Beaglebone Black–I2C 接 BMP280 獲取當前溫度

我有兩個含溫度傳感的模塊，一個是AOSONG 奧松電子的 AM2320 溫度濕度，另一個是九軸里面的 Bosch BMP280。由於 AM2320 用 I2C MODBUS，直接用 I2C Tools 它不理我，掃描后地址沒在總線出現，不知道是它沒實現 SMBus 還是要給它功能碼 0x03 喚醒才有東西，代碼我還沒寫出來（其實到現在我都不知道是傳感器壞了還是姿勢不對），AM2320 稍后再試。

 

GY-91 MPU9250+BMP280

先玩個容易一點的，BMP280，溫度與氣壓傳感芯片。BBB 和 BMP280 都是 3.3V，不需要邏輯轉換，方便。這次我只看溫度，氣壓讀取除了地址和代碼外其他操作大致相同。

雖說二合一方便，但還是好貴…。耗那么多買這個當然是為了做灰機，做出來之前要學習，首先是 I2C。問客服拿原理圖，給了我這個：

看到 MPU9250 的 SDO 有下拉，但不知道是不是跟 BMP280 的 SDO 一起的，后面檢查地址時候發現，應該是的。從原理圖看到 SDA 和 SCL 都有上拉接了個 4.7KΩ，自己連時候就SDA與SCL都不需上拉電阻，直接插 BBB，方便。好，開始動手。

 

接線

默認 BBB 開機后 I2C-1 已經啟用，地址不沖突就直接插來試試。P9_20 接 SDA，P9_19 接 SCL，P9_1 GND，P9_3 3V3，上電后含BMP280的九軸模塊 LED 綠燈亮起。

 

命令行工具 i2c-tools

BBB 自帶的 i2c-tools 共有四個命令，用它們就不用寫代碼也能與從機交互：

i2cdetect 檢查元件地址和i2c slots
i2cdump 倒出所有 register 值
i2cset 對 register 寫入值
i2cget 從 register 取出值

除非特別說明，以下全部圖片和內容的地址和值都是 HEX，16進位。看看，I2C-1 當前元件，用 I2C Detect 工具，列出 i2c-1 的所有從機：

 

掃描總線上的從機地址

i2cdetect –y –r –a 1

參數 –y 是無視交互問題直接執行，-r 是 SMBus read byte 命令，-a 是所有地址，1 是指 i2c-1。

上圖的 UU 是代表系統驅動已占用，剛才說的沒被占用就是指這些。

如果各位在試 I2C 而你的的 I2C 元件地址剛好是 0x54 至 0x57，你可以啟用另一個 I2C，I2C-2 ，一次性連接的做法是 echo BB-I2C2 > /sys/devices/bone-capemgr.9/slots，然后它就會在 i2cdetect –l 里面出現，/dev/ 里面也有多了一個 i2c-2。要開機自動啟用的話請自行修改開機檔啟用。

上圖可見，其他元件的地址出現了，0x68 是我的九軸芯片 MPU9250，請無視。0x76 才是這次要通信的 BMP280，0x76 就是說明書第28頁介紹 I2C 上說的地址：

由於這 BMP280 與九軸是集成在一起成為一個模塊，我貌似是沒辦法控制 SDO 拉高拉低，不過地址不是 1110110 (0x76) 就是 1110111 （0x77）的了，經 i2cdetect 證實是前者 0x76（就是原理圖上 九軸的 SDO 和 BMP280 的 SDO 是一起拉低了，“Connecting SDO to GDN results in slave address 1110110(0x76)”）。

 

讀取 256 個 register 值

其實BMP280 沒有 256 個，但 i2cdump 默認是 0x00 至 0xFF 寄存器地址的，SPI 交互時 MSB（bit 7） 是 R/W，值 1 時候是讀取，地址 7 bit 長，所以下圖是 10000000（0x80）開始的。挑剔一點的話，應該指定 i2cdump 范圍，由 0x80 至 0xFF。

查到I2C地址后，我用 i2cdump 把 register 全部 dump 出來看看，快捷方便，（據說這樣操作對個別元件有風險，但 BMP280 不在此列，詳情請自行參考 i2cdetect 和 i2cdump 的相關說明）：

i2cdump –y 1 0x76

參數 –y 是無視交互問題直接執行，1 是指 i2c-1，0x76 是元件的 I2C 地址。

 

BMP280 Device ID

很多其他元件的 ID 地址都是 0x00，這設計師把 Device ID 放了在 D0，上圖 i2cdump 可見，0xD0 (d0) 值為 0x58，與說明書 4.3.1 所示的一致：

 

溫度補償與溫度測量原始值 Register

然后看看我關心的溫度在哪里，說明書上有兩個部分的地址是溫度相關的，從 register 地址順序來說，0x88 至 0x8D 是溫度補償值合共三個，和 0xFA 至 0xFC 溫度測量結果，溫度原始值。

首先溫度補償值，看看說明書怎么講：

dig_T1 至 dig_T3 是溫度補償值。我一開始大意，沒看出這個坑，你看出來了么？LSB 和 MSB 地址是反的，我傻了拿着 LSB 以為是 MSB 花了兩個晚上反復計算和檢查后，才發現自己這個錯誤，在這里溫馨提示，要取溫度補償，記得看清楚它的 LSB 地址和 MSB 地址，希望大家不要步我后塵。

dig_P1 至 dig_P9 是氣壓相關的補償值，本實驗我不關心這些。

然后是溫度的測量值，說明書的 4.2 Memory map 可以看到是 0xFA 至 0xFC，這次沒有反了，0xFA 是 MSB：

注意，temp_xlsb (0xFC）是 <7:4>，temp_xlsb 地址的 bit0 至 bit3 值是零，永遠都是零，沒有用到的（說明書也寫着“Both pressure and temperature values are expected to be received in 20 bit format, positive ......”）。

就是說，要取得溫度原始值，需要讀取 0xFA，0xFB，0xFC 三個接在一起，去掉最后四個 bit 即可。

 

運行模式

在 Reset 狀態時候，MSB 值是 0x80，LSB 和 XLSB 是 0x00，從之前 dump 的結果可以驗證，啟動后什么都還沒做的時候，是 reset state，值就是 0x80。

這是省電模式嘛。要啟動它，最簡單的辦法就是用 i2cset 對執行模式的 register 寫入值，讓它測量然后放置值於 0xFA 至 0xFC 內。ctrl_meas 0xF4 就是控制相關的 register，從 4.2 Memory Map 可見，0xF4 的 8 bit 值分成了三個部分，osrs_t（3 bit）、osrs_p（3 bit） 和 mode（2 bit），分別代表溫度和氣壓的 oversampling （精度）和 mode 模式。做個試驗而已不講究了，全部調成 1就是全開。寫入 0xFF 進去 0xF4 它就工作了：

i2cset –y 1 0x76 0xF4 0xFF

然后 dump 出來看看：

這次 0xFA 到 0xFC 都有值了。

 

計算溫度值

用計算器算算現在溫度多少 ~ 公式如下，來自說明書的：

上圖中的 BMP280_S32_t 數據類型是 32 bit signed integer。adc_T 就是 0xFA 至 0xFC 去掉 4 bit 后的值，dig_T1 至 dig_T3 補償值中 T1 是 unsigned，T2 和 T3 是 signed，轉換見下表：

Register	Addresses & Values (MSB first)	HEX	Binary	Signed ?	Actual Dec Value
adc_T	0xFA = 7B, 0xFB = BB, 0xFC = 60	7BBB6(*)	01111011 10111011 0110 (*)	YES	506806
dig_T1	0x89 = 6D, 0x88 = DB	6DDB	01101101 11011011	NO	28123
dig_T2	0x8B = 67, 0x8A = 39	6739	01100111 00111001	YES	26425
dig_T3	0x8D = FC, 0x8C = 18	FC18	11111100 00011000	YES	-1000
var1				YES	91671.395874023438
var2				YES	-188.04323882795870
T 實際溫度				YES	17.867842

(*) 去掉 bit3 至 bit0

 

成功，17.86 °C，涼快。最后是官方的 C 代碼溫度補償、和轉換原始溫度值和°C的，供參考。注：當然需要自行 define BMP280_S32_t ，類型為 32 bit Signed Integer。

// Returns temperature in DegC, resolution is 0.01 DegC. Output value of “5123” equals 51.23 DegC. 
// t_fine carries fine temperature as global value 
BMP280_S32_t t_fine; 
BMP280_S32_t bmp280_compensate_T_int32(BMP280_S32_t adc_T) 
{ 
  BMP280_S32_t var1, var2, T; 
  var1 = ((((adc_T>>3) - ((BMP280_S32_t)dig_T1<<1))) * ((BMP280_S32_t)dig_T2)) >> 11; 
  var2 = (((((adc_T>>4) - ((BMP280_S32_t)dig_T1)) * ((adc_T>>4) - ((BMP280_S32_t)dig_T1))) >> 12) * 
    ((BMP280_S32_t)dig_T3)) >> 14; 
  t_fine = var1 + var2; 
  T = (t_fine * 5 + 128) >> 8; 
  return T; 
}

我用以上的代碼算不出來，估計是跟 BBB 數據類型的大小有關，需要調整類型和/或 bit shift 大小，沒研究了不管了。

C 代碼（輸出 256 個 register 值）

首先來個 C 代碼 dump 出來：

/* 
* app.c 
* 
*  Created on: 2016-2-23 
*      Author: Lepton 
*/ 
#include<stdio.h> 
#include<fcntl.h> 
#include<sys/ioctl.h> 
#include<linux/i2c.h> 
#include<linux/i2c-dev.h>

#define DEVID 0xD0 
#define BUFFER_SIZE 256

int main(){ 
        int file; 
        if((file=open("/dev/i2c-1", O_RDWR)) < 0) { 
                perror("failed to open the bus\n"); 
                return 1; 
        } 
        if(ioctl(file, I2C_SLAVE, 0x76) < 0) { 
                perror("Failed to connect to the sensor\n"); 
                return 1; 
        } 
        char writeBuffer[1] = {0x00} ; 
        if(write(file, writeBuffer, 1)!=1) { 
                perror("Failed to reset the read address\n"); 
                return 1; 
        } 
        char readBuffer[BUFFER_SIZE]; 
        if(read(file, readBuffer, BUFFER_SIZE)!=BUFFER_SIZE){ 
                perror("Failed to read in the buffer\n"); 
                return 1; 
        } 
        int i; 
        printf("Device ID: 0x%02x\n", readBuffer[DEVID]); 
        for (i = 0; i<BUFFER_SIZE; i++){ 
                if(i!=0 && i%16==0) printf("\n"); 
                printf("%02x ",readBuffer[i]); 
        } 
        printf("\n"); 
        close(file); 
        return 0; 
}

256 bytes 一口氣讀出來，耗內存狂是我。效果：

以上代碼改自於 Exploring Beaglebone 一書上的示范。

 

C 代碼 （獲取溫度值）

再來，正式獲取溫度了，這次要省省內存，分開了兩個獨立方法做寫入 register 與讀取，讀取時，只讀僅需要的 byte。這次只打開溫度計，不管氣壓不測量。另外，溫度補償部分的數據其實基本不變的，所以，我分開了兩次讀取，相隔幾毫秒沒有太大關系：

/* 
* app.c 
* 
*  Created on: 2016-2-23 
*      Author: Lepton 
*/ 
#include<stdio.h> 
#include<stdint.h> 
#include<fcntl.h> 
#include<sys/ioctl.h> 
#include<linux/i2c.h> 
#include<linux/i2c-dev.h>

#define BMP280_ADD 0x76 
#define DIG_START 0x88 
#define TEMP_START 0xFA 
#define CTRL_MEAS 0xF4 
#define TEMP_ONLY_NORMAL_MODE 0xE3 // 111 000 11

int writeReg(int pt, unsigned char add, char value){ 
        unsigned char w_buff[2]; 
        w_buff[0] = add; 
        w_buff[1] = value; 
        if (write(pt, w_buff, 2) != 2){ 
                perror("Failed write to device"); 
                return 1; 
        } 
        return 0; 
} 
int readReg(int pt, unsigned char s_add, char buf[], int size){ 
        char writeBuff[1] = {s_add}; 
        if(write(pt, writeBuff, 1)!=1) { 
                perror("Failed to reset the read address\n"); 
                return 1; 
        } 
        if(read(pt, buf, size)!=size){ 
                perror("Failed to read in the buffer\n"); 
                return 1; 
        } 
        return 0; 
}

float myFunc(uint32_t adc_T, unsigned short dig_T1, short dig_T2, short dig_T3){ 
        uint32_t var1, var2; 
        float T; 
        var1 = (((double)adc_T)/16384.0-((double)dig_T1)/1024.0)*((double)dig_T2); 
        var2 = ((((double)adc_T)/131072.0-((double)dig_T1)/8192.0)*(((double)adc_T)/131072.0-((double)dig_T1)/8192.0))*((double)dig_T2); 
        T = (var1+var2)/5120.0; 
        return T; 
}

int main(){ 
        int file; 
        if((file=open("/dev/i2c-1", O_RDWR)) < 0) { 
                perror("failed to open the bus\n"); 
                return 1; 
        } 
        if(ioctl(file, I2C_SLAVE, BMP280_ADD) < 0) { 
                perror("Failed to connect to the sensor\n"); 
                return 1; 
        }

        char dig_buff[6]; 
        char tmp_buff[3];

        if(writeReg(file, CTRL_MEAS, TEMP_ONLY_NORMAL_MODE)==1){ 
                return 1; 
        } 
        if(readReg(file, DIG_START, dig_buff, 6)==1){ 
                return 1; 
        } 
        if(readReg(file, TEMP_START, tmp_buff, 3)==1){ 
                return 1; 
        } 
        close(file);

        printf("Dump :\n"); 
        int i; 
        for (i=0; i<6; i++){ 
                printf("%02x ",dig_buff[i]); 
        } 
        printf("\n"); 
        for (i=0; i<3; i++){ 
                printf("%02x ",tmp_buff[i]); 
        } 
        printf("\n"); 
        int adc_T = ((tmp_buff[0]<<16)|(tmp_buff[1]<<8)|(tmp_buff[2]))>>4; 
        unsigned short dig_T1 = (dig_buff[1]<<8)|(dig_buff[0]); 
        short dig_T2 = (dig_buff[3]<<8)|(dig_buff[2]); 
        short dig_T3 = (dig_buff[5]<<8)|(dig_buff[4]); 
        printf("adc_T is : %d \n", adc_T); 
        printf("dig_T1 is : %d \n", dig_T1); 
        printf("dig_T2 is : %d \n", dig_T2); 
        printf("dig_T3 is : %d \n", dig_T3); 
        printf("Temperature is : %f \n", myFunc(adc_T, dig_T1, dig_T2, dig_T3)); 
        return 0; 
}

 

效果：

還有那些看到就煩的拼音檔案名呢 ~ 現在幾度了~ 17.02°C ~

今天到此為止。

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