پروژه سنسور BME280 با Arduino

نوامبر 24, 2024

پروژه سنسور BME280 با Arduino

متن سربرگ خود را وارد کنید

نوامبر 24, 2024
بازدید:61

پروژه سنسور BME280 با Arduino

هدف ما از انجام این پروژه چیست؟

هدف این پروژه، اتصال و استفاده از سنسور محیطی BME280 به توسط آردوینو می باشد که می‌توان از آن برای اندازه‌گیری و پایش دما، رطوبت و فشار هوا در محیط‌های مختلف استفاده کرد. این سنسور قادر است شرایط محیطی را با دقت بالا اندازه‌گیری کرده و داده‌های کاربردی ارائه دهد، که آن را برای کاربردهایی مانند پایش آب‌وهوا، سیستم‌های هوشمند کنترل محیطی و پروژه‌های تحقیقاتی مناسب می‌سازد. کاربران می‌توانند با خواندن مقادیر این سنسور، سیستم‌هایی توسعه دهند که به تغییرات شرایط محیطی واکنش نشان دهند و در نتیجه عملکرد و کارایی سیستم را بهبود بخشند.

در این آموزش چه چیزهایی یاد میگیریم؟

چگونه سنسور BME280 را به آردوینو وصل کنید و ارتباط SPI را راه‌اندازی کنید.
کتابخانه‌ای را برای استفاده با آردوینو تغییر بدهید و بیشتر با نحوه کار داده‌های SPI آشنا بشوید.
چگونه دما، رطوبت و فشار هوا را بخوانید و از این داده‌ها برای کاربردهای واقعی استفاده کنید.
پروژه‌هایی مثل نظارت بر شرایط محیطی، پیش‌بینی آب‌وهوا و سیستم‌های هوشمند محیطی را با این سنسور اجرا کنید و مهارت‌های عملی برای ساخت سیستم‌های واکنش‌گرا بر اساس داده‌های محیطی یاد بگیرید.

این آموزش به شما کمک می‌کند سنسور را به درستی راه‌اندازی کنید و داده‌ها را به صورت لحظه‌ای با آردوینو بخوانید.

برای انجام این پروژه به چه چیزهایی نیاز داریم؟

همانطور که احتمالا میدانید برای انجام این پروژه به سخت افزارها و نرم افزارهایی نیاز داریم. عناوین این سخت افزارها و نرم افزارها در جدول زیر در اختیارتان قرار داده شده که میتوانید با کلیک روی هرکدام از آنها، آنها را تهیه/دانلود کنید و برای شروع آماده شوید.

سخت افزارهای مورد نیاز	نرم افزارهای مورد نیاز
GebraBit BME280 module	Arduino IDE
Arduino UNO

ابتدا مانند تصویر زیر ماژول GebraBit BME280 را به صورت زیر به آردوینو متصل می کنیم:

سپس کتابخانه GebraBit BME280 را دانلود و به نرم افزار آردوینو اضافه کنید.

کتابخانه های مورد نیاز
GebraBit BME280 Library

اگر نمی‌دانید چطور کتابخانه‌های GebraBit را به آردوینو اضافه کنید، به لینک آموزشی زیر مراجعه کنید.

نحوه افزودن کتابخانه های GebraBit به آردوینو

کتابخانه و درایور BME280

GebraBit علاوه بر طراحی ماژولار سنسورها و آی سی های مختلف ، پیشرو در ارائه انواع کتابخانه های ساختاریافته و مستقل از سخت افزار به زبان C، جهت سهولت کاربران در راه اندازی و توسعه نرم افزاری آنها نیز بوده است.

بدین منظور پس از تهیه هر یک از ماژول های GebraBit ، کاربر می تواند با مراجعه به بخش آموزش ماژول مربوطه، کتابخانه مختص به آن ماژول که حاوی فایل .h و .c (Header and Source) و یک برنامه نمونه آموزشی تحت سخت افزار های GebraBit STM32F303, GebraBit ATMEGA32A یا Arduino می باشد را دانلود کند.

تمامی توابع و Structure های تعریف شده در کتابخانه ، با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، به اختصار توضیح داده شده است.با توجه به مستقل از سخت افزار بودن کتابخانه ها،کاربر به راحتی می تواند آن را در هر یک از کامپایلر های دلخواه اضافه کرده و با میکروکنترلر و برد توسعه مورد علاقه خود، آن را توسعه دهد.

فایل هدر GebraBit_BME280.h

در این فایل بر اساس دیتاشیت سنسور یا ای سی ، تمامی آدرس رجیسترها، مقادیر هریک از رجیسترها به صورت Enumeration تعریف شده است.همچنین بدنه سنسور BME280 و کانفیگ های مربوط به هریک از بلوک های داخلی سنسور BME280 به صورت STRUCT با نام GebraBit_BME280 نیز تعریف شده است.که نهایتا در محیط Debug Session تمامی کانفیگ های مربوط به هر بلوک به صورت Real Time قابل مشاهده است.

USER REGISTER MAP

رجیستر ها و کامند های مورد نیاز برای راه اندازی سنسور :

				
					#define BME280_ID                            (0xD0)
#define BME280_RESET                         (0xE0)
#define BME280_TEMP_PRESS_CALIB00_CALIB25    (0x88)//0x88 TO 0xA1
#define BME280_HUMIDITY_CALIB26_CALIB41      (0xE1)//0xE1 TO 0xE7
#define BME280_CTRL_MEAS                     (0xF4)
#define BME280_CTRL_HUM                      (0xF2)
#define BME280_CONFIG                        (0xF5)
#define BME280_DATA_ADDR                     (0xF7)//PRESS_MSB
#define BME280_STATUS                        (0xF3)

enum BME280_Ability

توانایی فعال یا غیر فعال کردن بخش های مختلف سنسور در این enum تعریف شده است :

				
					1. typedef enum Ability
2. {
3. Disable = 0 ,
4. Enable
5. }BME280_Ability;

enum BME280_Power_Mode

برای انتخاب حالت کاری تغذیه سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Power_Mode
2. {
3. SLEEP_MODE      = 0,
4. FORCED_MODE     = 1,
5. NORMAL_MODE     = 3
6. } BME280_Power_Mode;

enum BME280_Sensor_Oversampling

برای انتخاب Oversampling سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Pressure_Oversampling
2. {
3. 	 X1_OVERSAMPLING    = 1 ,
4. 	 X2_OVERSAMPLING    = 2 ,
5. 	 X4_OVERSAMPLING    = 3 ,
6. 	 X8_OVERSAMPLING    = 4 ,
7. 	 X16_OVERSAMPLING   = 5
8. } BME280_Sensor_Oversampling;

enum BME280_Inactive_Duration

برای انتخاب زمان StandBy سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum Inactive_Duration
 2. {
 3. 	 INACTIVE_DURATION_5_mS           = 0 ,
 4. 	 INACTIVE_DURATION_62P5_mS        = 1 ,
 5. 	 INACTIVE_DURATION_125_mS         = 2 ,
 6. 	 INACTIVE_DURATION_250_mS         = 3 ,
 7. 	 INACTIVE_DURATION_500_mS         = 4 ,
 8. 	 INACTIVE_DURATION_1000_mS        = 5 ,
 9. 	 INACTIVE_DURATION_10_mS          = 6 ,
10. 	 INACTIVE_DURATION_20_mS          = 7
11. } BME280_Inactive_Duration;

enum BME280_IIR_Filter_Coefficient

برای انتخاب مقادیر مناسب از ضرایب کالیبراسیون سنسور از مقادیر این enum استفاده می شود:

				
					1. typedef enum IIR_Filter_Coefficient
2. {
3. 	 FILTER_OFF               = 0 ,
4. 	 FILTER_COEFFICIENT_2     = 1 ,
5. 	 FILTER_COEFFICIENT_4     = 2 ,
6. 	 FILTER_COEFFICIENT_8     = 3 ,
7. 	 FILTER_COEFFICIENT_16    = 4
8. } BME280_IIR_Filter_Coefficient;

enum BME280_Preparation

مقادیر این enum آماده بودن یا نبودن داده را مشخص می کند :

				
					1. typedef enum Preparation
2. {
3. 	IS_Ready = 0 ,
4. 	IS_NOT_Ready
5. }BME280_Preparation;

enum BME280_Reset_Status

مقادیر این enum ریست شدن یا نشدن سنسور را مشخص می کند :

				
					1. typedef enum
2. {
3. 	DONE      = 0 ,
4. 	FAILED    = 1
5. }BME280_Reset_Status;

Struct BME280

تمام ویژگی های سنسور، ضرایب کالیبراسیون و داده های سنسور در اینStruct تعریف شده است و تمامی اطلاعات و کانفیگ اجرا شده بر روی سنسور در این Structure ذخیره شده و می توان تغییرات در هر بخش از سنسور را در محیط Debug Session مشاهده نمود.

				
					1. typedef struct BME280
 2. {
 3.     uint8_t                       	   REGISTER_CACHE;
 4.     BME280_Reset_Status                RESET;
 5.     uint8_t                       	   DEVICE_ID;
 6.     BME280_Preparation		           CONVERSION_RESULT;
 7.     BME280_Preparation		           NVM_DATA;
 8.     BME280_Power_Mode                  POWER_MODE;
 9.     BME280_Ability                     TEMPERATURE;
10.     BME280_Ability                     PRESSURE;
11.     BME280_Ability                     HUMIDITY;
12.     BME280_Sensor_Oversampling         TEMPERATURE_OVERSAMPLING;
13.     BME280_Sensor_Oversampling         PRESSURE_OVERSAMPLING;
14.     BME280_Sensor_Oversampling         HUMIDITY_OVERSAMPLING;
15.     BME280_IIR_Filter_Coefficient      IIR_FILTER_TIME_CONATANT;
16.     BME280_Inactive_Duration           INACTIVE_DURATION;
17.     uint8_t 						   PRESS_TEMP_CALIBRATION_DATA[PRESS_TEMP_CALIBRATION_DATA_BUFFER_SIZE];
18.     uint8_t 						   HUMIDITY_CALIBRATION_DATA[HUMIDITY_CALIBRATION_DATA_BUFFER_SIZE];
19.     int32_t 						   dig_t1;
20.     int32_t 						   dig_t2;
21.     int32_t 						   dig_t3;
22.     uint16_t 						   dig_p1;
23.     int16_t 						   dig_p2;
24.     int16_t 						   dig_p3;
25.     int16_t 						   dig_p4;
26.     int16_t							   dig_p5;
27.     int16_t 						   dig_p6;
28.     int16_t 						   dig_p7;
29.     int16_t 						   dig_p8;
30.     int16_t 						   dig_p9;
31.     int32_t 						   dig_h1;
32.     int32_t 						   dig_h2;
33.     int32_t 						   dig_h3;
34.     int32_t 						   dig_h4;
35.     int32_t 						   dig_h5;
36.     int32_t 						   dig_h6;
37.     int32_t 						   FINE_TEMP_RESOLUTIN;
38.     uint8_t 						   REGISTER_RAW_DATA_BUFFER[REGISTER_RAW_DATA_BYTE_QTY];
39.     uint32_t 						   REGISTER_RAW_PRESSURE;
40.     uint32_t 						   REGISTER_RAW_TEMPERATURE;
41.     uint32_t 						   REGISTER_RAW_HUMIDITY;
42.     double 							   COMPENSATED_TEMPERATURE;
43.     double 							   COMPENSATED_PRESSURE;
44.     double 							   ALTITUDE;
45.     double 					           COMPENSATED_HUMIDITY;
46. }GebraBit_BME280;
47.

اعلان توابع

در پایان این فایل تمامی توابع جهت خواندن و نوشتن در رجیستر های BME280 ، کانفیک سنسور و دریافت داده از سنسور اعلان شده است:

				
					1. /********************************************************
 2.  *Declare Read&Write BME280 Register Values Functions *
 3.  ********************************************************/
 4. extern	uint8_t	GB_BME280_Read_Reg_Data ( uint8_t regAddr,uint8_t* data);
 5. extern	uint8_t GB_BME280_Read_Reg_Bits (uint8_t regAddr,uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t* data);
 6. extern	uint8_t GB_BME280_Burst_Read(uint8_t regAddr,uint8_t *data, uint16_t byteQuantity);
 7. extern	uint8_t GB_BME280_Write_Reg_Data(uint8_t regAddr, uint8_t data);
 8. extern	uint8_t	GB_BME280_Write_Reg_Bits(uint8_t regAddr, uint8_t start_bit, uint8_t len, uint8_t data);
 9. extern	uint8_t GB_BME280_Burst_Write		( uint8_t regAddr,uint8_t *data, 	uint16_t byteQuantity);
10. /********************************************************
11.  *       Declare BME280 Configuration Functions       *
12.  ********************************************************/
13. extern void GB_BME280_Soft_Reset ( GebraBit_BME280 * BME280 );
14. extern void	GB_BME280_Get_Device_ID(GebraBit_BME280 * BME280);
15. extern void GB_BME280_Check_NVM_Data(GebraBit_BME280 * BME280 ) ;
16. extern void GB_BME280_Check_Conversion_Transferred_Register(GebraBit_BME280 * BME280 );
17. extern void GB_BME280_Turn_Humidity_OFF(GebraBit_BME280* BME280);
18. extern void GB_BME280_Humidity_OverSampling(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Sensor_Oversampling hum_over);
19. extern void GB_BME280_Turn_Temperature_OFF(GebraBit_BME280* BME280);
20. extern void GB_BME280_Temperature_OverSampling(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Sensor_Oversampling temp_over);
21. extern void GB_BME280_Turn_Pressure_OFF(GebraBit_BME280* BME280);
22. extern void GB_BME280_Pressure_OverSampling(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Sensor_Oversampling press_over);
23. extern void GB_BME280_Power_Mode(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Power_Mode pmode);
24. extern void GB_BME280_Inactive_Duration(GebraBit_BME280 * BME280 , BME280_Inactive_Duration dur ) ;
25. extern void GB_BME280_IIR_Filter_Coefficient (GebraBit_BME280 * BME280 , BME280_IIR_Filter_Coefficient filter);
26. extern void GB_BME280_Power_Mode(GebraBit_BME280* BME280 ,BME280_Power_Mode pmode);
27. extern void GB_BME280_Calculate_Calibration_Coefficients(GebraBit_BME280 * BME280) ;
28. extern void GB_BME280_Twos_Complement_Converter(int32_t *value, uint8_t length) ;
29. extern void GB_BME280_Compensate_Temperature(GebraBit_BME280 * BME280) ;
30. extern void GB_BME280_Compensate_Pressure(GebraBit_BME280 * BME280) ;
31. extern void GB_BME280_Compensate_Humidity(GebraBit_BME280 * BME280);
32.
33. /********************************************************
34.  *          Declare BME280 DATA Functions               *
35.  ********************************************************/
36. extern void GB_BME280_Get_Register_Raw_Pressure_Temperature_Humidity(GebraBit_BME280 * BME280 );
37. extern void GB_BME280_Altitude(GebraBit_BME280 * BME280);
38. extern void GB_BME280_Get_Data(GebraBit_BME280 * BME280 );
39. /********************************************************
40.  *          Declare BME280 HIGH LEVEL Functions       *
41.  ********************************************************/
42. extern void GB_BME280_initialize( GebraBit_BME280 * BME280 );
43. extern void GB_BME280_Configuration(GebraBit_BME280 * BME280);
44.

فایل سورس GebraBit_BME280.cpp

در این فایل که به زبان ++C نوشته شده ، تمامی توابع با جزئیات کامل، کامنت گذاری شده و تمامی پارامتر های دریافتی در آرگومان توابع و مقادیر بازگشتی از آنها ، بطور واضح توضیح داده شده است.از این رو در این قسمت به همین توضیحات اکتفا کرده و کاربران را برای اطلاعات بیشتر به بررسی مستقیم از این فایل دعوت می کنیم.

برنامه نمونه در آردوینو

بعد از اتصال ماژول به آردوینو و اضافه کردن کتابخانه سنسور به نرم افزار آردوینو به مسیر زیر بروید و کد نمونه را باز کنید. File > Examples > GebraBit_BME280 > temp-hum-pre

شرح فایل نمونه

اگر به ابتدای فایل main.c دقت کنید،متوجه می شوید که هدر GebraBit_BME280.h برای دسترسی به ساختار ها ، Enum ها و توابع مورد نیاز ماژول GebraBit BME280 ، اضافه شده است.در قسمت بعدی متغیری به نام BME280_Module از نوع ساختار GebraBit_BME280 (این ساختار در هدر GebraBit_BME280 بوده و در بخش توضیحات کتابخانه GebraBit_BME280توضیح داده شد) که برای پیکربندی ماژول GebraBit BME280 می باشد،تعریف شده است:

				
					GebraBit_BME280 BME280;

در بخش بعدی کد نوشته شده، با استفاده از تابع GB_BME280_initialize(&BME280_Module) ، و GB_BME280_Configuration(&BME280_MODULE) ماژول GebraBit BME280 را مقدار دهی و پیکره بندی می کنیم:

				
					void setup() {
  Serial.begin(9600);

  SPI.begin();
  pinMode(SPI_CS_Pin, OUTPUT);
  digitalWrite(SPI_CS_Pin, HIGH);

  GB_BME280_initialize(&BME280);

  // Check if the device ID matches the expected value
  GB_BME280_Get_Device_ID(&BME280);
  if (BME280.DEVICE_ID != 0x60) {
    Serial.println("Failed to initialize BME280 sensor!");
    while (1);
  } else {
    Serial.println("BME280 sensor initialized successfully.");
  }

  GB_BME280_Configuration(&BME280);
}

void loop() {

  GB_BME280_Get_Data(&BME280);

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(BME280.COMPENSATED_TEMPERATURE);
  Serial.println(" °C");

  Serial.print("Pressure: ");
  Serial.print(BME280.COMPENSATED_PRESSURE);
  Serial.println(" hPa");

  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.print(BME280.COMPENSATED_HUMIDITY);
  Serial.println(" %");

  Serial.print("Altitude: ");
  Serial.print(BME280.ALTITUDE);
  Serial.println(" m");

  delay(1000);
}

متن کد فایل آردوینو:

				
					#include "GebraBit_BME280.h"

#define SPI_CS_Pin 10  // Change this if your CS pin is different

GebraBit_BME280 BME280;

void setup() {
  Serial.begin(9600);

  SPI.begin();
  pinMode(SPI_CS_Pin, OUTPUT);
  digitalWrite(SPI_CS_Pin, HIGH);

  GB_BME280_initialize(&BME280);

  // Check if the device ID matches the expected value
  GB_BME280_Get_Device_ID(&BME280);
  if (BME280.DEVICE_ID != 0x60) {
    Serial.println("Failed to initialize BME280 sensor!");
    while (1);
  } else {
    Serial.println("BME280 sensor initialized successfully.");
  }

  GB_BME280_Configuration(&BME280);
}

void loop() {

  GB_BME280_Get_Data(&BME280);

  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(BME280.COMPENSATED_TEMPERATURE);
  Serial.println(" °C");

  Serial.print("Pressure: ");
  Serial.print(BME280.COMPENSATED_PRESSURE);
  Serial.println(" hPa");

  Serial.print("Humidity: ");
  Serial.print(BME280.COMPENSATED_HUMIDITY);
  Serial.println(" %");

  Serial.print("Altitude: ");
  Serial.print(BME280.ALTITUDE);
  Serial.println(" m");

  delay(1000);
}

آردوینو خود را به کامپیوتر متصل کنید و مدل و پورت آردوینو خود را انتخاب کنید.