大气压海拔仪

实验介绍

本章主要介绍大气压计的实现，EDU k1板载了SI的一款温湿度传感器SPL06，该传感器不但能测量大气压，还能测量温度。由于大气压的跟海拔成反比关系，如果知道当地大气压，则可以估算出当地的海拔高度。本章我们将向大家介绍如何使用haas1000来读取传感器信息，并把所有这些显示在OLED模块上。 开始学习之前我们先看一下显示效果。如下：

涉及知识点

• I2C通信原理
• SPL06大气压传感器原理
• OLED绘图

I2C通信原理

上一张已有介绍，这里不在赘述。

SPL06传感器简介

   SPL06-007是歌尔推出的小型化数字气压传感器，具有高精度和低功耗的特点。SPL06-007既是压力传感器又是温度传感器。压力传感器元件基于电容式传感原理，确保温度变化时的高精度。小封装使SPL06-007成为移动应用和可穿戴设备的理想选择。 SPL06-007的内部信号处理器将压力和温度传感器元件的输出转换为24位结果。每个压力传感器已单独校准，并包含校准系数。这些系数用于将测量结果转换为真实压力和温度值。 SPL06-007有一个FIFO，可以存储最新的32个测量值。通过使用FIFO，主机处理器可以在两次读出之间的较长时间内保持休眠模式。这可以降低整个系统的功耗。传感器测量和校准系数可通过串行I2C接口获得。

主要特点

• 压力范围：300hPa到1100hPa（+9000米到-500米（与海平面有关））
• 温度范围：-40到+85°C
• 电源电压：1.7V到3.6V（VDD），1.2V到3.6V（VDDIO）
• 包装：带金属盖的LGA包装
• 封装：2.5mm x 2.0mm；
• 相对精度：±0.06hPa，相当于±0.5m
• 绝对精度：典型。±1hPa（300hPa到1100hPa）
• 温度精度：±0.5°C。
• 压力温度灵敏度：<0.5Pa/K
• 测量时间：典型值：28 ms；最小值：3 ms。
• 平均电流消耗：高精度：60μA，低功耗：3μA，待机：<1μA。
• I2C和SPI接口，嵌入式24位ADC
• FIFO：存储最新的32个压力或温度测量值。
• 无铅、无卤、符合RoHS

典型应用

• 增强GPS导航（航位推算、坡度检测等）
• 室内外导航
• 休闲体育
• 天气预报
• 垂直速度指示（上升/下降速度）

开发准备

硬件

1、开发用电脑一台 2、HaaS EDU K1开发板一个 （开发板内置SPL06传感器） 3、USB Type-C 数据线一根

硬件设计

在本实验中，SPL06贴片在主板上，通过I2C与MCU通信，I2C从设备地址：0x77。 原理图如下所示：

SPL06特性

寄存器列表

读取大气压

压力数据寄存器

这个压力数据寄存器包含24位（3个字节）的压力值。

校准寄存器

校准系数寄存器包含用于计算补偿压力和温度值时所用的系数。

如何计算气压

1、从校准系数寄存器读取校准系数（c00、c10、c20、c30、c01、c11和c21）。 2、根据选定的精度速率选择比例因子kT（温度）和kP（压力）。表4列出了比例因子。 3、从寄存器或FIFO读取压力和温度结果。根据所选的测量速率，自上次压力测量后可能没有测量温度。 4、计算比例测量结果。 Traw_sc = Traw/kT  Praw_sc = Praw/kP  5、计算补偿测量结果。 Pcomp(Pa)= c00+ Praw_sc*(c10+ Praw_sc*(c20+ Praw_sc*c30)) + Traw_sc*c01 + Traw_sc*Praw_sc*(c11+Praw_sc*c21)

读取温度

温度数据寄存器

温度寄存器同样保存着24位（3个字节）的温度数据。

如何计算温度

1、从校准系数（COEF）寄存器读取校准系数（c0和c1）。 2、根据选定的精度速率选择比例因子kT（温度），表4列出了比例因子。 3、从温度寄存器或FIFO读取温度结果。 4计算比例测量结果。 Traw_sc=Traw/kT 5计算补偿测量结果 Tcomp（°C）=c0*0.5+c1*Traw_sc

软件设计

应用代码部分

文件路径如下： solutions/eduk1_demo/k1_apps/barometer/barometer.c solutions/eduk1_demo/k1_apps/barometer/barometer.h

周期性读取大气压以及温度，并打印到OLED屏幕上。

OLED_Clear();

OLED_Icon_Draw(14, 4, &icon_atmp_16_16, 0);
sprintf(pressure_str, " %-12.2lfPa", spl06_data.pressure);
printf("%s\n", pressure_str);
OLED_Show_String(32, 6, pressure_str, 12, 1);

OLED_Icon_Draw(14, 23, &icon_asl_16_16, 0);
sprintf(altitude_str, " %-12.2lfm", spl06_data.altitude);
printf("%s\n", altitude_str);
OLED_Show_String(32, 25, altitude_str, 12, 1);

OLED_Icon_Draw(14, 44, &icon_tempC_16_16, 0);
sprintf(Ctemp_str, "%-5.2lf", spl06_data.Ctemp);
printf("%s\n", Ctemp_str);
OLED_Show_String(30, 46, Ctemp_str, 12, 1);

OLED_Icon_Draw(66, 44, &icon_tempF_16_16, 0);
sprintf(Ftemp_str, "%-5.2lf", spl06_data.Ftemp);
printf("%s\n", Ftemp_str);
OLED_Show_String(82, 46, Ftemp_str, 12, 1);

OLED_Icon_Draw(2, 24, &icon_skip_left, 0);
OLED_Icon_Draw(122, 24, &icon_skip_right, 0);

spl06_getdata(&spl06_data);

OLED_Refresh_GRAM();

驱动部分

驱动代码整体分为三部分；

• 初始化部分
• 温度值读取
• 大气压校准以及高度估算。

初始化包含：

• I2C初始化
• 芯片复位以及模式配置（包含压力以及温度模式配置，同时采集温度以及大气压，打开FIFO接收）

  i2c_dev.port = 1;
  i2c_dev.config.address_width = I2C_HAL_ADDRESS_WIDTH_7BIT;
  i2c_dev.config.freq = I2C_BUS_BIT_RATES_100K;
  i2c_dev.config.mode = I2C_MODE_MASTER;
  i2c_dev.config.dev_addr = 0x77;
  hal_i2c_init(&i2c_dev);
  
  printf("\nDevice Reset\n");
  i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X0C, 0b1001);
  aos_msleep(100);
  
  tmp = i2c_eeprom_read_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0x0D);
  // printf("ID: %d\n", tmp);
  i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X06, 0x03); // Pressure 8x oversampling
  i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X07, 0X83); // Temperature 8x oversampling
  i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X08, 0B0111); // continuous temp and pressure measurement
  //i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X08, 0B0001); // standby pressure measurement
  i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X09, 0X00); // FIFO Pressure measurement

温度读取及校准代码

tmp_Byte = i2c_eeprom_read_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X07); // MSB
tmp_Byte = tmp_Byte & 0B00000111;

switch (tmp_Byte)
{
case 0B000:
k = 524288.0d;
break;

case 0B001:
k = 1572864.0d;
break;

case 0B010:
k = 3670016.0d;
break;

case 0B011:
k = 7864320.0d;
break;

case 0B100:
k = 253952.0d;
break;

case 0B101:
k = 516096.0d;
break;

case 0B110:
k = 1040384.0d;
break;

case 0B111:
k = 2088960.0d;
break;
}

double traw_sc = (double)traw / get_temperature_scale_factor();
//printf("traw_sc: %0.2f\n", traw_sc);

sp->Ctemp = (double)c0 * 0.5f + (double)c1 * traw_sc;
sp->Ftemp = (sp->Ctemp * 9 / 5) + 32;

气压读取及校准代码

c0 = get_c0();
c1 = get_c1();
c00 = get_c00();
c10 = get_c10();
c01 = get_c01();
c11 = get_c11();
c20 = get_c20();
c21 = get_c21();
c30 = get_c30();

int32_t praw = get_praw();
double praw_sc = (double)(praw) / get_pressure_scale_factor();
double pcomp = (double)(c00) + praw_sc * ((double)(c10) + praw_sc * ((double)(c20) + praw_sc * (double)(c30))) + traw_sc * (double)(c01) + traw_sc * praw_sc * ((double)(c11) + praw_sc * (double)(c21));
sp->pressure = pcomp / 100; // convert to mb

double local_pressure = 1011.1; //本地参考海平面参考气压值
sp->altitude = get_altitude(pcomp, local_pressure);