模块地址+R（表示要进行读操作），如 Fig4.4 中的 0xEF。
5. 读取测量值的高 8 位（MSB）。
6. 读取测量值的低 8 位（LSB）。
7. 不同寄存器地址的意义如 Tab4.2 所示

Tab4.2

程序控制总结

从 Fig4.4  与 Fig4.3  可以清楚地看出 MCU 控制 BMP085 的方法，这里再进行一些简单的概括。其实对 BMP085 的控制可以概括为两句话：向固定的寄存器（0xF4）写特定值（Tab4.1 中的 control register value），从特定的寄存器（Tab4.2中的寄存器地址）读返回值。每次通讯时的 Module address 都是一个固定的值，主要是为了符合 IIC 协议。 

1. 向固定的寄存器（0xF4）写特定值（Tab4.1 中的 control register value）其实就是向 0xF4 地址写不同的值从而完成温度测量或者不同的压力精度的测量。
2. 从特定的寄存器（Tab4.2 中的寄存器地址）读返回值从 EEPROM 读取 Calibration  所需要的数据，共有 11 个 Word（双字节）。从 0xF6，0xF7，0xF8  读取 UT 或者 UP，具体是 UP 还是 UT 要由前面进行的操作决定（进行了温度转换就存有温度数据，进行了压力转换就存有压力数据）。

例程：   //Arduino 1.0+ Only //Arduino 1.0+ Only

/*Based largely on code by  Jim Lindblom

Get pressure, altitude, and temperature from the BMP085. Serial.print it out at 9600 baud to serial monitor. */

#include

#define BMP085_ADDRESS 0x77  // I2C address of BMP085

const unsigned char OSS = 0;  // Oversampling Setting

// Calibration values 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;

// b5 is calculated in bmp085GetTemperature(...), this variable is also used in bmp085GetPressure(...) // so ...Temperature(...) must be called before ...Pressure(...). long b5;

void setup(){  Serial.begin(9600);  Wire.begin();

 bmp085Calibration(); }

void loop() {  float temperature = bmp085GetTemperature(bmp085ReadUT()); //MUST be called first  float pressure = bmp085GetPressure(bmp085ReadUP());  float atm = pressure / 101325; // "standard atmosphere"  float altitude = calcAltitude(pressure); //Uncompensated caculation - in Meters

 Serial.print("Temperature: ");  Serial.print(temperature, 2); //display 2 decimal places  Serial.println("deg C");

 Serial.print("Pressure: ");  Serial.print(pressure, 0); //whole number only.  Serial.println(" Pa");

 Serial.print("Standard Atmosphere: ");  Serial.println(atm, 4); //display 4 decimal places

 Serial.print("Altitude: ");  Serial.print(altitude, 2); //display 2 decimal places  Serial.println(" M");

 Serial.println();//line break

 delay(1000); //wait a second and get values again. }

// Stores all of the bmp085's calibration values into global variables // Calibration values are required to calculate temp and pressure // This function should be called at the beginning of the program void bmp085Calibration() {  ac1 = bmp085ReadInt(0xAA);  ac2 = bmp085ReadInt(0xAC);  ac3 = bmp085ReadInt(0xAE);  ac4 = bmp085ReadInt(0xB0);  ac5 = bmp085ReadInt(0xB2);  ac6 = bmp085ReadInt(0xB4);  b1 = bmp085ReadInt(0xB6);  b2 = bmp085ReadInt(0xB8);  mb = bmp085ReadInt(0xBA);  mc = bmp085ReadInt(0xBC);  md = bmp085ReadInt(0xBE); }

// Calculate temperature in deg C float bmp085GetTemperature(unsigned int ut){  long x1, x2;

 x1 = (((long)ut - (long)ac6)*(long)ac5) >> 15;  x2 = ((long)mc << 11)/(x1 + md);  b5 = x1 + x2;

 float temp = ((b5 + 8)>>4);  temp = temp /10;

 return temp; }

// Calculate pressure given up // calibration values must be known // b5 is also required so bmp085GetTemperature(...) must be called first. // Value returned will be pressure in units of Pa. long bmp085GetPressure(unsigned long up){  long x1, x2, x3, b3, b6, p;  unsigned long b4, b7;

 b6 = b5 - 4000;  // Calculate B3  x1 = (b2 * (b6 * b6)>>12)>>11;  x2 = (ac2 * b6)>>11;  x3 = x1 + x2;  b3 = (((((long)ac1)*4 + x3)<>2;

 // Calculate B4  x1 = (ac3 * b6)>>13;  x2 = (b1 * ((b6 * b6)>>12))>>16;  x3 = ((x1 + x2) + 2)>>2;  b4 = (ac4 * (unsigned long)(x3 + 32768))>>15;

 b7 = ((unsigned long)(up - b3) * (50000>>OSS));  if (b7 < 0x80000000)    p = (b7<<1)/b4;  else    p = (b7/b4)<<1;

 x1 = (p>>8) * (p>>8);  x1 = (x1 * 3038)>>16;  x2 = (-7357 * p)>>16;  p += (x1 + x2 + 3791)>>4;

 long temp = p;  return temp; }

// Read 1 byte from the BMP085 at 'address' char bmp085Read(unsigned char address) {  unsigned char data;

 Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);  Wire.write(address);  Wire.endTransmission();

 Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 1);  while(!Wire.available())    ;

 return Wire.read(); }

// Read 2 bytes from the BMP085 // First byte will be from 'address' // Second byte will be from 'address'+1 int bmp085ReadInt(unsigned char address) {  unsigned char msb, lsb;

 Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);  Wire.write(address);  Wire.endTransmission();

 Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 2);  while(Wire.available()<2)    ;  msb = Wire.read();  lsb = Wire.read();

 return (int) msb<<8 | lsb; }

// Read the uncompensated temperature value unsigned int bmp085ReadUT(){  unsigned int ut;

 // Write 0x2E into Register 0xF4  // This requests a temperature reading  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);  Wire.write(0xF4);  Wire.write(0x2E);  Wire.endTransmission();

 // Wait at least 4.5ms  delay(5);

 // Read two bytes from registers 0xF6 and 0xF7  ut = bmp085ReadInt(0xF6);  return ut; }

// Read the uncompensated pressure value unsigned long bmp085ReadUP(){

 unsigned char msb, lsb, xlsb;  unsigned long up = 0;

 // Write 0x34+(OSS<<6) into register 0xF4  // Request a pressure reading w/ oversampling setting  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);  Wire.write(0xF4);  Wire.write(0x34 + (OSS<<6));  Wire.endTransmission();

 // Wait for conversion, delay time dependent on OSS  delay(2 + (3<> (8-OSS);

 return up; }

void writeRegister(int deviceAddress, byte address, byte val) {  Wire.beginTransmission(deviceAddress); // start transmission to device  Wire.write(address);       // send register address  Wire.write(val);         // send value to write  Wire.endTransmission();     // end transmission }

int readRegister(int deviceAddress, byte address){

 int v;  Wire.beginTransmission(deviceAddress);  Wire.write(address); // register to read  Wire.endTransmission();

 Wire.requestFrom(deviceAddress, 1); // read a byte

 while(!Wire.available()) {    // waiting  }

 v = Wire.read();  return v; }

float calcAltitude(float pressure){

 float A = pressure/101325;  float B = 1/5.25588;  float C = pow(A,B);  C = 1 - C;  C = C /0.0000225577;

 return C; }