BME280 Environmental Sensor

BME280 Environmental Sensor

基本信息 分类： 温度 湿度 气压 传感器 品牌： Waveshare

功能简介 特性 BME280环境传感器 接口 SPI接口 I2C接口

相关产品 DHT22 Temperature-Humidity Sensor

产品概述

这是一款环境传感器，可感知环境温度、湿度和大气压强，支持I2C和SPI接口，兼容3.3V/5V电平，小尺寸，低功耗，高精度和稳定性，适用于环境监测、天气预测、海拔高度监测和物联网应用场景。

特点

• 支持I2C接口通信，可设置从机地址
• 支持SPI接口通信，默认为SPI接口，可通过I/O口设置I2C接口
• 板载电平转换电路，可兼容3.3V/5V的工作电平
• 提供完善的配套资料手册(Raspberry/Arduino/STM32示例程序和用户手册等)

产品参数

工作电压：	5V/3.3V
通信接口：	I2C/SPI
温度范围：	-40~85°C (分辨率0.01°C，误差±1°C)
湿度范围：	0~100%RH (分辨率0.008%RH，±3% RH)
压力范围：	300~1100 hPa (分辨率0.18Pa，误差±1 hPa)
产品尺寸：	27mmx20mm
过孔直径：	2.0mm

接口定义

I2C接口
功能引脚	Arduino 接口	STM32接口	RASPBERRY	描述
VCC	3.3V/5V	3.3V /5V	3.3V /5V	电源正
GND	GND	GND	GND	电源地
SDA	A4	PB7	SDA	I2C数据线
SCL	A5	PB6	SCL	I2C时钟线
ADDR	NC/GND	NC/GND	NC/GND	地址片选(默认为高电平)： 为高电平时，地址为：0x77 为低电平时，地址为：0x76
CS	NC	NC	NC	NC

---

SPI接口
功能引脚	Arduino 接口	STM32接口	RASPBERRY	描述
VCC	3.3V /5V	3.3V /5V	3.3V /5V	3.3V电源正
GND	GND	GND	GND	电源地
MOSI	D11	PA7	MOSI	SPI数据输入
SCK	D13	PA5	SCK	SPI时钟输入
MISO	D12	PA6	MISO	SPI数据输出
CS	D10	PB6	27	SPI片选，低电平有效

用于树莓派

安装必要的函数库

• 需要安装必要的函数库，否则以下的示例程序可能无法正常工作。安装方法详见：Pioneer600_Datasheets
  
• 在官网上找到对应产品，在产品资料打开下载路径，在wiki中下载示例程序：
  

• 得到解压包，解压得到如下：
  

• 将Raspberry文件夹拷至树莓派。
  

安装库

• 安装BCM2835， 打开树莓派终端，并运行一下指令

wget http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/bcm2835-1.60.tar.gz
tar zxvf bcm2835-1.60.tar.gz 
cd bcm2835-1.60/
sudo ./configure
sudo make
sudo make check
sudo make install
# 更多的可以参考官网：http://www.airspayce.com/mikem/bcm2835/

• 安装wiringPi

sudo apt-get install wiringpi
#对于树莓派4B可能需要进行升级：
cd /tmp
wget https://project-downloads.drogon.net/wiringpi-latest.deb
sudo dpkg -i wiringpi-latest.deb
gpio -v
# 运行gpio -v会出现2.52版本，如果没有出现说明安装出错

#Bullseye分支系统使用如下命令：
git clone https://github.com/WiringPi/WiringPi
cd WiringPi
./build
gpio -v
# 运行gpio -v会出现2.70版本，如果没有出现说明安装出错

前置工作及演示

前置工作

• 执行如下命令进行树莓派配置：
  

sudo raspi-config

• 选择Interfacing Options -> I2C -> yes 启动I2C内核驱动
  
• 选择Interfacing Options -> SPI -> yes启动SPI内核驱动
  
• 保存退出后，重启树莓派：
  

sudo reboot

• 重启后，运行命令查看，I2C，SPI模块是否已启动：

lsmod

• 将会有如下的打印信息：

• 如果显示i2c_bcm2835和spi_bcm2835则表示I2C，SPI模块已启动。
• 将BME280模块按照前述I2C总线接口说明连接至树莓派。
• BME280模块的默认I2C器件地址是0x77，若将ADDR接地则器件地址更变为0x76。
• 安装i2c-tools工具进行确认：

sudo apt-get install i2c-tools

• 查询已连接的I2C设备

i2cdetect -y 1

• 将会有如下打印信息：

• 若显示77则表示BME280模块成功连接至树莓派成功。
• 若将ADDR连接至GND则打印出76：

注意：以上测试确保I2C总线上没有其它地址和该器件地址重合的设备。如果以上测试成功则I2C模块加载成功，同时BME280模块成功连接至树莓派。 同时，BME280模块支持SPI驱动，可参考SPI接口说明部分将BME280连接至树莓派。

演示

• 成功将BME280模块连接至树莓派后：
• 如果采用I2C驱动：则先确定I2C器件地址，BME280模块默认I2C器件地址为0X77，若将ADDR接地(或用0欧姆电阻将焊桥连接)，则其I2C器件地址变更为0X76。
• 打开main.c文件：
• 进入到BME280-Environmental-Sensor-Demo-Code路径下：

cd BME280-Environmental-Sensor-Demo-Code

• 打开main.c文件：

vim main.c 

• 确保main.c中的USEIIC的宏定义为1，以采用I2C驱动。

• 同时检查main.c中的I2C器件地址，确保和当前BME280模块器件地址一致(默认I2C器件地址为0x77，若将ADDR接地则其器件地址为0x76)：

• 如果采用SPI驱动：则将BME280模块按照接口说明中的SPI总线接线方式进行接线，并将main.c文件中的USEIIC宏定义改为0。

• 保存并退出编辑，然后重新编译：
  

sudo make clean
sudo make

• 运行：

sudo ./bme280

• 将显示如下数据：

• 从左至右分别显示了BME280测得的温度(摄氏度)，大气压(百帕斯卡)，相对湿(%RH)。若未成功显示数据，或数据显示不正常请检查连线，通信方式，以及器件地址是否有误。

用于Arduino

• 将下载的示例程序的压缩包解压后，将Arduino文件夹下的BME280-Arduino-Library拷贝至Arduino第三方库目录下.之后重启ArduinoIDE，进入并打开文件->实例->BME280_Libreay->bme280test
• 按照接口说明中Arduino接口部分接线。
• 默认采用SPI驱动BME280模块。
• 如需采用IIC驱动BME280模块，请将bme280test.ino中的宏定义USEIIC改为1。（默认I2C器件地址为0X77）

• 如需更改I2C器件的地址为0X76，则将ADDR引脚接至GND(或用0欧姆电阻将焊桥连接)，同时将Adafruit.h中的BME280_ADDRESS器件地址改为0X76：

• 如需获取准测量的准确海拔，还需测得当地海平面的大气压，并修改SEALEVELPRESSURE_HPA宏定义：

• 在正确接线，确定通信方式以及器件地址之后，编译，下载到Arduino。
• 打开：工具 -> 串口监视器，选择波特率为115200，可得如下信息

• 其中从左至右分别显示了BME280传感器测得的温度(摄氏度)，大气压(百帕斯卡)，相对湿度(%RH)，海拔(m)。
• 若未成功显示数据，或数据显示不正常请检查连线，通信方式，以及器件地址是否有误。

用于STM32

• 将下载的示例程序的压缩包解压后，打开STM32文件夹下的STM32-STM32_BME280->USR路径下的工程文件：按照接口说明中STM32接口部分接线。默认采用I2C驱动BME280模块，默认I2C器件地址为0X77。
• 如需采用SPI驱动BME280模块，请将main.c中的宏定义USEIIC改为0：

• 如需更改I2C器件的地址为0X76，则将ADDR引脚接至GND(或用0欧姆电阻将焊桥连接),并将dev.dev_id = BME280_I2C_ADDR_SEC;注释：

• 编译，下载，本次采用的芯片是STM32F103RBT6，采用USART2输出获得的传感器数据。
• 打开串口调试助手，选择对应的COM口，设置波特率为115200，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验位，可得如下数据：

• 其中从左至右分别显示了BME280传感器测得的温度(摄氏度)，大气压(百帕斯卡)，相对湿度(%RH)。
• 若未成功显示数据，或数据显示不正常请检查连线，通信方式，以及器件地址是否有误。

代码分析

• 例程主要采用了官方(Bosch Sensortec)提供的库:https://github.com/BoschSensortec/BME280_driver

针对不同平台实现其底层函数，供上层调用。

• 采用SPI驱动BME280的初始化部分为：

struct bme280_dev dev;
int8_t rslt = BME280_OK;

/* Sensor_0 interface over SPI with native chip select line */
dev.dev_id = 0;
dev.intf = BME280_SPI_INTF;
dev.read = user_spi_read;
dev.write = user_spi_write;
dev.delay_ms = user_delay_ms;

rslt = bme280_init(&dev);

• 采用I2C驱动BME280初始化部分：

struct bme280_dev dev;
int8_t rslt = BME280_OK;

dev.dev_id = BME280_I2C_ADDR_PRIM;
dev.intf = BME280_I2C_INTF;
dev.read = user_i2c_read;
dev.write = user_i2c_write;
dev.delay_ms = user_delay_ms;

rslt = bme280_init(&dev);

• 其中bme280_dev为官方库中给定的BME280设备结构体，用于初始化以及获取数据用，需要针对不同的平台实现以下函数：

user_i2c_read()
user_i2c_write()
user_spi_read()
user_spi_write()
user_delay_ms()

• 并将该函数的函数指针传递给结构体bme280_dev。

读取BME280数据的函数为：

int8_t stream_sensor_data_forced_mode(struct bme280_dev *dev)
int8_t stream_sensor_data_normal_mode(struct bme280_dev *dev)

• 并且以上函数均调用了打印函数：

void print_sensor_data(struct bme280_data *comp_data)

• 不同平台的延时函数，I2C读，I2C写，SPI读，SPI写的实现思路为：

void user_delay_ms(uint32_t period)
{
    /*
     * Return control or wait,
     * for a period amount of milliseconds
     */
}

int8_t user_spi_read(uint8_t dev_id, uint8_t reg_addr, uint8_t *reg_data, uint16_t len)
{
    int8_t rslt = 0; /* Return 0 for Success, non-zero for failure */

    /*
     * The parameter dev_id can be used as a variable to select which Chip Select pin has
     * to be set low to activate the relevant device on the SPI bus
     */

    /*
     * Data on the bus should be like
     * |----------------+---------------------+-------------|
     * | MOSI           | MISO                | Chip Select |
     * |----------------+---------------------|-------------|
     * | (don't care)   | (don't care)        | HIGH        |
     * | (reg_addr)     | (don't care)        | LOW         |
     * | (don't care)   | (reg_data[0])       | LOW         |
     * | (....)         | (....)              | LOW         |
     * | (don't care)   | (reg_data[len - 1]) | LOW         |
     * | (don't care)   | (don't care)        | HIGH        |
     * |----------------+---------------------|-------------|
     */

    return rslt;
}

int8_t user_spi_write(uint8_t dev_id, uint8_t reg_addr, uint8_t *reg_data, uint16_t len)
{
    int8_t rslt = 0; /* Return 0 for Success, non-zero for failure */

    /*
     * The parameter dev_id can be used as a variable to select which Chip Select pin has
     * to be set low to activate the relevant device on the SPI bus
     */

    /*
     * Data on the bus should be like
     * |---------------------+--------------+-------------|
     * | MOSI                | MISO         | Chip Select |
     * |---------------------+--------------|-------------|
     * | (don't care)        | (don't care) | HIGH        |
     * | (reg_addr)          | (don't care) | LOW         |
     * | (reg_data[0])       | (don't care) | LOW         |
     * | (....)              | (....)       | LOW         |
     * | (reg_data[len - 1]) | (don't care) | LOW         |
     * | (don't care)        | (don't care) | HIGH        |
     * |---------------------+--------------|-------------|
     */

    return rslt;
}

int8_t user_i2c_read(uint8_t dev_id, uint8_t reg_addr, uint8_t *reg_data, uint16_t len)
{
    int8_t rslt = 0; /* Return 0 for Success, non-zero for failure */

    /*
     * The parameter dev_id can be used as a variable to store the I2C address of the device
     */

    /*
     * Data on the bus should be like
     * |------------+---------------------|
     * | I2C action | Data                |
     * |------------+---------------------|
     * | Start      | -                   |
     * | Write      | (reg_addr)          |
     * | Stop       | -                   |
     * | Start      | -                   |
     * | Read       | (reg_data[0])       |
     * | Read       | (....)              |
     * | Read       | (reg_data[len - 1]) |
     * | Stop       | -                   |
     * |------------+---------------------|
     */

    return rslt;
}

int8_t user_i2c_write(uint8_t dev_id, uint8_t reg_addr, uint8_t *reg_data, uint16_t len)
{
    int8_t rslt = 0; /* Return 0 for Success, non-zero for failure */

    /*
     * The parameter dev_id can be used as a variable to store the I2C address of the device
     */

    /*
     * Data on the bus should be like
     * |------------+---------------------|
     * | I2C action | Data                |
     * |------------+---------------------|
     * | Start      | -                   |
     * | Write      | (reg_addr)          |
     * | Write      | (reg_data[0])       |
     * | Write      | (....)              |
     * | Write      | (reg_data[len - 1]) |
     * | Stop       | -                   |
     * |------------+---------------------|
     */

    return rslt;
}

综上，基于官方库，针对不同平台，获取BME280数据的基本流程为：

---

• 第一步：不同平台的系统及外设初始化。
• 第二步：实现不同平台的I2C读，I2C写，SPI读，SPI写，延时函数，并将函数指针赋值给bme280_dev结构体成员变量，将该结构体指针传递给初始*化函数int8_t bme280_init(struct bme280_dev *dev)，初始化BME280设备。
• 第三步：调用int8_t stream_sensor_data_forced_mode(struct bme280_dev *dev)或

int8_t stream_sensor_data_normal_mode(struct bme280_dev *dev)函数获取BME280传感器数据并打印到上位机或控制台。

文档

• 用户手册
  
• 原理图

程序

• 示例程序

软件

• Arduino IDE
• 串口调试助手

相关资料

• BME280数据手册

FAQ

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