使用Arduino开发板和BMP388实现气压和高度测量

风筝

在无人机、气象站、智能穿戴等众多设备中，大气压力和高度的测量非常重要。在本篇文章中，您将学习如何使用Arduino开发板和BMP388传感器实现大气压力的测量，并将气压值转换成高度值，同时采集当前的环境温度。BMP388是最常用的气压传感器之一。

所需的材料

●    Arduino UNO R3开发板

●    YBX-BMP388模块

●    跳线

●    Arduino IDE

BMP388模块简介

YBX-BMP388模块采用博世传感器的最新一代气压传感器BMP388。它精度卓越、功耗超低，适用于健身追踪、室内定位等诸多环境，为高度追踪应用提供卓越精度。它具有出色的设计灵活性，客户可以轻松集成到多种设备中，例如GPS模块、可穿戴设备、可听设备、智能家居、物联网和工业产品。该模块支持SPI和I2C接口进行系统集成，可以快速实现与Arduino和STM32等控制器直接相连。该模块板载一颗电源芯片，支持3.3-5V供电。

该模块包含以下主要特性：

●  采用Bosch高性能气压传感器BMP388

    ●  测量范围：300hPa至1250hPa（全精度）

    ●  ±30Pa绝对精度

    ●  ±6Pa相对精度压力

    ●  平均电流：1.3nA

    ●  压力噪声0.08Pa，最低带宽，最高分辨率

    ●  温度系数偏移：±0.5Pa/K

●  SPI和I2C接口

●  板载一颗高精度DC-DC芯片

●  支持Arduino和STM32等微控制器

●  外形尺寸：24mm x 24mm x 5mm

BMP388模块与Arduino开发板的硬件连接

YBX-BMP388模块支持SPI和I2C两种硬件连接方式，您可以根据实际需要选择合适的接线方式。

I2C接线

该接线方法比较简单，只需要连接4根线即可。首先将模块的VCC引脚连接到电源，3V-5V就可以了。 使用与您的微控制器逻辑相同的电压。对于大多数Arduino，使用5V。 对3.3V逻辑设备，使用3.3V。然后将模块的GND连接到公共地。

将SCK引脚连接到I2C时钟引脚，将SDI引脚连接到Arduino的I2C数据引脚。在Arduino UNO R3开发板上，SDA和 SCL位于靠近AREF引脚的排针上。 它们也被称为 A5 (SCL) 和 A4 (SDA)。

该模块的默认I2C设备地址为0x77。如果将SDO/ADR引脚设置为低电平，那么I2C地址将改成0x76。

SPI接线

BMP388传感器支持SPI连接，您可以使用硬件或软件SPI。 相对于I2C连接方式，SPI的通讯速度要快得多。

同样，每个Arduino开发板都有不同的SPI引脚，应相应地进行连接。 对于UNO/Nano V3.0等Arduino，SPI引脚是数字13 (SCK)、12 (MISO)、11 (MOSI) 和 10 (SS)。

模块连接到Arduino开发板后，就可以编写一些代码了！

安装Arduino库文件

使用库文件可以实现快速读取传感器数据，因此我们需要安装Adafruit BMP3XX库。该库可以在GitHub上下载，也可以使用Arduino库管理器方式进行安装。

Arduino IDE提供两种方式安装库文件，一种是使用菜单"工具"->“管理库...”或者菜单“项目”->“导入库”->“管理库...”，另一种是使用左侧的库管理工具图标，使用这两种方法都可以打开库管理器。

在库管理中，输入“bmp3”，可以看到有多个关于BMP388的库文件，选择Adafruit BMP3XX Library by Adafruit，并点击旁边的安装按钮。

Arduino代码

Adafruit BMP3XX库文件自带一个示例工程bmp3xx_simpletest，该代码可以读取BMP388传感器模块的温度、大气压力和高度值，我们可以使用该代码进行测试。

1. #include <Wire.h>
   
2. #include <SPI.h>
   
3. #include <Adafruit_Sensor.h>
   
4. #include "Adafruit_BMP3XX.h"
   
5. 
   
6. #define BMP_SCK 13
   
7. #define BMP_MISO 12
   
8. #define BMP_MOSI 11
   
9. #define BMP_CS 10
   
10. 
    
11. #define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)
    
12. 
    
13. Adafruit_BMP3XX bmp;
    
14. 
    
15. void setup() {
    
16.   Serial.begin(115200);
    
17.   while (!Serial);
    
18.   Serial.println("Adafruit BMP388 / BMP390 test");
    
19. 
    
20.   if (!bmp.begin_I2C()) {   // hardware I2C mode, can pass in address & alt Wire
    
21.   //if (! bmp.begin_SPI(BMP_CS)) {  // hardware SPI mode  
    
22.   //if (! bmp.begin_SPI(BMP_CS, BMP_SCK, BMP_MISO, BMP_MOSI)) {  // software SPI mode
    
23.     Serial.println("Could not find a valid BMP3 sensor, check wiring!");
    
24.     while (1);
    
25.   }
    
26. 
    
27.   // Set up oversampling and filter initialization
    
28.   bmp.setTemperatureOversampling(BMP3_OVERSAMPLING_8X);
    
29.   bmp.setPressureOversampling(BMP3_OVERSAMPLING_4X);
    
30.   bmp.setIIRFilterCoeff(BMP3_IIR_FILTER_COEFF_3);
    
31.   bmp.setOutputDataRate(BMP3_ODR_50_HZ);
    
32. }
    
33. 
    
34. void loop() {
    
35.   if (! bmp.performReading()) {
    
36.     Serial.println("Failed to perform reading :(");
    
37.     return;
    
38.   }
    
39.   Serial.print("Temperature = ");
    
40.   Serial.print(bmp.temperature);
    
41.   Serial.println(" *C");
    
42. 
    
43.   Serial.print("Pressure = ");
    
44.   Serial.print(bmp.pressure / 100.0);
    
45.   Serial.println(" hPa");
    
46. 
    
47.   Serial.print("Approx. Altitude = ");
    
48.   Serial.print(bmp.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA));
    
49.   Serial.println(" m");
    
50. 
    
51.   Serial.println();
    
52.   delay(2000);
    
53. }

复制代码

代码说明

首先在示例中包括四个必要的库 - Wire.h（用于I2C）、SPI.h（用于SPI）、Adafruit_Sensor.h和Adafruit_BMP3XX.h。

1. #include <Wire.h>
   
2. #include <SPI.h>
   
3. #include <Adafruit_Sensor.h>
   
4. #include "Adafruit_BMP3XX.h"

复制代码

示例默认采用I2C通信协议与传感器通信。 但是，如果您想使用 SPI，只需取消注释以下定义SPI引脚的代码行。

1. //#define BMP_SCK 13
   
2. //#define BMP_MISO 12
   
3. //#define BMP_MOSI 11
   
4. //#define BMP_CS 10

复制代码

接下来，定义一个名为SEALEVELPRESSURE_HPA的变量。 此变量以milibar为单位保存海平面气压，并用于通过将给定气压与海平面气压进行比较来估算高度。 此示例使用默认值，但为了获得准确的结果，请将该值替换为您所在位置的当前海平面气压。

1. #define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)

复制代码

以下代码行创建Adafruit_BMP3XX对象bmp。

1. Adafruit_BMP3XX bmp;

复制代码

在setup()函数中，我们初始化串口通信并调用begin()函数。

bmp.begin_I2C()函数初始化I2C接口并检查芯片ID是否正确。 然后它使用软复位重置芯片并等待传感器在唤醒后进行校准。 同样，bmp.begin_SPI() 函数初始化SPI接口。 如果要使用SPI，需要取消对应if的注释。

1. Serial.begin(115200);
   
2. while (!Serial);
   
3. Serial.println("Adafruit BMP388 / BMP390 test");
   
4. 
   
5. if (!bmp.begin_I2C()) {   // hardware I2C mode, can pass in address & alt Wire
   
6.         //if (! bmp.begin_SPI(BMP_CS)) {  // hardware SPI mode  
   
7.         //if (! bmp.begin_SPI(BMP_CS, BMP_SCK, BMP_MISO, BMP_MOSI)) {  // software SPI mode
   
8.         Serial.println("Could not find a valid BMP3 sensor, check wiring!");
   
9.         while (1);
   
10. }

复制代码

接下来，我们为传感器设置一些参数。

1. bmp.setTemperatureOversampling(BMP3_OVERSAMPLING_8X);
   
2. bmp.setPressureOversampling(BMP3_OVERSAMPLING_4X);
   
3. bmp.setIIRFilterCoeff(BMP3_IIR_FILTER_COEFF_3);
   
4. bmp.setOutputDataRate(BMP3_ODR_50_HZ);

复制代码

在loop()中，我们调用bmp.performReading()函数来执行读取。 完成后，我们可以使用点运算符访问对象的 (bmp) 实例变量。

bmp.temperature 返回温度读数。

bmp.pressure 返回大气压力读数。

bmp.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA) 函数根据指定的大气压力（以 hPa 为单位）和海平面气压（以 hPa 为单位）计算高度（以米为单位）。

1. void loop() {
   
2.   if (! bmp.performReading()) {
   
3.     Serial.println("Failed to perform reading :(");
   
4.     return;
   
5.   }
   
6.   Serial.print("Temperature = ");
   
7.   Serial.print(bmp.temperature);
   
8.   Serial.println(" *C");
   
9. 
   
10.   Serial.print("Pressure = ");
    
11.   Serial.print(bmp.pressure / 100.0);
    
12.   Serial.println(" hPa");
    
13. 
    
14.   Serial.print("Approx. Altitude = ");
    
15.   Serial.print(bmp.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA));
    
16.   Serial.println(" m");
    
17. 
    
18.   Serial.println();
    
19.   delay(2000);
    
20. }

复制代码