HaaS EDU場景式應用學習 - 大氣壓海拔儀

實驗介紹

本章主要介紹大氣壓計的實作，EDU k1闆載了SI的一款溫濕度傳感器SPL06，該傳感器不但能測量大氣壓，還能測量溫度。由于大氣壓的跟海拔成反比關系，如果知道當地大氣壓，則可以估算出當地的海拔高度。本章我們将向大家介紹如何使用haas1000來讀取傳感器資訊，并把所有這些顯示在OLED子產品上。

開始學習之前我們先看一下顯示效果。如下：

涉及知識點

- I2C通信原理
- SPL06大氣壓傳感器原理
- OLED繪圖
           

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I2C通信原理

上一章已有介紹，這裡不在贅述。

SPL06傳感器簡介

SPL06-007是歌爾推出的小型化數字氣壓傳感器，具有高精度和低功耗的特點。SPL06-007既是壓力傳感器又是溫度傳感器。壓力傳感器元件基于電容式傳感原理，確定溫度變化時的高精度。小封裝使SPL06-007成為移動應用和可穿戴裝置的理想選擇。

SPL06-007的内部信号處理器将壓力和溫度傳感器元件的輸出轉換為24位結果。每個壓力傳感器已單獨校準，并包含校準系數。這些系數用于将測量結果轉換為真實壓力和溫度值。

SPL06-007有一個FIFO，可以存儲最新的32個測量值。通過使用FIFO，主機處理器可以在兩次讀出之間的較長時間内保持休眠模式。這可以降低整個系統的功耗。傳感器測量和校準系數可通過串行I2C接口獲得。

主要特點

- 壓力範圍：300hPa到1100hPa（+9000米到-500米（與海平面有關））
- 溫度範圍：-40到+85°C
- 電源電壓：1.7V到3.6V（VDD），1.2V到3.6V（VDDIO）
- 包裝：帶金屬蓋的LGA包裝
- 封裝：2.5mm x 2.0mm；
- 相對精度：±0.06hPa，相當于±0.5m
- 絕對精度：典型。±1hPa（300hPa到1100hPa）
- 溫度精度：±0.5°C。
- 壓力溫度靈敏度：<0.5Pa/K
- 測量時間：典型值：28 ms；最小值：3 ms。
- 平均電流消耗：高精度：60μA，低功耗：3μA，待機：<1μA。
- I2C和SPI接口，嵌入式24位ADC
- FIFO：存儲最新的32個壓力或溫度測量值。
- 無鉛、無鹵、符合RoHS
           

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典型應用

- 增強GPS導航（航位推算、坡度檢測等）
- 室内外導航
- 休閑體育
- 天氣預報
- 垂直速度訓示（上升/下降速度）
           

開發環境準備

硬體

開發用電腦一台
HAAS EDU K1 開發闆一塊
USB2TypeC 資料線一根
           

軟體

AliOS Things開發環境搭建

開發環境的搭建請參考 @ref HaaS_EDU_K1_Quick_Start (搭建開發環境章節)，其中詳細的介紹了AliOS Things 3.3的IDE內建開發環境的搭建流程。
           

HaaS EDU K1 DEMO 代碼下載下傳

HaaS EDU K1 DEMO 的代碼下載下傳請參考 @ref HaaS_EDU_K1_Quick_Start (建立工程章節)，其中，
選擇解決方案: 基于教育開發闆的示例
選擇開發闆: haaseduk1 board configure
           

代碼編譯、燒錄

參考 @ref HaaS_EDU_K1_Quick_Start (3.1 編譯工程章節)，點選 ✅ 即可完成編譯固件。
參考 @ref HaaS_EDU_K1_Quick_Start (3.2 燒錄鏡像章節)，點選 "⚡️" 即可完成燒錄固件。
           

硬體設計

在本實驗中，SPL06貼片在主機闆上，通過I2C與MCU通信，I2C從裝置位址：0x77。

原理圖如下所示：

SPL06特性

寄存器清單

讀取大氣壓

壓力資料寄存器

這個壓力資料寄存器包含24位（3個位元組）的壓力值。

校準寄存器

校準系數寄存器包含用于計算補償壓力和溫度值時所用的系數。

如何計算氣壓

1、從校準系數寄存器讀取校準系數（c00、c10、c20、c30、c01、c11和c21）。
2、根據標明的精度速率選擇比例因子kT（溫度）和kP（壓力）。表4列出了比例因子。
3、從寄存器或FIFO讀取壓力和溫度結果。根據所選的測量速率，自上次壓力測量後可能沒有測量溫度。
4、計算比例測量結果。
Traw_sc = Traw/kT 
Praw_sc = Praw/kP 
5、計算補償測量結果。
Pcomp(Pa)= c00+ Praw_sc*(c10+ Praw_sc*(c20+ Praw_sc*c30)) + Traw_sc*c01 + Traw_sc*Praw_sc*(c11+Praw_sc*c21)
           

讀取溫度

溫度資料寄存器

溫度寄存器同樣儲存着24位（3個位元組）的溫度資料。

如何計算溫度

1、從校準系數（COEF）寄存器讀取校準系數（c0和c1）。
2、根據標明的精度速率選擇比例因子kT（溫度），表4列出了比例因子。
3、從溫度寄存器或FIFO讀取溫度結果。
4計算比例測量結果。
Traw_sc=Traw/kT
5計算補償測量結果
Tcomp（°C）=c0*0.5+c1*Traw_sc
           

軟體設計

應用代碼部分

檔案路徑如下：

solutions/eduk1_demo/k1_apps/barometer/barometer.c
solutions/eduk1_demo/k1_apps/barometer/barometer.h
           

周期性讀取大氣壓以及溫度，并列印到OLED螢幕上。

OLED_Clear();

OLED_Icon_Draw(14, 4, &icon_atmp_16_16, 0);
sprintf(pressure_str, " %-10.3lfkPa", spl06_data.pressure / 10);
LOGD(EDU_TAG, "%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);
LOGD(EDU_TAG, "%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);
LOGD(EDU_TAG, "%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);
LOGD(EDU_TAG, "%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();
           

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驅動部分

驅動代碼整體分為三部分

- 初始化部分
- 溫度值讀取
- 大氣壓校準以及高度估算。
           

初始化

- I2C初始化
- 晶片複位以及模式配置（包含壓力以及溫度模式配置，同時采集溫度以及大氣壓，打開FIFO接收）
           

在 AliOS Things 3.3中，對I2C的操作才用了VFS的方式，開發者隻需要open相應的device裝置，開發者隻需要關心連結到的I2C裝置号，從器件的裝置位址，從器件支援的I2C速率。知道了從裝置位址，讀寫位址也可以計算出，AliOS Things 會自動處理這些計算。

int32_t ret = sensor_i2c_open(SPL06_I2C_PORT, EEPROM_CHIP_ADDRESS, I2C_BUS_BIT_RATES_100K, 0);
if (ret) {
    LOGE("SENSOR", "sensor i2c open failed, ret:%d\n", ret);
    return;
}
aos_msleep(500);

tmp = i2c_eeprom_read_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0x0D);
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
// pressure measurement
i2c_eeprom_write_uint8_t(EEPROM_CHIP_ADDRESS, 0X09, 0X00); // FIFO Pressure measurement
           

溫度讀取及校準代碼

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;
}

c0 = get_c0();
c1 = get_c1();
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;
           

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氣壓讀取及校準代碼

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; //本地參考海平面參考氣壓值
sp->altitude = get_altitude(pcomp, local_pressure);
           

開發者支援

HaaS官方：

https://haas.iot.aliyun.com/

HaaS技術社群：

https://blog.csdn.net/HaaSTech

開發者釘釘群和公衆号見下圖，開發者釘釘群每天都有技術支援同學值班。