Все о датчике давления Ардуино

Содержание

Все о датчике давления Ардуино

Одним из главных параметров оценки окружающей среды является атмосферное давление. Для его измерения используют датчики Ардуино, которые так же способны измерять высоту относительно уровня моря и даже предсказывать погоду. Самым популярным и доступным сенсором для платы Arduino, стал модуль bmp280.

Датчик давления

Особенности датчиков давления Ардуино

Датчик давления представляет собой небольшой устройство, созданное на основе кремния. Область его использования очень широкая. Их можно встретить как в промышленности, так и в быту. Он способен работать при различных измерениях (относительных, абсолютных). При этом следует учесть, что относительным называют показатель постоянного давления атмосферы, а абсолютным – показатели в вакууме.

Главным элементом датчика называют вакуумную камеру, сделанную из пластика. Именно относительно нее производятся все расчеты для измерения абсолютного давления.

Arduino-шилд для датчиков давления

Надежность работы датчика Arduino доказывает тот факт, что многие ведущие производители медицинской и бытовой техники используют именно их. Вместе с датчиком применяется LCD-дисплей, куда выводится вся информация. Чтобы подключить датчик, используют операционный усилитель.

Принцип работы барометра

Давление атмосферного столбика измеряют прибором, именуемым барометром. Раньше он был круглым и плоским, как тарелка, внутрь помещали ртуть и ставили пробирку. Если снаружи давление увеличивалось, то и ртуть поднималась внутри колбы выше.

Такой принцип действия сродни термометру спиртового типа. Барометр-анероид — более усовершенствованная и безопасная модель, ее создали позже.

Барометр с термометром

Сегодня барометры используют не только для оценки показателей атмосферного давления. Его так же устанавливают на различные летательные аппараты с целью определения высоты полета. Если летательный аппарат при подъеме оказывается выше уровня моря, показатель давления на приборе уменьшается. Таким образом, получается определить высоту полета.

Еще один вариант использования барометров – прогнозирование погоды в домашних условиях. Для этого так же используют знания и том, как погода зависит от давления атмосферы. На такие приборы дополнительно устанавливают датчики, определяющие температуру воздуха и уровень его влажности.

Электронный барометр

Обычные барометры достаточно громоздкие, поэтому их использование в робототехнике затруднительно. Для этого создали специальные приборы небольшой формы, который подсоединяется к датчику Ардуино. Многие современные устройства создают по технологии МЭМС, аналогично таким приборам, как акселерометр или гиротахометр, где применяют эффект изменения показателей сопротивления материала, если на него воздействуют деформирующие силы.

Электронный барометр

Модуль ВМР 280

ВМР 250 – микро-чип, используемый для цифрового высокочастотного измерителя показателей атмосферного давления. Каждый датчик на этапе его создания проходит калибровку. Благодаря минимальным размерам, отличной измерительной способности и незначительному энергопотреблению, они часто используются для датчиков давления Ардуино. ВМР 280 имеет два последовательных интерфейса, используемых для обмена данными и 3 режима работы:

  • FORCED. Этот режим дает возможность активировать модуль подачи сигнала извне. После того, как измерения произведены, он переходит в режим автоматического сниженного энергопотребления.
  • SLEEP. Находясь в этом режиме потребление электроэнергии прибора минимальное.
  • NORMAL. При переходе в этот режим, модуль начинает периодичные измерения. После этого он вновь переходит в спящий режим. Для задачи нужной частоты, с которой должны проводиться измерения, используется специальная программа. Результат может быть считан в любое время.

Кроме измерения показателей атмосферного давления, модуль ВМР 280 способен измерять температуру воздуха. Чтобы отфильтровать вычисления, которые осуществляет модуль, используется программный фильтр с подходящими настройками.

Датчик давления BMP280

Среди основных технических характеристик модуля ВМР 280, выделяют:

  • показатели напряжения питания на уровне от 1,71 V до 3,6 V;
  • атмосферное давление может измеряться в диапазоне от 300hPa до 1100hPa (такие показатели характерны для высоты от -500 до 9 000 м выше уровня моря);
  • интерфейс обмена информацией SPI с максимально возможной частотой работы 10 МГц или I2C с показателем максимально возможной частотой работы 3,4 МГц;
  • прибор способен работать при температуре не ниже -40 и не выше +85 градусов;
  • размер модуля составляет 21*18 мм;
  • в режиме работы величина тока потребления равна 2.7uA.

Как подключить модуль ВМР 280 к датчику давления Arduino

Чтобы подключить модуль к Ардуино, используют интерфейс. Это может быть SPI или I2C. Выбор конкретного зависит от проекта, над которым ведется работа и его специфики, а так же возможности самого микроконтроллера. Аппаратный интерфейс у датчика Arduino размещен на двух пинах: A4 и A5. Поэтому при таком режиме, для подключения используют 4 провода. 2 необходимы для обеспечения питания модуля и еще 2 применяют в качестве информационной шины. При работе интерфейса SPI потребуется использовать дополнительные 2 провода.

Подключение BMP280

В интернете представлен огромный выбор всевозможных библиотек, используемых для упрощения работы с модулем. К примеру, существует возможность уменьшить до минимума время, необходимое для освоения модуля без урезания его функционала. С помощью подобных библиотек, пользователь получает возможность выбирать на свое усмотрение способ подключения, настраивать такие параметры, как точность или периодичность проведения измерений, исходя из установленного предварительно режима.

Принцип и порядок использования библиотеки

После установки выбранной библиотеки, к ней подключаются Adafruit_BMP280.h или другое устройство, предоставляющее доступы к интерфейсам. Дальше процесс выглядит следующим образом:

  • Создается экземпляр Adafruit_BMP280. Он необходим для получения полного доступа к различным функциям и возможностям датчика, измеряющего показатели атмосферного давления. Он может быть создан несколькими способами, которые зависят от вида подключения (по шине I2C, аппаратному или программному SPI).
  • Используя объект bmp, можно начать работать с параметрами и возможностями библиотеки. Однако вначале инициализируется модуль. Лучше всего это делать при помощи функции setup(), которая используется перед основным циклом.
  • При появлении информации об ошибке, проверяется корректность подключения. Помимо этого, рекомендуется проверить соответствие интерфейса, который используется. Если инициализация проведена успешно, совершается переход к микросхеме ВМР280. В библиотеке для этого существует функция setSampling(. ). Используя ее, пользователь сможет задать необходимые параметры, среди которых (время активности датчика, параметры измерения показателей атмосферного давления, степень фильтрации, температура воздуха).

Подключение библиотеки

Функция setSampling(. ) имеет несколько параметров. Первый из них контролирует режим работы устройства, которых здесь четыре:

  • MODE_NORMAL – цикличный выход из спящего режима по прошествии определенного времени, установленного пользователем. После этого снимаются показатели, которые остаются в памяти, а само устройство вновь уходит в режим сна.
  • MODE_SLEEP – режим, при котором устройство находится в спящем режиме с минимальным потреблением электроэнергии.
  • MODE_FORCED – после выставления этого режима, устройство будет начинать измерения, получив команду об этом от Ардуино с последующим переходом в спящий режим.
  • MODE_SOFT_RESET_CODE – установка этого режима приводит к сбросу всех заводских настроек.

Два следующих параметра необходимы для точного измерения показателей давления атмосферы и температуры воздуха. Четвертый режим необходим для фильтрации проводимых измерений. Пятый отвечает за активизацию прибора для проведения измерений.

Варианты использования ВМР 280

Модуль может использоваться разными способами. Чаще всего, его применяют для определения высоты во время полета или глубины, к примеру, во время опущения в шахту. Однако главным его предназначением остается получение данных на метеостанции. Имея определенные знания и навыки, с его помощью можно создать домашнюю метеостанцию с последующим выводом полученных данных на ЖК-дисплей мобильного телефона.

Домашняя метеостанцая

Измерение высоты точки

Еще одним из вариантов использования датчика давления Ардуино является измерение высоты точки или предмета над уровнем моря. Если учесть, что усредненный показатель давления непосредственно на уровне моря равен 1013 гПа. С повышением высоты на 1 метр, это значение повышается на 0,11 гПа. Поэтому, если из полученного в результате измерения показателя отнять 1013, а после результат разделить на 0,11, получится число, равное высоте.

Высота над уровнем моря

Часто используемые датчики

Кроме ВМР 280 есть и другие датчики. Широкое распространение получили ВМР 180 и bme280.

Основные характеристики ВМР 180:

  • время срабатывания устройства составляет 4,5 мс;
  • способность измерять уровень атмосферного давления в пределах от 225 до 825 мм ртутного столбца;
  • поддержка интерфейса I2C;
  • значение напряжения питания составляет от 3,3 до 5 В.

Датчик ВМР 180

Этот датчик включает 3 разных устройства, способных помимо атмосферного давления, еще определять другие показатели, среди которых температура и влажность окружающего воздуха. Он отличается повышенной надежностью, незначительным потреблением тока (0,5 мА) и стабильной длительной работой.

ВМЕ280 отличается такими характеристиками:

  • в режиме ожидания величина потребления тока составляет 0,1 мкА;
  • уровень напряжения в пределах от 1,7 до 3,6В;
  • устройство помещено в корпус из металла с восемью выходами;
  • датчик поддерживает несколько интерфейсов, среди которых SPI и I2C.

Датчик bme280

При сравнении трех перечисленных моделей, признанных самыми востребованными среди пользователей датчиков для Ардуино, можно отметить между ними много общих качеств. В основном эти отличия заключаются в дизайне и размерах устройств. В модели bme280 еще дополнительно присутствует датчик, способный измерять влажность воздуха.

Ошибки, которые могут возникнуть при подключении

Чаще всего, пользователи сталкиваются с проблемой неправильных показателей температуры воздуха и атмосферного давления. Причем от реальных они могут отличаться сразу на несколько пунктов. В большинстве случаев, причина этого заключается в неправильном подключении датчика давления Ардуино. К примеру, библиотека требует подключения модуля по I2C, а его произвели по SPI.

Пользователи, которые используют некачественные датчики непонятных производителей, могут столкнуться с проблемой, заключающейся в нестандартных адресах SPI или I2C. В таких ситуациях рекомендуют провести сканирование всех подсоединенных к датчику устройств, используя любой из популярных скетчей. Это позволит понять, на какой из адресов реагирует конкретный датчик измерения давления.

К проблемам, с которыми сталкиваются пользователи еще относят несоответствие режима рабочего напряжения модуля основному режиму контролера. Например, для датчика на 3,3 В необходимо создавать делитель напряжения. Также исправить проблему поможет готовый уровень для согласования уровней. Их стоимость доступная всем.

Использование Ардуино

Незначительные отклонения иногда случаются из-за калибровки сенсора. К примеру, при использовании модуля ВМР180 значения рассчитываются и выводятся в скетче. Чтобы получить максимально точное показание, следует знать показатель давления для нужных координат в зависимости от высоты точки.

Заключение

Рассмотренные датчики давления Ардуино – популярное устройство, применяемое для измерения давления атмосферы. Сфера их использования достаточно обширная. Кроме контроля за состоянием атмосферного давления, их применяют для определения координат выше уровня моря или показателей глубины, к примеру, во время спуска в шахту. Работа прибора зависит от подключенного к нему модулю. Выбор таких приспособлений достаточно большой. Самыми популярными из них стали ВМР 180, ВМР 280 и bme 280.


Источник: m-strana.ru