Beaglebone Black–I2C 接 BMP280 获取当前温度

我有两个含温度传感的模块，一个是AOSONG 奥松电子的 AM2320 温度湿度，另一个是九轴里面的 Bosch BMP280。由于 AM2320 用 I2C MODBUS，直接用 I2C Tools 它不理我，扫描后地址没在总线出现，不知道是它没实现 SMBus 还是要给它功能码 0x03 唤醒才有东西，代码我还没写出来（其实到现在我都不知道是传感器坏了还是姿势不对），AM2320 稍后再试。

 

GY-91 MPU9250+BMP280

先玩个容易一点的，BMP280，温度与气压传感芯片。BBB 和 BMP280 都是 3.3V，不需要逻辑转换，方便。这次我只看温度，气压读取除了地址和代码外其他操作大致相同。

虽说二合一方便，但还是好贵…。耗那么多买这个当然是为了做灰机，做出来之前要学习，首先是 I2C。问客服拿原理图，给了我这个：

看到 MPU9250 的 SDO 有下拉，但不知道是不是跟 BMP280 的 SDO 一起的，后面检查地址时候发现，应该是的。从原理图看到 SDA 和 SCL 都有上拉接了个 4.7KΩ，自己连时候就SDA与SCL都不需上拉电阻，直接插 BBB，方便。好，开始动手。

 

接线

默认 BBB 开机后 I2C-1 已经启用，地址不冲突就直接插来试试。P9_20 接 SDA，P9_19 接 SCL，P9_1 GND，P9_3 3V3，上电后含BMP280的九轴模块 LED 绿灯亮起。

 

命令行工具 i2c-tools

BBB 自带的 i2c-tools 共有四个命令，用它们就不用写代码也能与从机交互：

i2cdetect 检查元件地址和i2c slots
i2cdump 倒出所有 register 值
i2cset 对 register 写入值
i2cget 从 register 取出值

除非特别说明，以下全部图片和内容的地址和值都是 HEX，16进位。看看，I2C-1 当前元件，用 I2C Detect 工具，列出 i2c-1 的所有从机：

 

扫描总线上的从机地址

i2cdetect –y –r –a 1

参数 –y 是无视交互问题直接执行，-r 是 SMBus read byte 命令，-a 是所有地址，1 是指 i2c-1。

上图的 UU 是代表系统驱动已占用，刚才说的没被占用就是指这些。

如果各位在试 I2C 而你的的 I2C 元件地址刚好是 0x54 至 0x57，你可以启用另一个 I2C，I2C-2 ，一次性连接的做法是 echo BB-I2C2 > /sys/devices/bone-capemgr.9/slots，然后它就会在 i2cdetect –l 里面出现，/dev/ 里面也有多了一个 i2c-2。要开机自动启用的话请自行修改开机档启用。

上图可见，其他元件的地址出现了，0x68 是我的九轴芯片 MPU9250，请无视。0x76 才是这次要通信的 BMP280，0x76 就是说明书第28页介绍 I2C 上说的地址：

由于这 BMP280 与九轴是集成在一起成为一个模块，我貌似是没办法控制 SDO 拉高拉低，不过地址不是 1110110 (0x76) 就是 1110111 （0x77）的了，经 i2cdetect 证实是前者 0x76（就是原理图上 九轴的 SDO 和 BMP280 的 SDO 是一起拉低了，“Connecting SDO to GDN results in slave address 1110110(0x76)”）。

 

读取 256 个 register 值

其实BMP280 没有 256 个，但 i2cdump 默认是 0x00 至 0xFF 寄存器地址的，SPI 交互时 MSB（bit 7） 是 R/W，值 1 时候是读取，地址 7 bit 长，所以下图是 10000000（0x80）开始的。挑剔一点的话，应该指定 i2cdump 范围，由 0x80 至 0xFF。

查到I2C地址后，我用 i2cdump 把 register 全部 dump 出来看看，快捷方便，（据说这样操作对个别元件有风险，但 BMP280 不在此列，详情请自行参考 i2cdetect 和 i2cdump 的相关说明）：

i2cdump –y 1 0x76

参数 –y 是无视交互问题直接执行，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，这设计师把 Device ID 放了在 D0，上图 i2cdump 可见，0xD0 (d0) 值为 0x58，与说明书 4.3.1 所示的一致：

 

温度补偿与温度测量原始值 Register

然后看看我关心的温度在哪里，说明书上有两个部分的地址是温度相关的，从 register 地址顺序来说，0x88 至 0x8D 是温度补偿值合共三个，和 0xFA 至 0xFC 温度测量结果，温度原始值。

首先温度补偿值，看看说明书怎么讲：

dig_T1 至 dig_T3 是温度补偿值。我一开始大意，没看出这个坑，你看出来了么？LSB 和 MSB 地址是反的，我傻了拿着 LSB 以为是 MSB 花了两个晚上反复计算和检查后，才发现自己这个错误，在这里温馨提示，要取温度补偿，记得看清楚它的 LSB 地址和 MSB 地址，希望大家不要步我后尘。

dig_P1 至 dig_P9 是气压相关的补偿值，本实验我不关心这些。

然后是温度的测量值，说明书的 4.2 Memory map 可以看到是 0xFA 至 0xFC，这次没有反了，0xFA 是 MSB：

注意，temp_xlsb (0xFC）是 <7:4>，temp_xlsb 地址的 bit0 至 bit3 值是零，永远都是零，没有用到的（说明书也写着“Both pressure and temperature values are expected to be received in 20 bit format, positive ......”）。

就是说，要取得温度原始值，需要读取 0xFA，0xFB，0xFC 三个接在一起，去掉最后四个 bit 即可。

 

运行模式

在 Reset 状态时候，MSB 值是 0x80，LSB 和 XLSB 是 0x00，从之前 dump 的结果可以验证，启动后什么都还没做的时候，是 reset state，值就是 0x80。

这是省电模式嘛。要启动它，最简单的办法就是用 i2cset 对执行模式的 register 写入值，让它测量然后放置值于 0xFA 至 0xFC 内。ctrl_meas 0xF4 就是控制相关的 register，从 4.2 Memory Map 可见，0xF4 的 8 bit 值分成了三个部分，osrs_t（3 bit）、osrs_p（3 bit） 和 mode（2 bit），分别代表温度和气压的 oversampling （精度）和 mode 模式。做个试验而已不讲究了，全部调成 1就是全开。写入 0xFF 进去 0xF4 它就工作了：

i2cset –y 1 0x76 0xF4 0xFF

然后 dump 出来看看：

这次 0xFA 到 0xFC 都有值了。

 

计算温度值

用计算器算算现在温度多少 ~ 公式如下，来自说明书的：

上图中的 BMP280_S32_t 数据类型是 32 bit signed integer。adc_T 就是 0xFA 至 0xFC 去掉 4 bit 后的值，dig_T1 至 dig_T3 补偿值中 T1 是 unsigned，T2 和 T3 是 signed，转换见下表：

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 实际温度				YES	17.867842

(*) 去掉 bit3 至 bit0

 

成功，17.86 °C，凉快。最后是官方的 C 代码温度补偿、和转换原始温度值和°C的，供参考。注：当然需要自行 define BMP280_S32_t ，类型为 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;
}

我用以上的代码算不出来，估计是跟 BBB 数据类型的大小有关，需要调整类型和/或 bit shift 大小，没研究了不管了。

C 代码（输出 256 个 register 值）

首先来个 C 代码 dump 出来：

/*
* 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 一口气读出来，耗内存狂是我。效果：

以上代码改自于 Exploring Beaglebone 一书上的示范。

 

C 代码 （获取温度值）

再来，正式获取温度了，这次要省省内存，分开了两个独立方法做写入 register 与读取，读取时，只读仅需要的 byte。这次只打开温度计，不管气压不测量。另外，温度补偿部分的数据其实基本不变的，所以，我分开了两次读取，相隔几毫秒没有太大关系：

/*
* 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：

还有那些看到就烦的拼音档案名呢 ~ 现在几度了~ 17.02°C ~

今天到此为止。

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