【雕爷学编程】Arduino动手做（27）---BMP280温湿度气压传感器模块2_gy-bmp 280

37款传感器与模块的提法，在网络上广泛流传，其实Arduino能够兼容的传感器模块肯定是不止37种的。鉴于本人手头积累了一些传感器和执行器模块，依照实践出真知（一定要动手做）的理念，以学习和交流为目的，这里准备逐一动手试试多做实验，不管成功与否，都会记录下来——小小的进步或是搞不掂的问题，希望能够抛砖引玉。

【Arduino】168种传感器模块系列实验（资料代码+仿真编程+图形编程）
实验二十七：AHT20+BMP280温湿度气压模块 高精度数字型温湿度大气压强传感器

知识点：气压、海拔和温度
一、气压（air pressure）
1、气压的国际单位制是帕斯卡（或简称帕，符号是Pa），泛指是气体对某一点施加的流体静力压强，来源是大气层中空气的重力，即为单位面积上的大气压力。在一般气象学中人们用千帕斯卡（KPa）、或使用百帕（hPa）作为单位。测量气压的仪器叫气压表。其它的常用单位分别是：巴（bar，1 bar=100,000帕）和厘米水银柱（或称厘米汞柱）。在海平面的平均气压约为101.325千帕斯卡（76厘米水银柱），这个值也被称为标准大气压。另外，在化学计算中，气压的国际单位是“atm”。一个标准大气压即是1 atm。1个标准大气压等于101325帕、1013.25百帕和1.01325巴，或者76厘米水银柱高，也就是1033.6公克重/平方厘米。

在地球上，其来源是大气层中空气的重力，一般正常的空气压力1 kg/cm2。在高处之上的大气层比较小，那里的空气重力比低处要小，因此在高处的气压比在低处要低。比如在高山上气压比在海平面上要低。人们使用气压指利用受压气体传递能量来做功，利用气压作动力，简单的说就是使用压缩空气经由气压来作气压缸、气压电动机的动力来源等。

2、大气压力及其量度
由马德堡半球实验发现，并由意大利科学家埃万杰利斯塔·托里切利（1608-1647）于1643年第一次成功测量。1643年托里切利倒置一满贮水银的长玻璃管，使其开口向下没入水银池中，发现不论玻璃管是否直立，管内水银柱的垂直高度，皆比管外高出76厘米，这就是一个大气压的概略值。原理是因为大气压力挤向水银池，玻璃管内则是真空，故大气压力就等于管内较池内高出的水银重量。

海拔3000米以内，大气压会随着高度的提升而下降，其关系为每提高12米，大气压下降1mm-Hg（1毫米水银柱），或者每上升9米，大气压就会降低100Pa。在水压的压力度量上，有时亦会以大气压力为度量单位，往水下每深入约10米即增加1个大气压，例如在水深50米处，就有将近6个大气压（1大气压+5大气压)。

3、大气压强的简称，是作用在单位面积上的大气压力，即等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱的重量。气压大小与高度、温度等条件有关。一般随高度增大而减小。在水平方向上，大气压的差异引起空气的流动。表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。国际上统一规定用"百帕"作为气压单位。经过换算： 一个标准大气压=1013百帕（毫巴）。 深圳市的年平均气压为1009.8百帕。标准大气压，表示气压的单位，习惯上常用水银柱高度。例如，一个标准大气压等于760毫米高的水银柱的重量，它相当于一平方厘米面积上承受1.0336公斤重的大气压力。由于各国所用的重量和长度单位不同，因而气压单位也不统一，这不便于对全球的气压进行比较分析。因此，国际上统一规定用"百帕"作为气压单位。
经过换算：
一个标准大气压=1.013×105帕
1个标准大气压=760mm水银(汞柱）柱高

4、气压对人体健康的影响
概括起来分为生理的和心理的两个方面。低气压对人体生理的影响主要是影响人体内氧气的供应。由于人体特别是脑缺氧，还会出现头晕、头痛、恶心、呕吐和无力等症状，神经系统也会发生障碍，甚至会发生肺水肿和昏迷，这就是通常说的"高山反应”。

在高气压的环境中，肌体各组织逐渐被氮饱和（一般在高压下工作5—6小时后，人体就被氮饱和），当人体重新回到标准大气压时，体内过剩的氮便随呼气排出，但这个过程比较缓慢，如果从高压环境突然回到标准气压环境，则脂肪中蓄积的氮就可能有一部分停留在肌体内，并膨胀形成小的气泡，阻滞血液和组织，易形成气栓而引发病症，严重者会危及人的生命。

气压变化对人体健康的影响，更多表现在高压或低压所代表的环流天气形势的生成、消失或移动方面。在低压环流形势下，大多为阴雨天气，风的变化比较明显；而在高压环流形势下，多为晴天，天气比较稳定。在高压控制下，空气干燥，天晴风小，夜间的辐射冷却容易形成贴地逆温层，尘埃、真菌类、花粉、孢子等过敏源，容易在近地层停滞，从而诱发喘病的发作。

同时，气压的变化还会影响人的心理变化，使人产生压抑、郁闷的情绪。例如，低气压下的雨雪天气，尤其是夏季雷雨前的高温高湿天气（此时气压较低），心肺功能不好的人会异常难受，正常人也有一种抑郁不适之感。而这种憋气和压抑，又会使人的植物神经趋向紧张，释放肾上腺素，引起血压上升、心跳加快、呼吸急促等；同时，皮质醇被分解出来，引起胃酸分泌增多、血管易发生梗塞、血糖值也可能急升。有学者对每月气压最低时段与死亡高峰进行了对比研究，结果发现89%的死亡高峰都出现在最低气压的时段内。

二、海拔（altitude）
1、对应英语术语还可翻译为高度或深度，这个术语的定义基于了所用语境（航空，几何，地理考察，体育，大气压力，等等）。作为一般性定义，高度就是一个点或物体与一个参考基准面之间通常在垂直或“向上”方向的距离测量。在“向下”方向的垂直距离测量一般称为深度。这个参考基准面通常是根据语境而变化的。这个术语最常用于一个位置距离海平面的高度，通常以平均海平面做标准来计算为平均海拔；在地理学中，更偏好对此使用术语相对高度（英语：elevation）。

2、地理学意义上的海拔是指地面某个地点或者地理事物高出或者低于海平面的垂直距离，是海拔高度的简称。它与相对高度相对，计算海拔的参考基点是确认一个共同认可的海平面进行测算。这个海平面相当于标尺中的0刻度。因此，海拔高度又称之为绝对高度或者绝对高程。而相对高度是两点之间相比较产生的海拔高度之差。但海面潮起潮落，大浪小浪不停，可以说没有一刻风平浪静的时候，而且每月每日涨潮与落潮的海面高度也是有明显差别的。因此，人们就想到只能用一个确定的平均海水面来作为海拔的起算面。海拔也就定义为高出或者低于平均海水面的高度。这就是通常人们所说的高程或绝对高程。由于地球内部质量的不均一，地球表面各点的重力线方向并非都指向球心一点。这样就使处处和重力线方向相垂直的大地水准面，形成一个不规则的曲面。因而世界各国有各自确立的平均海平面，即大地水准面。

3、不同的海域的海平面高度是不一样的，如巴拿马运河的太平洋侧海平面比大西洋侧海平面高20厘米。
（1）中国大陆：海拔采用青岛港验潮站的长期观测资料推算出的黄海平均海面作为基准面（零高程面）。
（2）香港：以香港主水平基准为测量基准点。
（3）台湾：以国立海洋科技博物馆旁设置“台湾水准原点”作为测量基准点。
（4）日本：以东京湾的平均海面作为基准，实际测量的基准点位于东京都千代田区旧参谋本部陆地测量部/国会前庭的“日本水平原点高”。
（5）英国：1915年5月至1921年4月英国西南岸康沃尔郡纽林的平均海面“Ordnance Datum Newlyn”
（6）荷兰：阿姆斯特丹的平均海面“Normaal Amsterdams Peil”

三、温度（temperature）
1、温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。国际单位为热力学温标（K）。国际上用得较多的其他温标有华氏温标（°F）、摄氏温标（°C）和国际实用温标。

从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均动能的标志。温度是大量分子热运动的集体表现，含有统计意义。对于个别分子来说，温度是没有意义的。根据某个可观察现象（如水银柱的膨胀），按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。

2、根据某个可观察现象（如水银柱的膨胀），按照几种任意标度之一所测得的冷热程度。温度是物体内分子间平动动能的一种表现形式。分子运动愈快，即温度愈高，物体愈热；分子运动愈慢，即温度愈低，物体愈冷。从分子运动论观点看，温度是物体分子运动平均动能的标志，温度是分子热运动的集体表现，含有统计意义。

温度高到一定程度把空气中的氧气物质燃烧化为火焰传递热可导致物质融化融解高到极致便毁灭物质（质量）能量一切；温度低到一定程度便可以与水或空气或身体（血液）中的水分凝固成冰传递冷，冰冻可导致物质碎裂，冷到极致可碎裂物质质量能量一切危及生命的都可以改变物体的移动（运动）速度。对于真空而言，温度就表现为环境温度，是物体在该真空环境下，物体内分子间平均动能的一种表现形式。物体在不同热源辐射下的不同真空里，物体的温度是不同的，这一现象为真空环境温度。比如，物体在离太阳较近的太空中，温度较高；物体在离太阳较远的太空中，反之，温度较低。这是太阳辐射对太空环境温度的影响。

3、三种温标
（1）开尔文单位
以绝对零度作为计算起点的温度。即将水三相点的温度准确定义为273.16K后所得到的温度，过去也曾称为绝对温度。开尔文温度常用符号K表示，其单位为开尔文，定义为水三相点温度的1/273.16。开尔文温度和人们习惯使用的摄氏温度相差一个常数273.15，即=+273.15（是摄氏温度的符号）。

例如，用摄氏温度表示的水三相点温度为0.01℃，而用开尔文温度表示则为273.16K。开尔文温度与摄氏温度的区别只是计算温度的起点不同，即零点不同，彼此相差一个常数，可以相互换算。这两者之间的区别不能够与热力学温度和国际实用温标温度之间的区别相混淆，后两者间的区别是定义上的差别。热力学温度可以表示成开尔文温度；同样，国际实用温标温度也可以表示成开尔文温度。当然，它们也都可以表示成摄氏温度。所以1℃=274.15K，0℃=273.15K。

（2）华氏温标
华氏度（Fahrenheit）和摄氏度（Centigrade）都是用来计量温度的单位。包括中国在内的世界上很多国家都使用摄氏度，美国和其他一些英语国家使用华氏度而较少使用摄氏度。

它是以其发明者Gabriel D. Fahrenheit（1681—1736）命名的，其结冰点是32°F，沸点为211.9532°F。1714年德国人法勒海特（Fahrenheit）以水银为测温介质，制成玻璃水银温度计，选取氯化铵和冰水的混合物的温度为温度计的零度，人体温度为温度计的100度，把水银温度计从0度到100度按水银的体积膨胀距离分成100份，每一份为1华氏度，记作“1℉”。包括我国在内的世界上绝大多数国家都使用摄氏度；世界上仅有5个国家使用华氏度，包括巴哈马、伯利兹、英属开曼群岛、帕劳、美利坚合众国及其他附属领土（波多黎各、关岛、美属维京群岛）。

（3）摄氏温标
它的发明者是Anders Celsius（1701—1744），其结冰点是0℃，沸点为99.974℃。1740年瑞典人摄氏（Celsius）提出在标准大气压下，把冰水混合物的温度规定为0度，水的沸腾温度规定为99.974度。

根据水这两个固定温度点来对玻璃水银温度计进行分度。两点间作100等分，每一份称为1摄氏度。记作1℃。摄氏温度已被纳入国际单位制。物理学中摄氏温度表示为t，绝对温度（单位：开尔文）表示为T，摄氏温度的定义是t=T-273.15。摄氏度是表示摄氏温度时代替开尔文的一个专门名称，在数值上1K=1℃。

知识点：BMP280芯片和BMP280大气压强传感器模块
一、BMP280芯片
1、博世Sensortec - BMP280 是一种专为移动应用设计的绝对气压传感器。该传感器模块采用极其紧凑的封装。得益于小尺寸和低功耗特性，这种器件可用在如移动电话、GPS 模块或手表等电池供电型设备中。

与上代产品相同，BMP180、BMP280 也基于Bosch 成熟的压阻式压力传感器技术，具有高确度和线性度，以及长期稳定性和很高的 EMC 稳健性。多种设备工作选择带来了最高灵活性，可以在功耗、分辨率和滤波性能方面对设备进行优化。

2、BMP280是博世最新推出的数字气压传感器，具有卓越的性能和低廉的价格，相对精度为±0.12 hPa（相当于±1米），传感器功耗仅有2.7μA。BMP280具有业界最小封装，采用极其紧凑的8引脚金属盖LGA封装，占位面积仅为2.0×2.5mm2，封装高度为0.95 mm。包括有压力和温度测量功能。

该气压传感器支持SPI和IIC通信接口，相比上一代的BMP180，精度已有相当大的提升，非常适合应用于低成本的多旋翼飞行器飞行控制器上，价格仅有目前流行的MS5611的四分之一。传感器模块它的小尺寸和2.74μA@ 1Hz的低功耗允许在电池驱动的设备中实现。门内导航，医疗保健以及GPS改进的新兴应用需要高相对精度和低TCO。

3、 BMP280内部功能框图

4、BMP280技术规格
（1）气压工作范围 300 hPa 至 1100 hPa（海拔9000米~-500米）
（2）工作温度范围 -40°C 至 +85°C
（3）相对的绝对精度 ±0.12 hPa（典型值）
（4）平均测量时间 5.5 ms
（5）工作电压 VDD 1.71 V 至 3.6 V
（6）电源电压 VDDIO 1.2 V 至 3.6 V
（7）I2C 和串行外设接口 （SPI）
（8）平均电流消耗典型值（1Hz数据刷新率）：2.74μA（超低功耗模式）；睡眠模式下的平均电流消耗：0.1μA
（9）封装规格 2.0 mm x 2.5 mm x 0.95 mm，8 引脚 LGA，全金属封装

5、BMP280非常适用于地板水平检测等应用，因为传感器具有±0.12 hPa的优异相对精度，相当于±1m高度差，偏移温度系数（TCO）仅为1.5 Pa / K（相当于12.6厘米/ K）。作为广泛实施的BMP180的继承者，BMP280最初在2011年开始大量使用手机中的气压测量，BMP280在所有需要精确压力测量的应用中实现了高性能。同时，BMP280具有更高的应用灵活性，新的滤波器模式和SPI接口，而且相对于BMP180，占位面积缩小了63％。

6、应用范围
（1）GPS 导航增强（例如改进初次定位时间、航位推算、斜率检测）
（2）室内导航（室内检测、电梯检测）
（3）户外导航，休闲和运动应用
（4）天气预报
（5）健康保健应用（如肺活量测定）
（6）垂直速度指示（如上升/下沉速度）

二、BMP280高精度大气压强传感器模块
1、是个低功耗数字复合传感器，它可以测量环境温度和大气压强。气压敏感元件是一个低噪高精度高分辨率绝对大气压力压电式感应元件；温度感测元件具有低噪高分辨率特性，温度值可以对气压进行温度补偿自校正。通过配置采样率寄存器，可以设置敏感元件的采样率。非常适合空间有限的移动设备，如智能是手机、平板电脑、智能手表和可穿戴设备、天气预报、垂直速度指示、飞控设备、室内室外导航、智能家居装置。

BMP280气压传感器是专为移动应用。它的小尺寸和低功耗允许用在电池供电的移动电话等设置，GPS模组或手表。 BMP280应用领域如天气预报、海拔高度测量、室内导航、健身和体育运动等。数字气压传感器BMP280可提供卓越的性能，相对精度为±0 12 hPa（相当于±1米），且包括压力和温度测量功能传感器，功耗仅有2.7μA。

2、模块规格
型号：GY-BMP280-3.3
使用芯片：BMP280
供电电源：3v
通信方式：标准IIC/SPI通信协议
气压范围： 300- 1100hPa
采用沉金PCB, 机器焊接工艺保证质量
引脚间距:2.54mm

3、模块电原理图

4、模块引脚
Pin1：Vcc：这是电源引脚。在此引脚上连接 3.3V 直流电源。
Pin2：GND：接地引脚
Pin3：SCL：这是I2C接口的串行时钟引脚。
Pin4：SDA：这是 I2C 接口的串行数据引脚。
Pin5：CSB：片选引脚选择I2C或SPI接口。它在提供低信号或接地时选择 SPI 接口。在施加 3.3V 的 HIGH 信号时，该引脚将选择 I2C 接口。
Pin6：SDO：它是串行数据输出引脚，发出输出值。

BMP280大气压强传感器模块的实验环境
一、BMP280大气压强传感器模块实验所需硬件清单

TM1637四位数码管X1
0.96寸OLED液晶屏X1
Arduino Uno开发板 X1
杜邦线 若干（备了9条）
高电平触发有源蜂鸣器模块X1
BMP280大气压强传感器模块X2
LED发光二极管（绿、蓝色）X2
IIC/I2C 1602 LCD液晶屏模块X1
高电平触发单路5V继电器模块X1
Proto Shield原型扩展板（带mini面包板）X1

二、传感器模块实验所需软件平台

代码编程 Arduino IDE （版本1.8.19）
仿真编程 Linkboy （版本V4.6.3）
图形编程 Mind+ （版本 V1.7.0 RC2.0）
以及编玩边学（线上平台https://ide.codepku.com/?type=Arduino）