Dirty Marmotte

Nous avons câblé le capteur, il ne reste plus qu’à écrire le programme qui nous permettra d’obtenir la température, la pression atmosphérique et l’altitude.

La première chose à faire, c’est de pouvoir communiquer avec le module BMP085. Nous aurons besoin de 2 fonctions de lecture, pour lire respectivement des valeurs de 8 et 16 bits.

#include <Wire.h>

//L'adresse I2C du BMP085
#define BMP085_ADDRESS 0x77

// Lit 1 byte du BMP085 à 'address'
char bmp085ReadChar(unsigned char address)
{
  unsigned char data;

  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(address);
  Wire.endTransmission();

  Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 1);
  while(!Wire.available());

  return Wire.read();
}

// Lit 2 bytes sur le BMP085
// Le premier byte vient de 'address'
// Le second byte vient de 'address'+1
int bmp085ReadInt(unsigned char address)
{
  unsigned char msb, lsb;

  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(address);
  Wire.endTransmission();

  //on va lire 2 bytes, correspondant à un integer
  Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 2);

  //Attendons que les 2 bytes soient arrivés...
  while(Wire.available()<2);
  msb = Wire.read();
  lsb = Wire.read();

  return (int) msb<<8 | lsb;
}

Nous sommes à présent capables de lire des valeurs du module. Cool! On va en avoir besoin pour lire les 11 coefficients de calibration, stockés dans l’EEPROM du BMP085. Ces valeurs vont nous permettre de calculer la pression absolue. Il suffit de les lire une seule fois, au début du programme. Nous allons les mettre dans la fonction setup().

 

// paramètre d'oversampling 0 à 3, 
//qui permet d'avoir plus de précision dans les mesures
const unsigned char OSS = 0;

// Valeurs de calibration
int ac1;
int ac2;
int ac3;
unsigned int ac4;
unsigned int ac5;
unsigned int ac6;
int b1;
int b2;
int mb;
int mc;
int md;

// b5 est calculé dans bmp085GetTemperature(...), 
// et est aussi utilisée dans bmp085GetPressure(...)
// donc ...Temperature(...) doit être appelée avant ...Pressure(...).
long b5;

short temperature;
long pressure;

// Stocke toutes les valeurs de calibration du BMP085 dans des variables globales.
// Ces valeurs sont nécessaires pour calculer la température et la pression.
// Cette fonction doit être appelée au début du programme.
void bmp085Calibration()
{
  ac1 = bmp085ReadInt(0xAA);
  ac2 = bmp085ReadInt(0xAC);
  ac3 = bmp085ReadInt(0xAE);
  ac4 = bmp085ReadInt(0xB0);
  ac5 = bmp085ReadInt(0xB2);
  ac6 = bmp085ReadInt(0xB4);
  b1 = bmp085ReadInt(0xB6);
  b2 = bmp085ReadInt(0xB8);
  mb = bmp085ReadInt(0xBA);
  mc = bmp085ReadInt(0xBC);
  md = bmp085ReadInt(0xBE);
}

void setup()
{
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();
  bmp085Calibration();
}

Une fois que les valeurs de calibration sont lues, il nous faut encore deux variables pour calculer la température et la pression : ut et up. Ce sont les valeurs de température et pression non compensées, notre point de départ pour déterminer les valeurs réelles de température et pression. A chaque fois qu’on veut obtenit la température ou la pression, il faut lire au préalable ces valeurs.

La température non compensée est sur 16 bits (type int), la pression sur 32 bits (type long).

 

// Lit la température non compensée
unsigned int bmp085ReadUT()
{
  unsigned int ut;

  // Ecrit 0x2E dans le registre 0xF4.
  // Cela demande une lecture de température.
  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(0xF4);
  Wire.write(0x2E);
  Wire.endTransmission();

  // Attendons au moins 4.5ms
  delay(5);

  // Lit les 2 octets des registres 0xF6 et 0xF7
  ut = bmp085ReadInt(0xF6);
  return ut;
}

// Lit la pression non compensée
unsigned long bmp085ReadUP()
{
  unsigned char msb, lsb, xlsb;
  unsigned long up = 0;

  // Ecrit 0x34 + (OSS<<6) dans le registre 0xF4 pour
  // demander une lecture de la pression avec le paramètre d'oversampling
  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(0xF4);
  Wire.write(0x34 + (OSS<<6));
  Wire.endTransmission();

  // Attend la fin de conversion, le délai dépend de OSS
  delay(2 + (3 << OSS));

  // Lit la réponse dans les registres :
  // 0xF6 (MSB), 0xF7 (LSB), et 0xF8 (XLSB)
  Wire.beginTransmission(BMP085_ADDRESS);
  Wire.write(0xF6);
  Wire.endTransmission();
  Wire.requestFrom(BMP085_ADDRESS, 3);

  // Attend aue les données soient dispo (3 bytes)
  while(Wire.available() < 3);

  msb = Wire.read();
  lsb = Wire.read();
  xlsb = Wire.read();

  up = (((unsigned long) msb << 16) | ((unsigned long) lsb << 8) | (unsigned long) xlsb) >> (8-OSS);

  return up;
}

Dans ces deux fonctions, nous utilisons la fonction delay() pour laisser le temps au BMP085 de terminer ses traitements.

Le paramètre d’oversampling (OSS) indique au capteur de calculer une moyenne de plusieurs mesures, afin d’avoir une précision accrue. Ici, il est désactivé.

La durée d’attente est le maximum indiqué dans le datasheet du module, mais nous pourrions à la place nous baser sur le pin EOC (End Of Conversion) pour connaitre avec précision le moment où le BMP05 a terminé de lire les données. Tant qu’il travaille, le pin EOC est à l’état LOW, et dès qu’il a terminé, il passe à HIGH.

 

Nous avons toutes les variables requises pour calculer la température et la pression. Dans le datasheet, une formule assez cool nous donne la température, et une autre, beaucoup, beaucoup plus barbue, nous donne la pression.

Merci à Jimbo, chez Sparkfun, d’avoir transcrit tout ça en C, ça fait vraiment plaisir :)

 

// Calcule la température à partir de ut.
// La valeur de sortie est exprimée en dixièmes de degrés.
short bmp085GetTemperature(unsigned int ut)
{
  long x1, x2;

  x1 = (((long)ut - (long)ac6)*(long)ac5) >> 15;
  x2 = ((long)mc << 11)/(x1 + md);
  b5 = x1 + x2;

  return ((b5 + 8)>>4);
}

// Calcule la pression à partir de up.
// Les valeurs de calibration doivent être initialisées.
// b5 est aussi requise, donc bmp085GetTemperature(...) doit être appelée en premier.
// La valeur de sortie est exprimée en Pascals.
long bmp085GetPressure(unsigned long up)
{
  long x1, x2, x3, b3, b6, p;
  unsigned long b4, b7;

  b6 = b5 - 4000;
  // Calcule B3
  x1 = (b2 * (b6 * b6)>>12)>>11;
  x2 = (ac2 * b6)>>11;
  x3 = x1 + x2;
  b3 = (((((long)ac1)*4 + x3)<<OSS) + 2)>>2;

  // Calcule B4
  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;
  p += (x1 + x2 + 3791)>>4;

  return p;
}

Bon alors là, on est pas mal ! Encore une fonction pour calculer l’altitude à partir de la pression :

 

//Retourne l'altitude théorique
//en fonction de la pression atmosphérique
float getAltitude(long pressure)
{
  // Pression au niveau de la mer (Pa)
  const float p0 = 101325;
  float altitude = (float)44330 * (1 - pow(((float) pressure/p0), 0.190295));
  return altitude;
}

 

Calculons tout ça dans la boucle principale, et envoyons les résultats dans le port série:

 

void loop()
{
  temperature = bmp085GetTemperature(bmp085ReadUT());
  pressure = bmp085GetPressure(bmp085ReadUP());
  float altitude = getAltitude(pressure);

  Serial.println("***********************");
  Serial.print("Temperature: ");
  Serial.print(((float)temperature / 10), 1);
  Serial.println(" deg.");

  Serial.print("Pression: ");
  Serial.print(pressure, DEC);
  Serial.println(" Pa");

  Serial.print("Altitude: ");
  Serial.print((int)altitude, DEC);
  Serial.println(" m");

  delay(1000);
}

 

Et voilà la sortie, au chalet, par cette soirée de février :

***********************
Temperature: 22.3 deg.
Pression: 90739 Pa
Altitude: 921 m
***********************

Ce qui est assez réaliste aujourd’hui, puisqu’on estime être à 930 m rééls. Mais selon la météo, on se retrouve dans une fourchette de 870 à 1000 et quelques…

 

Je tiens une fois encore à remercier l’article de SparkFun, dont cet article est essentiellement une traduction. Je vous invite à le lire pour plus de précisions. Sans lui, je me serais tapé la tête contre le lambris… J’y serais probablement arrivé, mais en beaucoup plus de temps :)