【FireBeetle Board ESP32-E IoT 开发板试用体验】微型气象监测器的实现

开发板

本帖最后由 jinglixixi 于 2021-9-1 20:11 编辑

气象对我们日常的生产和生活有着极大影响和作用，利用FireBeetle-ESP32-E开发板结合相应的传感器和OLED屏可以完成一个微型气象检测器，其检测界面如图 1所示。

图 1 检测界面

该检测器的结构框图如图2所示，其中传感器BMP085用于温度和大气压的检测，是一个数字式传感器；而传感器BH1750则用于光照强度检测，也是一种数字式传感器。用于是数字式传感器，故省去了数字标定方面的处理。所涉及的显示器件则是前面已介绍过的彩色OLED屏，其具体的线路连接如图3所示。

出于使用灵活性的考虑，尽管所用的传感器均为I2C接口的传感器，这里则是采用I/O口模拟的方式来驱动这2个器件。

此外，还可以使用传感器DHT22来检测环境的温湿度，这里由于BMP085已具有了温度的检测功能，使用DHT22只为了增添湿度检测在性价比上有些不划算，这里就暂且从略了。

在线路连接中，由于所用的器件相对较多，而开发板上的电源引脚相对较为紧缺，故自制了一个电源引脚的控制板，将一组电源有效地扩展为4组。

图 2结构框图

图 3 线路连接

在引脚连接方面，其连接关系如下：

1）OLED屏

VCC --- 3.3V

GND --- GND

SCL --- SCL

SDA --- SDA

RST ---D13

DC ---D12

CS ---D11

LEDB ---D10

2）BMP085

VCC --- 3.3V

GND --- GND

SCL --- D2

SDA --- D3

3）BH1750

VCC --- 3.3V

GND --- GND

SCL --- D7

SDA --- A4

1.OLED屏显示驱动

OLED屏的作用主要在于字符、数值字符串显示，以及中文内容的显示，这方面的内容参见：彩色OLED屏的显示驱动

网址：https://bbs.elecfans.com/jishu_2154454_1_1.html

2.BH1750光强检测

为使用BBH1750 进行字节数据的发送，其功能函数为：

void BH1750_SendByte(char data)
{
char i;
pinMode(SDA,OUTPUT);
digitalWrite(SCL, LOW);
delayMicroseconds(2);
for (i=0; i<8; i++) //8位计数器
{
if(data&0x80) digitalWrite(SDA, HIGH);
else digitalWrite(SDA, LOW);
data <<= 1;
digitalWrite(SCL, HIGH); //拉高时钟线
delayMicroseconds(2); //延时
digitalWrite(SCL, LOW); //拉低时钟线
delayMicroseconds(2); //延时
}
}

复制代码

BH1750的多字节读取函数为：

void Multiple_Read_BH1750()
{
BH1750_Start();
BH1750_SendByte(SlaveAddress+1);
BH1750_RecvACK();
BUF[0] = BH1750_RecvByte();
BH1750_SendACK(0);
BUF[1] = BH1750_RecvByte();
BH1750_SendACK(1);
BH1750_Stop();
delay(5);
}

复制代码

获取并输出光强值的函数为：

void Get_Sunlight_Value()
{
int dis_data=0;
float temp;
char i=0;
unsigned int sd;
Single_Write_BH1750(0x01);
Single_Write_BH1750(0x10);
delay(180);
Multiple_Read_BH1750();
for(i=0;i<3;i++) dis_data=BUF[0];
dis_data=(dis_data<<8)+BUF[1];
temp=(float)dis_data/1.2;
sd=temp;
Serial.println(sd);
}

复制代码

经程序的编译上传，即可得到检测结果。在未连接传感器的情况下，其输出如图4所示，在日常光线下其光强则如图5所示。

图4 未连接传感器的检测结果

图5 日常光强的检测结果

3.BMP085 温度与气压检测

为使用BBMP085 进行检测，其初始化函数为：

void Init_BMP085()
{
ac1 = Multiple_read(0xAA);
ac2 = Multiple_read(0xAC);
ac3 = Multiple_read(0xAE);
ac4 = Multiple_read(0xB0);
ac5 = Multiple_read(0xB2);
ac6 = Multiple_read(0xB4);
b1 = Multiple_read(0xB6);
b2 = Multiple_read(0xB8);
mb = Multiple_read(0xBA);
mc = Multiple_read(0xBC);
md = Multiple_read(0xBE);
}

复制代码

BMP085发送与接收字节数据的函数为：

void BMP085_Send_Byte(char txd)
{
char t;
IIC_OUTPUT_MODE_SET();
SCL_Clr();
for(t=0;t<8;t++)
{
if((txd&0x80)>>7)
SDA_Set();
else
SDA_Clr();
txd<<=1;
delayMicroseconds(2);
SCL_Set();
delayMicroseconds(2);
SCL_Clr();
delayMicroseconds(2);
}
}
char BMP085_Read_Byte(unsigned char ack)
{
unsigned char i,receive=0;
IIC_INPUT_MODE_SET();
for(i=0;i<8;i++ )
{
SCL_Clr();
delayMicroseconds(2);
SCL_Set();
receive<<=1;
if(IIC_SDA_IN) receive++;
delayMicroseconds(1);
}
if (!ack)
BMP085_NAck();
else
BMP085_Ack();
return receive;
}

复制代码

BMP085读取温度与大气压的函数为：

long bmp085ReadTemp(void)
{
BMP085_Start();
BMP085_Send_Byte(BMP085_SlaveAddress);
while(BMP085_Wait_Ack()){}
BMP085_Send_Byte(0xF4);
while(BMP085_Wait_Ack()){}
BMP085_Send_Byte(0x2E);
while(BMP085_Wait_Ack()){}
BMP085_Stop();
delay(10);
return (long) Multiple_read(0xF6);
}
long bmp085ReadPressure(void)
{
long pressure = 0;
BMP085_Start();
BMP085_Send_Byte(BMP085_SlaveAddress);
while(BMP085_Wait_Ack()){}
BMP085_Send_Byte(0xF4);
while(BMP085_Wait_Ack()){}
BMP085_Send_Byte(0x34);
while(BMP085_Wait_Ack()){}
BMP085_Stop();
delay(10);
pressure = Multiple_read(0xF6);
pressure &= 0x0000FFFF;
return pressure;
}

复制代码

实现数据变换处理的函数为：

void bmp085Convert()
{
unsigned int ut;
unsigned long up;
long x1, x2, b5, b6, x3, b3, p;
unsigned long b4, b7;
ut = bmp085ReadTemp();
up = bmp085ReadPressure();
x1 = (((long)ut - (long)ac6)*(long)ac5) >> 15;
x2 = ((long) mc << 11) / (x1 + md);
b5 = x1 + x2;
temperature = ((b5 + 8) >> 4);
b6 = b5 - 4000;
x1 = (b2 * (b6 * b6)>>12)>>11;
x2 = (ac2 * b6)>>11;
x3 = x1 + x2;
b3 = (((((long)ac1)*4 + x3)<>2;
x1 = (ac3 * b6)>>13;
x2 = (b1 * ((b6 * b6)>>12))>>16;
x3 = ((x1 + x2) + 2)>>2;
b4 = (ac4 * (unsigned long)(x3 + 32768))>>15;
b7 = ((unsigned long)(up - b3) * (50000>>OSS));
if (b7 < 0x80000000)
p = (b7<<1)/b4;
else
p = (b7/b4)<<1;
x1 = (p>>8) * (p>>8);
x1 = (x1 * 3038)>>16;
x2 = (-7357 * p)>>16;
pressure = p+((x1 + x2 + 3791)>>4);
}

复制代码

4.实现显示效果的主程序为：

void setup() {
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
App_OledInit();
Lcd_Init();
LCD_Clear(RED);
BACK_COLOR=RED;
LCD_ShowChinese(20,2,0,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(36,2,1,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(52,2,2,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(68,2,3,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(84,2,4,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(100,2,5,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(116,2,6,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(0,28,7,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(16,28,8,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(0,44,9,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(16,44,10,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(0,60,11,16,WHITE);
LCD_ShowChinese(16,60,12,16,WHITE);
LCD_ShowChar(34,28,':',1,WHITE);
LCD_ShowChar(34,44,':',1,WHITE);
LCD_ShowChar(34,60,':',1,WHITE);
LCD_ShowChar(110,60,'l',1,WHITE);
LCD_ShowChar(118,60,'x',1,WHITE);
pinMode(SCL1,OUTPUT);
pinMode(SDA1,OUTPUT);
pinMode(SCL2,OUTPUT);
pinMode(SDA2,OUTPUT);
Init_BMP085();
}
void loop() {
digitalWrite(LED_PIN, HIGH);
delay(500 );
digitalWrite(LED_PIN, LOW);
delay(500 );
Get_Sunlight_Value();
bmp085Convert();
LCD_ShowNum(50,28,temperature/10,5,YELLOW);
LCD_ShowNum(50,44,pressure/100,5,YELLOW);
}

复制代码

5.结束语

通过对微型气象监测器的设计，证明FireBeetle-ESP32-E是一款易于学习和开发的开发板，能够快速完成原型设计，值得在应用项目中予以采用。此外，它的无线通信功能也是非常出色的，若在微型气象监测器中添加无线通信功能，则有利于构建一个基于无线通信的气象监测网。

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