2020年09月07日 | BMP180测量海拔高度传感器单片机程序

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BMP180来进行讨论。BMP180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。

BMP180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BMP180和初始化寄存器和控制器，在不用的情况下可以空置。

BMP180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，BMP180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BMP180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，BMP180也有一个器件的固定地址，根据其数据手册，出厂时默认BMP180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BMP180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BMP180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BMP180的具体应用。

例子：利用单片机读取来自BMP180的温度和气压数据，并把它们通过LCD1602显示出来。

BMP180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

//=========================定义从器件地址和读写方式=============================

#define rd_device_add 0xef //即11101111，1110111是BMP180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BMP180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<#define Stop()  (TWCR=(1<#define Wait()  {while(!(TWCR&(1<#define TestAck() (TWSR&0xf8)

#define SetAck()  (TWCR|=(1<#define SetNoAck()  (TWCR&=~(1<#define Twi() (TWCR=(1<#define Write8Bit(x)  {TWDR=(x);TWCR=(1<//============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===================

void delay_1ms(void)  

{   

  unsigned int i;

  for(i=1;i<(unsigned int)(8*143-2);i++)

    ;

}

//=============n*1mS延时===============

void delay_nms(unsigned int n)  

{

  unsigned int i=0;

  while(i   {delay_1ms();

    i++;

   }

}

//===============IIC总线写n个字节（成功返回0，失败返回1）=====================

unsigned char I2C_Write(unsigned char RomAddress,unsigned char *buf,unsigned char len)

{

  unsigned char i;

  Start();                                                  //启动I2C总线

  Wait();                                                   //等待回应

  if(TestAck()!=START)                        

    return 1;                                              //若回应的不是启动信号，则失败返回1

  Write8Bit(wr_device_add);                    //写I2C从器件地址、写方向

  Wait();                                                   //等待回应

  if(TestAck()!=MT_SLA_ACK)                 

    return 1;                                               //若回应的不是ACK信号，则失败返回值1                                

  Write8Bit(RomAddress);                         //写BMP180的ROM地址

  Wait();                                                     //等待回应

  if(TestAck()!=MT_DATA_ACK)

    return 1;                                                 //若回应的不是ACK信号则失败返回值1

  for(i=0;i    {

      Write8Bit(buf[i]);                          //写数据到BMP180的ROM中

      Wait();                                                      //等待回应

      if(TestAck()!=MT_DATA_ACK)

        {return 1;}                                     //若回应的不是ACK信号则失败返回值1

      delay_nms(10);

    }

  Stop();                                                      //停止I2C总线

  delay_nms(10);                                          //延时等待BMP180写完

  return 0;                                                   //写入成功，返回值0

}

//====================IIC总线读n个字节（成功返回0，失败返回1）=========================

unsigned char I2C_Read(unsigned char RomAddress,unsigned char *buf,unsigned char len)

{

  unsigned char i;

  Start();                                                     //启动I2C总线

  Wait();                                                      //等待回应

  if(TestAck()!=START)

    return 1;                                                  //若回应的不是启动信号，则失败返回1

  Write8Bit(wr_device_add);                        //写I2C从器件地址、写方向

  Wait();                                                       //等待回应

  if(TestAck()!=MT_SLA_ACK)

    return 1;                                                   //若回应的不是ACK信号，则失败返回值1

  Write8Bit(RomAddress);                             //写BMP180的ROM地址

  Wait();                                                         //等待回应

  if(TestAck()!=MT_DATA_ACK)

    return 1;                                                     //若回应的不是ACK信号，则失败返回值1