飞控开发--气压计MS5611

作者: 叶子的背叛 | 来源:发表于2016-03-21 00:33 被阅读0次

ms5611简介：

官方给出的最大分辨率：10cm

工作电压： 1.8v ~ 3.6v

气压 AD 精度：24位

工作环境：－40 ~ +85°C，10 ~ 1200mbar(毫巴＝百帕)

通讯接口： I2C/SPI (PS:1 - I2C ; PS:0 - SPI)

焊接条件： <250°C < 40秒

开发环境：

开发板： stm32F4discovery

气压计模块：GY-63(ms5611)

开发工具：window7 ＋ MDK(Keil5.1)

程序依赖模块： I2C／SPI 驱动 (此处使用的i2c通讯接口)

MS5611接口及相应寄存器定义－drv_ms5611.h

#include "stdbool.h"
#include <math.h>

// MS5611, Standard address 0x77
#define MS5611_ADDR             0x77

#define CMD_RESET               0x1E // ADC reset command
#define CMD_ADC_READ            0x00 // ADC read command
#define CMD_ADC_CONV            0x40 // ADC conversion command
#define CMD_ADC_D1              0x00 // ADC D1 conversion
#define CMD_ADC_D2              0x10 // ADC D2 conversion
#define CMD_ADC_256             0x00 // ADC OSR=256
#define CMD_ADC_512             0x02 // ADC OSR=512
#define CMD_ADC_1024            0x04 // ADC OSR=1024
#define CMD_ADC_2048            0x06 // ADC OSR=2048
#define CMD_ADC_4096            0x08 // ADC OSR=4096
#define CMD_PROM_RD             0xA0 // Prom read command

#define PROM_NB                 8

#define MS5611_OSR_4096_CONV_DELAY       8220   // 8.22ms
#define MS5611_OSR_2018_CONV_DELAY       4130   // 4.13ms
#define MS5611_OSR_1024_CONV_DELAY       2080   
#define MS5611_OSR_512_CONV_DELAY        1060   
#define MS5611_OSR_256_CONV_DELAY        540    

bool ms5611Init(void);  

void ms5611_start_ut(void);
void ms5611_get_ut(void);
void ms5611_start_up(void);
void ms5611_get_up(void);
void ms5611_calculate(int32_t *pressure, int32_t *temperature);

float getEstimatedAltitude(int32_t baroPressure);

ms5611 i2c 地址定义，由芯片管脚 CSB 决定.111011Cx,其中C为CSB引脚的补码值(取反).
ms5611_addr

TIP: 本案例中i2c地址 0x77 并没有把i2c 的读写标志位包括，所以在I2C 读写代码实现时务必手动左移。

ms5611 官方手册寄存器地址说明：

ms5611reg

ms5611 代码实现－ drv_ms5611.c

#include "drv_system.h"
#include "drv_i2c.h"
#include "drv_ms5611.h"
static uint32_t ms5611_ut;  // static result of temperature measurement


static uint32_t ms5611_up;  // static result of pressure measurement
static uint16_t ms5611_c[PROM_NB];  // on-chip ROM
//static uint8_t ms5611_osr = CMD_ADC_4096;

#define PA_OFFSET_INIT_NUM 50   

static float Alt_offset_Pa=0; 
double paOffsetNum = 0; 
uint16_t  paInitCnt=0;
uint8_t paOffsetInited=0;

static uint16_t ms5611_prom(int8_t coef_num);  
static void ms5611_reset(void);
static uint32_t ms5611_read_adc(void);
static int8_t ms5611_crc(uint16_t *prom);

bool ms5611Init(void)

{

    bool ack = false;
    uint8_t sig;
    int i;

    delayMs(10); // No idea how long the chip takes to power-up, but let's make it 10ms
    ack = i2cRead(MS5611_ADDR, CMD_PROM_RD, 1, &sig);
    if (!ack)
        return false;

    ms5611_reset();
    // read all coefficients
    for (i = 0; i < PROM_NB; i++)
        ms5611_c[i] = ms5611_prom(i);

    if(ms5611_crc(ms5611_prom) != 0)
        return false;

return true;
}



static void ms5611_reset(void)
{
    i2cWrite(MS5611_ADDR, CMD_RESET, 1);
    delayMs(10);
}


/*
* 读取 ms5611 出厂校准数据
*/
static uint16_t ms5611_prom(int8_t coef_num)
{
    uint8_t rxbuf[2] = { 0, 0 };

    i2cRead(MS5611_ADDR, CMD_PROM_RD + coef_num * 2, 2, rxbuf); // send PROM READ command

return rxbuf[0] << 8 | rxbuf[1];

}


/*
* 读取 ms5611 采集的 温度/气压(24bit)
*/

static uint32_t ms5611_read_adc(void)
{
    uint8_t rxbuf[3];

    i2cRead(MS5611_ADDR, CMD_ADC_READ, 3, rxbuf); // read ADC

return (rxbuf[0] << 16) | (rxbuf[1] << 8) | rxbuf[2];

}

 /*
 * 开始采集温度.
 */
 void ms5611_start_ut(void)
{
    i2cWrite(MS5611_ADDR, CMD_ADC_CONV + CMD_ADC_D2 + CMD_ADC_4096, 1); // D2 (temperature) conversion start!
}

 

 /*
  * 读取出 MS5611 采集的温度AD值
  */
 void ms5611_get_ut(void)
{
    ms5611_ut = ms5611_read_adc();
}

 /*
  * 开始采集气压.
  */
 void ms5611_start_up(void)
{
    i2cWrite(MS5611_ADDR, CMD_ADC_CONV + CMD_ADC_D1 + CMD_ADC_4096, 1); // D1 (pressure) conversion start!
}

 /*
  * 读取出 MS5611 采集的气压AD值
  */
void ms5611_get_up(void)
{
    ms5611_up = ms5611_read_adc();
}

/*
 * 读取的气压&温度AD值转换为实际值并作温度补偿(温度精度:0.01℃，气压精度:0.01mbar)
 */
void ms5611_calculate(int32_t *pressure, int32_t *temperature)
{
    uint32_t press;
    int64_t temp;
    int64_t delt;

    int32_t dT = (int64_t)ms5611_ut - ((uint64_t)ms5611_c[5] * 256);
    int64_t off = ((int64_t)ms5611_c[2] << 16) + (((int64_t)ms5611_c[4] * dT) >> 7);
    int64_t sens = ((int64_t)ms5611_c[1] << 15) + (((int64_t)ms5611_c[3] * dT) >> 8);
    temp = 2000 + ((dT * (int64_t)ms5611_c[6]) >> 23);

    if (temp < 2000) { // temperature lower than 20degC
        delt = temp - 2000;
        delt = 5 * delt * delt;
        off -= delt >> 1;
        sens -= delt >> 2;

        if (temp < -1500) { // temperature lower than -15degC
            delt = temp + 1500;
            delt = delt * delt;
            off -= 7 * delt;
            sens -= (11 * delt) >> 1;
        }
    }

    press = ((((int64_t)ms5611_up * sens) >> 21) - off) >> 15;

    if (pressure)
        *pressure = press;
    if (temperature)
        *temperature = temp;
}



/*
 * ms5611 prom 数据 校验
 */
static int8_t ms5611_crc(uint16_t *prom)
{
    int32_t i, j;
    uint32_t res = 0;
    uint8_t zero = 1;
    uint8_t crc = prom[7] & 0xF;
    prom[7] &= 0xFF00;

    // if eeprom is all zeros, we're probably fucked - BUT this will return valid CRC lol
    for (i = 0; i < 8; i++) {
        if (prom[i] != 0)
            zero = 0;
    }

    if (zero)
        return -1;

    for (i = 0; i < 16; i++) {
        if (i & 1)
            res ^= ((prom[i >> 1]) & 0x00FF);
        else
            res ^= (prom[i >> 1] >> 8);
        for (j = 8; j > 0; j--) {
            if (res & 0x8000)
                res ^= 0x1800;
            res <<= 1;
        }
    }

    prom[7] |= crc;

    if (crc == ((res >> 12) & 0xF))
        return 0;

return -1;
}

/*
 * 气压解算为高度值(cm)
 */
float getEstimatedAltitude(int32_t baroPressure)
{
    static float Altitude;

    if(Alt_offset_Pa == 0){ 
        if(paInitCnt > PA_OFFSET_INIT_NUM){
            Alt_offset_Pa = paOffsetNum / paInitCnt;
            paOffsetInited=1;
        }else
        paOffsetNum += baroPressure;  
        paInitCnt++; 
        Altitude = 0; 
return Altitude;

    }

    Altitude = 4433000.0f * (1 - powf((((float) baroPressure) / Alt_offset_Pa), 0.190295f));

return Altitude; 
}

由于气压受温度影响，所以需要进行温度补偿。void ms5611_calculate(int32_t *pressure, int32_t *temperature)

温度计算公式：

实际和参考温度之间的差异:
<div style = "text-align:center;">
{% katex [displayMode] %}
dT = D2 - T_{REF} = D2 - C5*2^{8}
{% endkatex %}
</div>

实际温度(-40...85°C / 0.01°C的分辨率):
<div style = "text-align:center;">
{% katex [displayMode] %}
TEMP = 20 + dTTEMPSENS = 2000 + dTC6/2^{23}
{% endkatex %}
</div>

温度补偿下气压计算公式：

实际温度抵消：
<div style = "text-align:center;">
{% katex [displayMode] %}
OFF = OFF_{T1} + TCOdT = C22^{16} + (C4*dT) / 2^{7}
{% endkatex %}
</div>

实际温度灵敏度 :
<div style = "text-align:center;">
{% katex [displayMode] %}
SENS = SENS_{T1} + TCSdT = C12^{15} + (C3*dT) / 2^{8}
{% endkatex %}
</div>

温度补偿后得到的气压值：（10 ～ 1200mbar／ 0.001mbar分辨率）
<div style = "text-align:center;">
{% katex [displayMode] %}
P = D1SENS - OFF = (D1SENS / 2^{21}) / 2^{15}
{% endkatex %}
</div>

Tip: C1 C2 .. 等值都来自芯片内置的 PROM 数据，在初始化代码时读取

ms5611_prom

**Tip: 并且由于此芯片在大于20°C下比较准，低于20°C气压误差骤增，所以还必须做二阶温度补偿 **

ms5611_second_order

气压值到高度的解算 float getEstimatedAltitude(int32_t baroPressure)
气压转换高度公式为：
<div style = "text-align:center;">

$$Altitude = 4 433 000 * [1 - (\frac{p}{p_{0}})^{\frac{1}{5.255}}]$$

</div>

tip: Altitude 为高度(cm)； P 为温度补偿后的气压值； {% katex [displayMode] %}P_{0} {% endkatex %}标准大气压(101 325 Pa)或者基准气压。

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