居家实验：为phyphox插上压强计的翅膀(一)

居家实验：为phyphox插上压强计的翅膀(一)

零. 背景说明

使用phyphox已经有一段时间了，它里面带了一个气压计实验，但是是灰色的，即使你点击它，它也只会提示这个实验不可用。据说有气压计的手机，要么是旗舰机，要么是商务机，据说华为Mate上面就有，可是P系列上面就没有。苹果不了解。一个封闭的系统以安全自居，但是可玩性、开放性和所带来的创造的热情与火花就差得远了。

phyphox团队队长塞巴斯蒂安(我记不住那人名字)好多个宣传视频里都有phyphox结合气压计的实验，这里使用常用常见的GY68-BMP180气压传感器在phyphox体外嫁接一个气压计——当然，研究BMP180并不是为了phyphox，而是打算琢磨一下热学实验。

这个记录，是没有规划的。写哪算哪，只是整理。整理的原因，一方面BMP180有好几款封装，而且有的已经不再受到官方支持，有的会在网上由微弱的力量支持着一些Arduino扩展库，甚至还能看到51的、STM32的扩展库——因为是开源的，所以用起来并不容易。这里整理的，都是我亲自试验过的，要保证它们能用。此外，看起来简单的东西，往往并不简单，整理下来，可备未来自己用，亦可为他人参照之。内容只两片，一为BMP180与国际压强方程的应用，另一为蓝牙BLE与phyphox通讯。

一. BMP180与国际压强方程

1.BMP180气压传感器

BMP180气压传感是最为常用常见的气压传感器，如图1。介绍它的文章特别多，挑几个重点列在这里：压强可测范围300hPa至1100hPa(hPa百帕)，高度可测范围从海拔以下数百米至海拔9000米，分辨率可达0.03hPa(0.25米) 0.06hPa(0.5米)，这和设置模型有关。

需特别注意的是，BMP180电源为3.3V，万不可将其与Arduino 5V相接，虽然有不少文章说可以接5V，说有稳压及电平转换云云，未免于电子市场之极大丰富尚缺乏想象。

BMP180有温度输出和温度补偿功能，这在价格平易使用方便的传感器里是不多见的。

图1 BMP180的常见封装

2.测量数据

先上测量数据。从最简单的场景开始。

BMP180与Arduino连接完毕，直接测量家里室内压强和温度(7楼)：

BMP180直接放置在桌子上，压强1000.49hPa，温度26.01C。

举到一臂高处，大约上升0.5cm，压强显示1000.45hPa，温度显示26.02C。

放在桌子下方，位置下降大约1.0米，压强显示1000.62hPa，温度显示25.90C。

这确实灵敏得令人难以置信！！！

十分显然，我们可以猜测phyphox气压计实验的原理了。我们知道，国际压强方程为

其中h是海拔高度，P为当前位置大气压，为海平面大气压强，均以hPa为单位。那么，我们只要能够知道就能够让BMP180向我们汇报高度了，去哪里得到呢？当然最好的办法是到地面测量一下，另一个办法是到https://www.weatheronline.co.uk查询实时海平面气压图，如图2，这个网站有中文。

图2 海平面气压图

我整理这些文字时，我家里的气压已经变化了，大约1001.50hPa，如图3，于是

确实暴露了7楼的位置，比较符合实际。

图3 大气压强瞬息五变~~

但是这里面也有一些问题：

(1)一个是从气压分布图看，若北京海平面气压取1003hPa，那么得到的高度只有12米，这和BMP180强大的分辨率是不相符的；

(2)北京地区虽地处平原，但海拔也并非零米，大概是从地表面算起的。

(3)一个校准的方法，是把h替换成，这样从数据拟合里可以把提取出来。

3.接线图

这个小板需要自己焊排针，好在只有4根。然后按照以下的针脚对应。图省了。

BMP180> Arduino Uno

VIN > 3V3   #<------要超级小心，不能使用5V，还是要尊重DataSheet数据

GND > GND

SCL > A5

SDA > A4

4.实验图

图4 实验图

5.串口监视器

图5 串口监视器

6.计划研究

有的动了，有的还没动，有的可能已经没兴趣了。

(1)通过国际压强方程得到压强与海拔的正或逆的关系；

(2)嫁接到手机，完成著名的phyphox手机压强计电梯高度实验；

(3)可以尝试气体三定律实验，可简易完成PT关系

(4)实验测量阿伏伽德罗常数

7.技术补充

条目式列举如下。

(1)BMP180通讯方式是I2C，可以查看Arduino电路图知道它与BMP180的接线方法；

(2)部分BMP180是5针、甚至6针的，似乎是过时的产品，它们的支持库特别杂乱，且经 常与wire库冲突，尽量不用这些杂牌支持库；

(3)所有的支持库里最好的，是Sparkfun的开源支持库BMP180_Breakout_Arduino_Library；

(4)电源电压3.3V，没有保证的情况下，先别用5V。

(5)本例代码及解释，更详细的，请自行去阅读支持库源码。

#include <Wire.h>
#include <SFE_BMP180.h>

SFE_BMP180 bmp180;

void setup() {
Serial.begin(9600);
bool success = bmp180.begin();

if (success) {
Serial.println("BMP180 init success");
}
}

void loop() {

char status;
double T, P;
bool success = false;

status = bmp180.startTemperature();

if (status != 0) {
delay(1000);
status = bmp180.getTemperature(T);

if (status != 0) {
status = bmp180.startPressure(3);

if (status != 0) {
delay(status);
status = bmp180.getPressure(P, T);

if (status != 0) {
Serial.print("Pressure: ");
Serial.println(P);
Serial.println(" hPa");

Serial.print("Temperature: ");
Serial.print(T);
Serial.println(" C");
}
}
}
}
}

有了扩展库的支持，我们只需start和get去循环读数就可以了。

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