STM32F103学习笔记（11）——压力传感器GZP6859D使用

Posted 2023-02-01 Leung_ManWah

一、简介

数据手册：https://item.szlcsc.com/3590436.html

GZP6859D 型压力传感器采用 SOP6 封装形式，内部集成了高精度 ADC 芯片，对传感器芯片输出的偏移、灵敏度、温漂和非线性进行数字补偿，以供电电压为参考，产生一个经过校准、温度补偿后的标准数字信号。

GZP6859D 型压力传感器尺寸小，方便客户安装。产品广泛用于医疗电子、汽车电子、运动健身器材等领域。

• 测量范围-100kPa…0～5kPa…200kPa
• 表压型
• SOP6 封装
• 适用于无腐蚀性的气体
• 电源电压: 2.5V～5.5V
• IIC 通讯

1.1 I2C地址分配

I2C 总线使用 SCL 和 SDA 作为信号线，这两根线都通过上拉电阻（典型值 4.7K）连接到 VDD，不通信时都保持为高电平。I2C 设备地址为 0x6D。

二、硬件连接

功能口	引脚
SCL	PB.8
SDA	PB.9

三、添加I2C驱动

I2C配置查看 STM32CubeMX学习笔记（9）——I2C接口使用(读写EEPROM AT24C02)

四、采集温度和气压

4.1 寄存器描述

Reg0x06-Reg0x08：压力数据寄存器

Reg0x09-Reg0x0A：温度数据寄存器

Reg0x30：测量命令寄存器

Measurement_ctrl<2:0>：工作模式

• 000：单次温度采集模式。
• 001：单次传感器压力信号采集模式。（使用此模式之前需要先读取温度，以获取温度校准系数，否则读数不准）
• 010：组合采集模式（一次温度采集后立即进行一次传感器压力信号采集）。
• 011：休眠模式（定期的执行一次组合采集模式，间隔时间由‘sleep_time’决定）

sco：数据采集完成标志位

• 1：开始数据采集
• 0：采集结束（休眠工作模式除外）

Sleep_time<7:4>：休眠时间

• 0001：62.5ms
• 0010：125ms
  …
• 1111：1s
• 0000：无意义

Reg0xA5：

Aout_config<7:4>：模拟输出配置（建议保留默认配置）

LDO_config：内部 LDO 配置

• 0：配置成 1.8V
• 1：配置成 3.6V

Unipolar：

• 0：ADC 原始数据以有符号数格式输出
• 1：ADC 原始数据以无符号格式输出。(仅当‘Data_out_control’=1 有效)

Data_out_control：

• 0：输出校准数据
• 1：输出 ADC 原始数据（默认配置为 0）

Diag_on：

• 0：关闭诊断功能
• 1：开启诊断功能（默认开启）

Reg0xA6：

Input Swap：在传感器内部交换差分信号极性

Gain_P<5:3>：采集传感器信号时 PGA 增益

• 000：增益=1X。
• 001：增益=2X。
• 010：增益=4X。
• 011：增益=8X。
• 100：增益=16X。
• 101：增益=32X。
• 110：增益=64X。
• 111：增益=128X。

OSR_P<2:0>：采集传感器信号时的过采样

• 000：1024X。
• 001：2048X。
• 010：4096X。
• 011：8192X。
• 100：256X。
• 101：512X。
• 110：16384X。
• 111：32768X。

4.2 工作模式说明

4.2.1 组合数据采集模式

设置‘measurement_control’=010 和‘sco’=1 进入组合数据采集模式。

芯片上电后先后进行一次温度数据采集和一次传感器数据采集，完成后回到待机模式，并自动将‘sco’置 0。在组合采集模式下，“Data_out_control”寄存器必须设置为 0，校准后的温度数据储存在 0x09~0x0A 寄存器，压力数据储存在 0x06~0x08 寄存器。

组合模式读取数据按照如下指令顺序进行操作：

1. 发送指令 0x0A 到 0x30 寄存器进行一次温度采集，一次压力数据采集。
2. 读取 0x30 寄存器地址，若Sco位为0代表采集结束，可以读取数据。或等待延迟10ms。
3. 读取 0x06、0x07、0x08 三个寄存器地址数据构成 24 位 AD 值（压力数据 AD 值），读取 0x09、0x0A 两个寄存器地址数据构成 16 位 AD 值（温度数据 AD 值）
4. 按以下公式换算成实际压力、温度值。

4.2.2 休眠数据采集模式

设置‘measurement_control’=011 和‘sco’=1 进入休眠数据采集模式。芯片上电后，以一定的时间间隔进行一次温度数据采集和一次传感器数据采集，间隔时间由’sleep_time’ 设置，范围为 62.5ms 到 1s。除非手动将‘sco’置 0，不然不会停止采集。在休眠数据采集模式下‘Data_out_control’必须设置为 0，校准后的温度数据储存在 0x09~0x0A 寄存器，压力数据储存在 0x06~0x08 寄存器。

4.3 温度和压力值换算公式

• 最高位为“0”代表正压/正温度：
  压力：Pressure = Pressure_ ADC / k
  温度：Temperature = Temp_ ADC / 256

• 最高位为“1”代表负压/负温度：
  压力：Pressure = (Pressure_ADC - 16777216) / k
  温度：Temperature = (Temp_ADC - 65536) / 256

注：
1）传感器校准后的输出可视为当前实际压力值（±1%Span）
2）传感器校准后的输出：单位 Pa（默认），若要显示其他单位，可在换算公式里输入相应的系数进行换算；
3）关于上述压力 ADC 换算公式中 k 值的选取可参照下表：

P 取测量点的最大数值（绝对值），比如，测量-20~40kpa，P 取 40，因为 32＜40 ≤ 65，所以 k 值为 128；又比如，测量范围-100~50kpa，P 取 100，因为 65＜P ≤ 131，所以 k 值为 64。

五、移植文件

5.1 board_gzp6859d.h

#ifndef _BOARD_GZP6859D_H_
#define _BOARD_GZP6859D_H_

/*********************************************************************
 * INCLUDES
 */
#include <stdint.h>

/*********************************************************************
 * DEFINITIONS
 */
#define GZP6859D_SLAVE_ADDR         0x6D

#define GZP6859D_WRITE_BIT          0x00
#define GZP6859D_READ_BIT           0x01

#define GZP6859D_DATA_MSB_ADDR      0x06
#define GZP6859D_DATA_CSB_ADDR      0x07
#define GZP6859D_DATA_LSB_ADDR      0x08
#define GZP6859D_TEMP_MSB_ADDR      0x09
#define GZP6859D_TEMP_LSB_ADDR      0x0A
#define GZP6859D_CMD_ADDR           0x30
#define GZP6859D_SYS_CONFIG_ADDR    0xA5
#define GZP6859D_P_CONFIG_ADDR      0xA6

#define GZP6859D_ONE_TEMP           0x08
#define GZP6859D_ONE_PRESS          0x09
#define GZP6859D_COM                0x0A
#define GZP6859D_DORMANT            0x0B

#define GZP6859D_K_VALUE            512

/*********************************************************************
 * GLOBAL VARIABLES
 */

/*********************************************************************
 * API FUNCTIONS
 */
void GZP6859D_ReadSingleModePressureData(int32_t *pPressure);
void GZP6859D_ReadCombinedModeData(int32_t *pTemperature, int32_t *pPressure);


#endif /* _BOARD_GZP6859D_H_ */

5.2 board_gzp6859d.c

/*********************************************************************
 * INCLUDES
 */
#include <stdio.h>
#include "i2c.h"

#include "board_gzp6859d.h"

/*********************************************************************
 * PUBLIC FUNCTIONS
 */
/**
 @brief 单次模式读取压力数据
 @param pPressure -[out] 压力值
 @return 无
*/
void GZP6859D_ReadSingleModePressureData(int32_t *pPressure)
		
    uint8_t cmd = GZP6859D_ONE_PRESS;
    uint8_t result = 0;
    uint8_t pressArr[4] = 0;
    int32_t press = 0;
    
    // 进行单次传感器压力信号采集模式
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_WRITE_BIT,
                    GZP6859D_CMD_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &cmd, 1, 10);
    
    // 采集结束
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_CMD_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &result, 1, 10);
    printf("0x%02X  ", result);
    
    // 获取压力数据AD值
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_DATA_MSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &pressArr[1], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", pressArr[1]);
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_DATA_CSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &pressArr[2], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", pressArr[2]);
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_DATA_LSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &pressArr[3], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", pressArr[3]);
    
    // 压力计算公式
    press = (pressArr[0] << 24) + (pressArr[1] << 16) + (pressArr[2] << 8) + pressArr[3];
    if(press > 8388607)
    
        press = press - 16777216;
    
    press = press / GZP6859D_K_VALUE;   // 单位为Pa
    *pPressure = press;
    printf("press:%d\\r\\n", press);


/**
 @brief 组合模式读取数据
 @param pTemperature -[out] 温度值
 @param pPressure -[out] 压力值
 @return 无
*/
void GZP6859D_ReadCombinedModeData(int32_t *pTemperature, int32_t *pPressure)
		
    uint8_t cmd = GZP6859D_COM;
    uint8_t result = 0;
    uint8_t tempArr[4] = 0;
    int32_t temp = 0;
    uint8_t pressArr[4] = 0;
    int32_t press = 0;
    
    // 进行组合模式读取数据
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_WRITE_BIT,
                    GZP6859D_CMD_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &cmd, 1, 10);
    
    // 采集结束
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_CMD_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &result, 1, 10);
    printf("0x%02X  ", result);
    
    // 获取温度数据AD值
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_TEMP_MSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &tempArr[2], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", tempArr[2]);
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_TEMP_LSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &tempArr[3], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", tempArr[3]);
    
    // 温度计算公式
    temp = (tempArr[0] << 24) + (tempArr[1] << 16) + (tempArr[2] << 8) + tempArr[3];
    if(temp > 32768)
    
        temp = temp - 65536;
    
    temp = temp / 256;                  // 单位为℃
    *pTemperature = temp;
    printf("temp:%d\\r\\n", temp);
    
    // 获取压力数据AD值
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_DATA_MSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &pressArr[1], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", pressArr[1]);
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_DATA_CSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &pressArr[2], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", pressArr[2]);
    HAL_I2C_Mem_Read(&hi2c1, (GZP6859D_SLAVE_ADDR << 1) | GZP6859D_READ_BIT,
                    GZP6859D_DATA_LSB_ADDR, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, &pressArr[3], 1, 10);
    printf("0x%02X  ", pressArr[3]);
    
    // 压力计算公式
    press = (pressArr[0] << 24) + (pressArr[1] << 16) + (pressArr[2] << 8) + pressArr[3];
    if(press > 8388607)
    
        press = press - 16777216;
    
    press = press / GZP6859D_K_VALUE;   // 单位为Pa
    *pPressure = press;
    printf("press:%d\\r\\n", press);


/****************************************************END OF FILE****************************************************/

六、使用例子

I2C 初始化后，调用 GZP6859D_ReadCombinedModeData() 先以组合模式读取温度，以获取温度校准系数，否则读数不准。然后调用 GZP6859D_ReadSingleModePressureData() 读取单次压力值。

#include "board_gzp6859d.h"

/**
  * @brief  The application entry point.
  * @retval int
  */
int main(void)

  /* USER CODE BEGIN 1 */

  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_I2C1_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */
  int32_t temperature;
  int32_t pressure  
  GZP6859D_ReadCombinedModeData(&temperature, &pressure);  //先以组合模式读取温度，以获取温度校准系数，否则读数不准

  /* USER CODE END 2 */

  /* Call init function for freertos objects (in freertos.c) */
  MX_FREERTOS_Init();

  /* Start scheduler */
  osKernelStart();

  /* We should never get here as control is now taken by the scheduler */
  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  
    int32_t pressure；
    GZP6859D_ReadSingleModePressureData(&pressure);
    printf("p:%d\\r\\n", pressure);
    HAL_Delay(1000);
    /* USER CODE END WHILE */
    
    /* USER CODE BEGIN 3 */
  
  /* USER CODE END 3 */

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• 由 Leung 写于 2023 年 1 月 30 日