Датчики давления BMP280, BME280 и BMP390

Сравнение

По даташитам Bosch:

Влажность BME280 измеряет с точностью ±3 % в диапазоне 20–80 % при 25 °C, с гистерезисом ±1 % и временем отклика около секунды. Регистры давления и температуры BME280 совместимы с BMP280, поэтому код для давления от BMP280 подходит и к нему, если драйвер не проверяет идентификатор; влажность он, конечно, не прочитает. Предшественник BMP180 по таблице Bosch шумит больше (3 Па против 1,3 Па) и работает только по I²C.

Подключение

Интерфейс выбирается выводом CSB в момент включения: если он подключён к VDDIO, работает I²C, если подтянут к нулю — SPI. После первого перевода CSB в ноль I²C отключается, и датчик работает только по SPI до следующего сброса по питанию.

Скорость — до 3,4 МГц по I²C и до 10 МГц по SPI. Подтягивающие резисторы линий I²C считают как для любой шины — в статье «Интерфейс I²C»; адрес 0x77 совпадает с адресом BMP180, а два датчика на одной шине разводят выводом SDO, подробнее — в статье об адресах I²C.

Питание и уровни — до 3,6 В, предельно 4,25 В. С платой на 5 В нужны стабилизатор и согласование уровней. Bosch отдельно предупреждает: если на выводы интерфейса подана единица, а питание VDDIO выключено, ток через защитные диоды может повредить датчик. Поэтому датчик и подтяжки шины питают от одного источника.

Режимы и настройки

Режимы. После включения датчик спит. В принудительном режиме (forced) он делает одно измерение по команде и засыпает, в нормальном — измеряет сам с заданной паузой между измерениями. Для метеостанции с опросом раз в минуту подходит принудительный режим, для высотомера — нормальный.

Передискретизация. Каждое удвоение числа отсчётов добавляет бит разрешения и увеличивает время измерения:

Больше ×2 для температуры Bosch ставить не советует: шум давления определяется в основном сырым кодом давления.

Фильтр. Встроенный цифровой фильтр сглаживает кратковременные скачки — от хлопнувшей двери или ветра. Чем больше коэффициент, тем медленнее отклик: при коэффициенте 4 выход доходит до 75 % скачка за 5 измерений, при 16 — за 22. Шум давления при этом падает: в режиме ultra high resolution — с 1,3 Па без фильтра до 0,2 Па с коэффициентом 16.

Готовые сочетания из даташита BMP280:

Чтение и компенсация

Результаты читают одним пакетным чтением регистров 0xF7–0xFC: давление и температура — 20-битные коды. Читать регистры по одному не стоит: по даташиту только пакетное чтение гарантирует, что все байты относятся к одному измерению.

Сырые коды пересчитывают по калибровочным коэффициентам dig_T1…dig_T3 и dig_P1…dig_P9 из регистров 0x88–0xA1 (у BME280 добавляются dig_H1…dig_H6). Сначала считается температура — промежуточная переменная t_fine из этого расчёта входит в формулу давления. Bosch даёт формулы в трёх вариантах: целочисленные с 64-битной арифметикой (самые точные), упрощённые 32-битные для 8-битных микроконтроллеров и с плавающей точкой для ПК. На Cortex-M3 без FPU пересчёт давления занимает около 1400 тактов в 64-битном варианте и около 5400 — с двойной точностью. Bosch настоятельно рекомендует использовать готовую библиотеку производителя.

Высота по давлению

Метеослужба США (National Weather Service) даёт формулу высоты по давлению для стандартной атмосферы:

где P — давление в гектопаскалях, h — в метрах (в оригинале 145 366,45 фута, умноженные на 0,3048). Обратная формула NWS — давление по высоте при температуре 288 К и градиенте 0,0065 К/м — построена на тех же константах: 288 / 0,0065 ≈ 44 307,7 м, а её показатель 5,2561 близок к 1 / 0,190284 ≈ 5,255.

Около уровня моря 1 гПа соответствует примерно 8,3 м высоты, на 900 гПа — около 9,2 м. Отсюда ±1 м у BMP280 при относительной точности ±0,12 гПа.

Формула отсчитывает высоту от стандартного давления 1013,25 гПа, а реальное давление на уровне моря меняется с погодой: ошибка в 1 гПа в опорном давлении сдвигает высоту на те же 8 м. Поэтому барометр хорошо измеряет разность высот — этаж, подъём, вертикальную скорость, — а абсолютную высоту даёт только с поправкой на текущее давление, например по данным метеостанции или по GPS. Посчитать высоту, давление на высоте или давление, приведённое к уровню моря, можно в калькуляторе высоты по давлению. Другие датчики — в разделе «Датчики».