基于STC89C52單片機設(shè)計的大氣氣壓檢測裝置(STC89C52+BMP180實現(xiàn))

一、前言

本項目設(shè)計一個大氣氣壓檢測裝置，該裝置以單片機為基礎(chǔ)，采用STC89C52作為核心控制芯片，結(jié)合BMP180模塊作為氣壓傳感器。大氣氣壓，也就是由氣體重力在大氣層中產(chǎn)生的壓力，其變化與天氣預(yù)報、氣象觀測以及高度測量等方面密切相關(guān)。

在這個設(shè)計中，STC89C52作為主控芯片，其強大的功能和廣泛的應(yīng)用，特別是豐富的外設(shè)資源和穩(wěn)定可靠的性能，使得它能夠與BMP180模塊通信，從而獲取精確的大氣氣壓數(shù)據(jù)。

BMP180模塊是一種高精度、低功耗的數(shù)字式氣壓傳感器，可以測量大氣壓強，也能通過計算得到氣溫和海拔高度等信息。它將這些信息傳輸給STC89C52主控芯片，進行后續(xù)處理和顯示。

為了使用戶更直觀地讀取大氣氣壓信息，這個設(shè)計采用了LCD1602顯示器來實時顯示氣壓數(shù)據(jù)。LCD1602是一種常見的字符型液晶顯示器，可以文本形式展示信息。通過適當?shù)某绦蛟O(shè)計，我們可以將BMP180模塊獲取的大氣氣壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為人類可讀的字符，并實時在LCD1602上顯示。

這個大氣氣壓檢測裝置結(jié)合了STC89C52主控芯片和BMP180氣壓傳感器模塊，實現(xiàn)了對大氣氣壓的精確檢測，并通過LCD1602顯示器以清晰易讀的方式展示結(jié)果。這個裝置可以在氣象觀測、環(huán)境監(jiān)測和高度測量等領(lǐng)域應(yīng)用。

二、項目設(shè)計過程

2.1 硬件設(shè)計思路

（1）主控芯片選擇：本項目選擇STC89C52作為主控芯片。STC89C52是一款功能強大且廣泛使用的單片機，具有豐富的外設(shè)資源和穩(wěn)定可靠的性能。

（2）氣壓傳感器選擇：選用BMP180模塊作為氣壓傳感器。BMP180是一種高精度、低功耗的數(shù)字式氣壓傳感器。它能夠測量大氣壓強，并通過相關(guān)算法計算出氣溫和海拔高度等信息。

（3）顯示模塊選擇：采用LCD1602顯示器作為顯示模塊。LCD1602是一種常用的字符型液晶顯示器，能夠以文本形式顯示信息。通過適當?shù)某绦蛟O(shè)計，將測量得到的大氣氣壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可讀的字符，并顯示在LCD1602上。

（4）連接方式：將BMP180模塊與STC89C52單片機通過I2C總線連接。I2C總線是一種串行通信協(xié)議，適合連接多個從設(shè)備。通過I2C總線，STC89C52能夠與BMP180模塊進行數(shù)據(jù)交互。

2.2 軟件設(shè)計思路

（1）硬件初始化：在軟件開頭進行硬件的初始化工作，包括串口初始化、I2C總線初始化和LCD1602顯示器初始化。

（2）I2C通信控制：編寫相應(yīng)的函數(shù)來實現(xiàn)與BMP180模塊之間的I2C通信。通過讀取模塊的寄存器，獲取氣壓、溫度等原始數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)換為可用的數(shù)據(jù)格式。

（3）數(shù)據(jù)處理與顯示：對讀取到的氣壓數(shù)據(jù)進行處理，如單位轉(zhuǎn)換，計算出精確的大氣壓強值。同時，根據(jù)需要，可以通過BMP180模塊提供的算法計算氣溫、海拔高度等信息。將處理后的數(shù)據(jù)以字符形式顯示在LCD1602上。

（4）循環(huán)運行：在主程序中設(shè)置一個循環(huán)，使系統(tǒng)能夠?qū)崟r更新氣壓值，并將其顯示在LCD1602上?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)置采樣率和刷新頻率。

2.3 硬件模塊與單片機連接

（1）將BMP180模塊的引腳連接到STC89C52單片機的相應(yīng)IO口：

在這個連接方式中，選擇了STC89C52單片機的P2口作為I2C總線的引腳。也可以根據(jù)自己的需要和硬件設(shè)計來選擇其他IO口作為I2C總線的引腳。

連接后，需要在軟件中初始化I2C總線，并使用相應(yīng)的I2C通信函數(shù)與BMP180模塊進行數(shù)據(jù)交互。

（2）將LCD1602模塊的引腳連接到STC89C52單片機的相應(yīng)IO口：

在這個連接方式中，選擇了STC89C52單片機的P3口作為LCD1602的控制引腳。也可以根據(jù)自己的需要和硬件設(shè)計來選擇其他IO口作為LCD1602的控制引腳。連接后，需要在軟件中初始化LCD1602，并使用相應(yīng)的函數(shù)在LCD上顯示數(shù)據(jù)。

三、BMP180 模塊介紹

BMP180 模塊是一種集成式數(shù)字大氣壓力傳感器模塊，由Bosch Sensortec 公司生產(chǎn)。它基于微電機系統(tǒng)（MEMS）技術(shù)，能夠測量大氣壓力和溫度，提供高精度的氣壓和溫度測量功能。

以下是 BMP180 模塊的主要特點和功能：

（1）氣壓測量：BMP180 可以測量大氣壓力，并提供絕對壓力、相對壓力和海拔高度等數(shù)據(jù)。它支持廣泛的壓力測量范圍，通常為 300 hPa 至 1100 hPa。這使得它適用于氣象監(jiān)測、高度測量、天氣預(yù)報和氣壓趨勢分析等應(yīng)用。

（2）溫度測量：BMP180 還具有溫度測量功能，可以提供環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。這對于需要考慮溫度變化對壓力測量的影響的應(yīng)用非常重要。

（3）高精度測量：BMP180 模塊提供高精度的壓力和溫度測量。它使用24位的ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）進行測量，并提供高分辨率的數(shù)據(jù)輸出。這使得它能夠提供準確的大氣壓力和溫度數(shù)據(jù)。

（4）數(shù)字輸出接口：BMP180 通過I2C接口與主控制器通信。這種數(shù)字接口使得與微控制器、單片機或其他數(shù)字設(shè)備的集成變得簡單。

（5）低功耗：BMP180 設(shè)計為低功耗模式，可以在低功耗下運行。它具有多種省電模式，可根據(jù)應(yīng)用需求進行配置，以延長電池壽命。

（6）自動補償和校準：BMP180 模塊具有自動溫度補償和校準功能，以提高測量的準確性和穩(wěn)定性。它可以根據(jù)環(huán)境條件自動調(diào)整并校準傳感器輸出，以減少溫度和其他因素對測量結(jié)果的影響。

（7）應(yīng)用領(lǐng)域：BMP180 模塊適用于許多應(yīng)用領(lǐng)域，如氣象測量、高度計、室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)、氣壓計算設(shè)備等。它在無人機、天氣站、汽車導(dǎo)航和氣象預(yù)報等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

BMP180 是一種功能強大的集成數(shù)字大氣壓力傳感器模塊，具有高精度測量、低功耗和數(shù)字接口等特點，適用于多種大氣壓力和溫度測量應(yīng)用。

四、項目代碼設(shè)計

#include <reg52.h>
#include <intrins.h>

#define LCD_RS P3_4   // LCD1602 RS引腳連接的單片機IO口
#define LCD_E P3_5    // LCD1602 E引腳連接的單片機IO口
#define BMP180_ADDR 0xEE   // BMP180的I2C地址

// 函數(shù)聲明
void delay(unsigned int count);
void I2C_Start();
void I2C_Stop();
void I2C_SendByte(unsigned char dat);
unsigned char I2C_ReceiveByte();
void LCD_Init();
void LCD_WriteCmd(unsigned char cmd);
void LCD_WriteData(unsigned char dat);
void LCD_DisplayString(unsigned char row, unsigned char col, unsigned char *str);
void BMP180_Init();
int BMP180_ReadPressure();
float BMP180_CalculateTemperature(int ut);

// 主函數(shù)
void main() {
    unsigned char str[16];  // 存儲字符串的數(shù)組
    int pressure;           // 讀取到的氣壓值
    float temperature;      // 計算得到的溫度值
    
    LCD_Init();             // 初始化LCD1602
    BMP180_Init();          // 初始化BMP180
    
    while (1) {
        pressure = BMP180_ReadPressure();                  // 讀取氣壓數(shù)據(jù)
        temperature = BMP180_CalculateTemperature(123);    // 計算溫度（示例數(shù)值）
        
        // 將氣壓和溫度轉(zhuǎn)換為字符串
        sprintf(str, "Pressure: %d", pressure);
        LCD_DisplayString(0, 0, str);
        
        sprintf(str, "Temperature: %.1f", temperature);
        LCD_DisplayString(1, 0, str);
        
        delay(1000);    // 延時1秒
    }
}

// 延時函數(shù)
void delay(unsigned int count) {
    while (count--) {
        _nop_();
        _nop_();
    }
}

// I2C起始信號
void I2C_Start() {
    SDA = 1;
    delay(1);
    SCL = 1;
    delay(1);
    SDA = 0;
    delay(1);
    SCL = 0;
    delay(1);
}

// I2C停止信號
void I2C_Stop() {
    SDA = 0;
    delay(1);
    SCL = 1;
    delay(1);
    SDA = 1;
    delay(1);
}

// I2C發(fā)送一個字節(jié)
void I2C_SendByte(unsigned char dat) {
    unsigned char i;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        SDA = (dat & 0x80) >> 7;
        dat <<= 1;
        delay(1);
        SCL = 1;
        delay(1);
        SCL = 0;
        delay(1);
    }
    SDA = 1;
    delay(1);
    SCL = 1;
    delay(1);
    SCL = 0;
    delay(1);
}

// I2C接收一個字節(jié)
unsigned char I2C_ReceiveByte() {
    unsigned char i, dat = 0;
    SDA = 1;
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        dat <<= 1;
        SCL = 1;
        delay(1);
        dat |= SDA;
        SCL = 0;
        delay(1);
    }
    return dat;
}

// LCD1602初始化
void LCD_Init() {
    delay(15000);
    LCD_WriteCmd(0x38); // 8位數(shù)據(jù)接口，2行顯示，5x7字符
    LCD_WriteCmd(0x0C); // 顯示開，光標不顯示
    LCD_WriteCmd(0x06); // 入口模式，不移動光標
    LCD_WriteCmd(0x01); // 清屏
    delay(2000);
}

// 向LCD1602寫入命令
void LCD_WriteCmd(unsigned char cmd) {
    LCD_RS = 0;
    _nop_();
    LCD_E = 1;
    _nop_();
    P0 = cmd;
    _nop_();
    LCD_E = 0;
    _nop_();
}

// 向LCD1602寫入數(shù)據(jù)
void LCD_WriteData(unsigned char dat) {
    LCD_RS = 1;
    _nop_();
    LCD_E = 1;
    _nop_();
    P0 = dat;
    _nop_();
    LCD_E = 0;
    _nop_();
}

// 在LCD1602上顯示字符串
void LCD_DisplayString(unsigned char row, unsigned char col, unsigned char *str) {
    unsigned char i = 0;
    if (row == 0) {
        LCD_WriteCmd(0x80 + col);    // 第一行
    } else {
        LCD_WriteCmd(0xC0 + col);    // 第二行
    }
    while (str[i] != '?') {
        LCD_WriteData(str[i]);
        i++;
    }
}

// BMP180初始化
void BMP180_Init() {
    // 初始化代碼
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(BMP180_ADDR);
    I2C_SendByte(0xF4);    // 控制寄存器地址
    I2C_SendByte(0x2E);    // 氣壓轉(zhuǎn)換命令
    I2C_Stop();
    delay(10000);
}

// 讀取氣壓數(shù)據(jù)
int BMP180_ReadPressure() {
    unsigned char msb, lsb, xlsb;
    int pressure;
    
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(BMP180_ADDR);
    I2C_SendByte(0xF6);    // 數(shù)據(jù)寄存器地址
    I2C_Stop();
    
    I2C_Start();
    I2C_SendByte(BMP180_ADDR | 1);   // 讀模式
    msb = I2C_ReceiveByte();
    I2C_SendByte(ACK);       // 發(fā)送應(yīng)答位
    lsb = I2C_ReceiveByte();
    I2C_SendByte(ACK);       // 發(fā)送應(yīng)答位
    xlsb = I2C_ReceiveByte();
    I2C_SendByte(NO_ACK);    // 發(fā)送非應(yīng)答位
    I2C_Stop();
    
    pressure = (msb << 16) | (lsb << 8) | xlsb;
    return pressure;
}

// 計算溫度
float BMP180_CalculateTemperature(int ut) {
    long x1, x2, temp;
    float temperature;
    
    x1 = ((ut - AC6) * AC5) >> 15;
    x2 = (MC << 11) / (x1 + MD);
    temp = x1 + x2;
    temperature = ((temp + 8) >> 4) / 10.0;
    return temperature;
}

五、總結(jié)

文章中介紹了基于STC89C52單片機和BMP180傳感器的大氣氣壓檢測裝置，并利用LCD1602顯示器展示了氣壓信息。通過這個項目，實現(xiàn)了以下功能：初始化設(shè)置、氣壓數(shù)據(jù)讀取、溫度計算、顯示功能以及實時更新。這些功能的結(jié)合使得我們能夠準確地監(jiān)測和顯示大氣壓力的變化。通過這個項目，了解到BMP180傳感器可以提供準確的氣壓和溫度數(shù)據(jù)，并且通過一系列計算和校準實現(xiàn)了真實溫度值的計算。