STM32F103学习笔记(11)——压力传感器GZP6859D使用

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了STM32F103学习笔记(11)——压力传感器GZP6859D使用相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

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
SCLPB.8
SDAPB.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 0x0A0x30 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 0x060x070x08 三个寄存器地址数据构成 24 位 AD 值(压力数据 AD 值),读取 0x090x0A 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

以上是关于STM32F103学习笔记(11)——压力传感器GZP6859D使用的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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