How to Use Barometric Pressure Sensors on the Arduino - Ultimate Guide to the Arduino #39

Summary

In diesem Video wird erklärt, wie man den BMP-180 Drucksensor mit einem Arduino verwendet, um atmosphärischen Druck und Temperatur zu messen. Der Sensor, der über I2C kommuniziert, kann Luftdruck und Temperatur ermitteln, was nützlich ist, um das Wetter vorherzusagen oder Höhenmessungen durchzuführen. Es wird gezeigt, wie man den Sensor anschließt, die SparkFun-Bibliothek nutzt und die Daten im seriellen Monitor anzeigt. Zusätzlich wird besprochen, wie Druckmessungen durch Höhenkorrekturen angepasst werden können, um verlässliche Vergleiche mit anderen Wetterstationen zu ermöglichen.

Takeaways

• 📡 Der BMP-180 ist ein barometrischer Drucksensor, der Luftdruck und Temperatur misst und hauptsächlich für Wetterstationen verwendet wird.
• 📊 Barometrischer Druck ist der atmosphärische Druck, der durch die Masse der Luft auf der Erdoberfläche verursacht wird.
• ⛰️ Der Druck verändert sich mit der Höhe – in den Bergen gibt es weniger Luftmasse und daher weniger Druck.
• 🌞 Ein steigender Luftdruck deutet auf sonniges, warmes Wetter hin, während ein fallender Druck auf kühles, windiges oder regnerisches Wetter hindeutet.
• 🔧 Der BMP-180-Sensor kommuniziert über I2C und kann an 3,3V oder 5V angeschlossen werden, da er einen Spannungsregler und einen I2C-Pegelwandler besitzt.
• 🌡️ Der Sensor misst auch die Temperatur, um den Luftdruck genauer zu berechnen, da kalte Luft dichter ist und mehr Druck ausübt als warme Luft.
• 🛠️ Der SparkFun BMP-180 Code berechnet den Druck und die Temperatur und zeigt diese in Hektopascal (hPa) und Grad Celsius (°C) an.
• ⏳ Die Genauigkeit des Sensors kann durch Oversampling verbessert werden, wodurch die Messzeit jedoch erhöht wird.
• 📐 Mit dem BMP-180 können Höhenmessungen durchgeführt werden, indem der Luftdruck als Basis verwendet wird.
• 📱 Die Druckwerte müssen möglicherweise für den Meeresspiegel kompensiert werden, um vergleichbare Messungen zu erhalten, was über eine Bibliothek leicht möglich ist.

Q & A

Was ist ein barometrischer Drucksensor und wofür wird er verwendet?

Ein barometrischer Drucksensor misst den atmosphärischen Druck, der für Wettervorhersagen und Höhenmessungen verwendet wird.

Was misst der BMP-180 Sensor außer dem Luftdruck?

Der BMP-180 misst auch die Temperatur, da diese den Luftdruck beeinflusst.

Warum muss die Temperatur bei der Druckmessung berücksichtigt werden?

Temperatur beeinflusst die Dichte der Luft, und somit den Druck. Kalte Luft ist dichter und erzeugt mehr Druck, während warme Luft weniger Druck ausübt.

Wie wird der BMP-180 Sensor mit einem Arduino verbunden?

Der BMP-180 wird über die I2C-Schnittstelle mit dem Arduino verbunden, wobei SDA an A4 und SCL an A5 angeschlossen werden. VCC kann an 3,3 V oder 5 V angeschlossen werden.

Was bedeutet 'Übersampling' und wie beeinflusst es die Messgenauigkeit des BMP-180?

Übersampling bezieht sich auf die Anzahl der Proben, die der Sensor zur Berechnung des Drucks verwendet. Höheres Übersampling führt zu präziseren, aber langsameren Messungen.

Wie kann man den Druck auf Meereshöhe anpassen?

Man kann den Druckwert um einen festgelegten Betrag korrigieren, um die Auswirkungen der Höhe zu eliminieren. Dies wird mit der 'sea level'-Funktion der SparkFun-Bibliothek durchgeführt.

Welche Einheit verwendet der BMP-180 zur Ausgabe des Drucks und warum?

Der BMP-180 gibt den Druck in Hektopascal (hPa) aus, da dies eine praktischere Einheit ist als der sehr kleine Pascal.

Wie lange dauert es, bis der BMP-180 den Temperaturwert zurückgibt?

Der BMP-180 benötigt etwa 4,5 Millisekunden, um eine Temperaturmessung durchzuführen.

Wie wirkt sich die Höhe auf den gemessenen Luftdruck aus?

Mit steigender Höhe gibt es weniger Luftmasse über dem Sensor, was zu einem geringeren Luftdruck führt. Umgekehrt nimmt der Druck bei geringerer Höhe zu.

Was passiert, wenn der BMP-180-Sensor erfolgreich initialisiert wird?

Wenn der Sensor erfolgreich initialisiert wird, gibt die 'begin'-Funktion einen Wert ungleich Null zurück, was anzeigt, dass die Kalibrierungskoeffizienten des Sensors korrekt geladen wurden.

Outlines

00:00

🧑‍🔬 Einführung in den BMP-180 Barometrischen Drucksensor

In diesem Abschnitt wird erklärt, wie der BMP-180 Sensor verwendet wird, um atmosphärischen Druck mit einem Arduino zu messen. Der BMP-180 ist ein piezo-resistiver Sensor, der über I2C mit dem Arduino kommuniziert und Luftdruck sowie Temperatur messen kann. Der atmosphärische Druck kann zur Wettervorhersage und Höhenmessung genutzt werden.

05:01

🌧️ Zusammenhang zwischen Luftdruck und Wetter

Dieser Abschnitt beschreibt, wie Veränderungen im Luftdruck Wetterphänomene vorhersagen können. Ein fallender Luftdruck deutet oft auf kühles, windiges oder regnerisches Wetter hin, während steigender Luftdruck auf warmes und sonniges Wetter hinweist. Dies geschieht durch das Steigen oder Fallen von Luftmassen, was den atmosphärischen Druck auf der Erdoberfläche beeinflusst.

10:02

📊 Programmierung des Arduino zur Messung von Druck und Temperatur

In diesem Teil wird die Programmierung des Arduino erklärt, um Druck- und Temperaturmessungen mit dem BMP-180 durchzuführen. Es wird der Ablauf beschrieben, wie der Sensor initialisiert, die Temperatur gemessen und anschließend der Druck anhand der Temperaturwerte korrekt berechnet wird. Verschiedene Oversampling-Raten werden vorgestellt, die die Genauigkeit und Geschwindigkeit der Messungen beeinflussen.

15:02

🏔️ Höhenkompensation für präzisere Druckmessungen

Hier wird erläutert, wie man die gemessenen Luftdruckwerte an die Meereshöhe anpasst, um genaue barometrische Druckwerte zu erhalten. Da der Luftdruck mit der Höhe variiert, müssen die Messungen kompensiert werden, um sie mit Wetterdaten aus anderen Quellen vergleichbar zu machen. Dies erfolgt durch eine Funktion, die den Druckwert auf den Wert am Meeresspiegel korrigiert.

Keywords

💡Barometrischer Druck

Barometrischer Druck, auch als atmosphärischer Druck bezeichnet, ist die Kraft, die die Luft auf die Erdoberfläche ausübt. Dieser Druck kann zur Wettervorhersage und Höhenmessung genutzt werden. Im Video wird der BMP-180-Sensor verwendet, um den barometrischen Druck zu messen, um Änderungen im Wetter oder in der Höhe zu bestimmen.

💡BMP-180 Sensor

Der BMP-180 ist ein barometrischer Drucksensor, der von Bosch hergestellt wird und zur Messung von Luftdruck und Temperatur verwendet wird. Dieser Sensor kommuniziert mit dem Arduino über den I2C-Bus. Im Video wird gezeigt, wie dieser Sensor verwendet wird, um barometrischen Druck und Temperatur zu messen.

💡Arduino

Arduino ist eine Open-Source-Elektronikplattform, die leicht zu programmieren und für viele DIY-Projekte geeignet ist. Im Video wird der Arduino verwendet, um Daten vom BMP-180-Sensor auszulesen und die Druck- und Temperaturwerte über den seriellen Monitor anzuzeigen.

💡I2C-Kommunikation

I2C (Inter-Integrated Circuit) ist ein serielles Kommunikationsprotokoll, das zum Datenaustausch zwischen Geräten verwendet wird. Der BMP-180-Sensor kommuniziert über I2C mit dem Arduino. Im Video wird erklärt, welche Pins auf dem Arduino verwendet werden müssen, um den Sensor korrekt anzuschließen.

💡Kalibrierung

Kalibrierung bezieht sich auf die Anpassung des Sensors, um genaue Messwerte zu erhalten. Im Video wird die Kalibrierung durch die begin-Funktion des BMP-180 durchgeführt, die die notwendigen Kalibrierkoeffizienten vom Sensor herunterlädt, um die Druck- und Temperaturmessungen anzupassen.

💡Temperaturmessung

Die Temperaturmessung ist ein wichtiger Teil des Druckmessprozesses, da die Temperatur die Dichte von Gasen beeinflusst und somit auch den Luftdruck. Im Video wird der BMP-180-Sensor verwendet, um die Temperatur zu messen, um die Druckwerte genauer zu machen.

💡Höhenmessung

Die Höhenmessung ist eine Anwendung des barometrischen Drucks, bei der der Druck verwendet wird, um die Höhe über dem Meeresspiegel zu bestimmen. Im Video wird erklärt, dass der BMP-180-Sensor verwendet werden kann, um basierend auf dem Druck die Höhe zu berechnen.

💡Überabtastung

Überabtastung (Oversampling) ist eine Methode, um die Genauigkeit einer Messung zu erhöhen, indem mehrere Proben genommen werden. Der BMP-180 bietet vier Stufen der Überabtastung, die die Präzision der Druckmessung beeinflussen. Höhere Überabtastungsraten bieten genauere Messungen, benötigen aber mehr Zeit.

💡SparkFun-Bibliothek

Die SparkFun-Bibliothek ist eine spezielle Softwarebibliothek, die entwickelt wurde, um die Kommunikation mit dem BMP-180-Sensor zu vereinfachen. Sie enthält Funktionen zur Anpassung der Messwerte an Temperaturänderungen und zur Berechnung der Höhe. Im Video wird diese Bibliothek verwendet, um die Programmierung des Arduino zu erleichtern.

💡Serieller Monitor

Der serielle Monitor ist ein Werkzeug innerhalb der Arduino-Software, das zur Anzeige von Daten, die vom Arduino gesendet werden, verwendet wird. Im Video wird der serielle Monitor verwendet, um die vom BMP-180 gemessenen Druck- und Temperaturwerte in Echtzeit anzuzeigen.

Highlights

Introduction to the BMP-180 barometric pressure sensor and its uses with Arduino.

Barometric pressure, also known as atmospheric pressure, is used in weather prediction and altitude measurement.

The BMP-180 sensor, made by Bosch, is a piezoresistive sensor that measures air pressure and temperature.

The BMP-180 sensor communicates with Arduino over I2C, using SDA and SCL pins.

Explanation of atmospheric pressure and its effects on weather and altitude.

Description of how barometric pressure is measured and its units (hectopascals and Pascals).

Temperature measurements are crucial for accurate pressure readings as temperature affects air density.

Details on how the BMP-180 library adjusts pressure readings for temperature changes.

Explanation of how atmospheric pressure changes with altitude and its importance.

Description of how weather influences barometric pressure and its use in weather prediction.

Step-by-step guide on setting up the BMP-180 sensor with Arduino and taking measurements.

Introduction to the SparkFun BMP-180 library for handling calculations and reading adjustments.

Demonstration of how to connect the BMP-180 sensor to the Arduino and start taking pressure and temperature readings.

Explanation of how to compensate pressure readings for altitude to compare with standard sea level readings.

Teaser for the next video on using the BMP-180 for altitude calculation based on atmospheric pressure.

Transcripts

foreign

[Music]

we're going to learn how to use the

bmp-180 parametric pressure sensor with

the Arduino

parametric pressure sensors are standard

equipment in professional and DIY

weather stations

barometric pressure is another term for

atmospheric pressure

atmospheric pressure

is a natural force that can be used to

predict weather and even measure

altitude

in the next video we'll see how to use

the BMP 180 to measure altitude

but in this video we'll find out what

atmospheric pressure is then look at a

sketch that prints the pressure and

temperature measurements to the serial

monitor

the bmp1ab sensor I'm going to use is a

breakout board from Adafruit

the sensor itself is a bmp-180 made by

Bosch

the bmp-180 has five pins

it communicates with the Arduino over

i2c

so it has SDA and scl pins

here's the ground pin

and this is the VCC pin

it says three volts but this breakout

has a voltage regulator and an i2c level

shifter

so you can connect it to 5 volts too

pin adjust the operating voltage of the

sensor so it can be used in low voltage

projects

the bmp180 is a pzo resistive sensor

PCO resistive sensors are a type of

transducer where a physical force causes

a change in resistance of the sensor

element

in the bmp-180 that forces air pressure

the bmp-180 can measure any form of air

pressure

like the pressure inside a sealed

container

but it's mainly used to measure

barometric pressure

barometric pressure is caused by the

weight of the atmosphere pressing down

on the Earth's surface

imagine a one inch by one inch column of

air from the surface of the Earth to the

top of the atmosphere

all gases have mass including the air in

the atmosphere

and due to gravity this massive air

exerts a pressure on the Earth's surface

at the Earth's surface this one inch by

one inch column of air weighs 14.7

pounds

a common unit of pressure measurement is

the atmosphere or ATM

One ATM is defined as 14.7 pounds per

square inch

the SI unit of pressure is the Pascal

but one pascal is very small

it's about the pressure that a single

piece of paper exerts on a table top

so for more practical usage we usually

use the hectopascal which equals 100

pascals

the bmp-180 outputs pressure readings in

hectopascals

but you can convert it to any other unit

of pressure

the bmp-180 also measures temperature

since temperature affects the density of

gases like air

it also affects the pressure exerted by

that massive air

colder temperatures cause air to become

more dense so it weighs more and exerts

more pressure

warmer temperatures make the air less

dense

so it weighs less and exerts less

pressure

we can use the temperature measurements

to make the pressure readings more

accurate

actually this will be done by the

library we're going to use

atmospheric pressure also changes with

altitude

if you're up in the mountains there's

less air above you

and less air mass to create pressure

if you're at sea level there's more air

above you

which creates more atmospheric pressure

we'll look at altitude effects on

atmospheric pressure in the next video

but for now let's look at something else

that can influence atmospheric pressure

the weather

for hundreds of years barometers have

been used to predict the weather

usually a rising barometric pressure

means that warm sunny weather is coming

a following barometric pressure usually

means that cool windy or rainy weather

is coming

a following barometric pressure is

caused by a massive air rising from the

Earth's surface

the vacuum created by the rising air

mass forms a low pressure area on the

surface

as the air mass gets higher in altitude

it cools down and compresses

water vapor in the air forming rain

clouds

it usually brings wind too because the

surrounding air on the surface flows

into the low pressure area

a rising barometric pressure is caused

by a massive air in the upper atmosphere

falling to the Earth

the weight of the falling Mass presses

down on the surface increasing the air

pressure below it

the air mass gets warmer and expands as

it gets closer to the surface

this warm expanding air is usually low

in humidity which prevents cloud

formations

Rising barometric pressures usually

indicate that warm sunny weather is

coming

okay now let's set up the BMP 180 on the

Arduino and take some measurements

the bmp-180 uses i2c to communicate with

the Arduino

the Arduino Uno has the SDA pin at

Analog pin A4

and the scl pin at Analog pin A5

other arduinos have the i2c pins in

different locations

so be sure to check that before

connecting it

all you have to do is connect SDA to SDA

scl to scl

ground to ground

and VCC to either 5 volts or 3.3 volts

connecting it to 5 volts here

okay now for the library

SparkFun has a great library for the

bmp-180 called sfe bmp180

this library takes care of all the math

needed to adjust the pressure readings

for changes in temperature

it also has functions that calculate

altitude

you can download the library from GitHub

at this link

once you get that installed you're ready

to start programming

foreign

this sketch is going to Output the

barometric pressure and temperature to

the serial monitor

now as with all projects that use i2c we

need to include the built-in wire

Library

then we need to include the bmp-180

library with hash include

sfe underscore bmp180.h

next we create a BMP 180 object from the

sfe bmp-180 class

this will let us access all the

functions in the library

in the setup section we first initialize

the serial monitor

then we initialize the bmp-180 with the

begin function

the begin function downloads some

calibration coefficients from the sensor

that are needed for the pressure and

temperature calculations

it returns a non-zero value

which gets stored in a Boolean variable

called success

to check that the initialization was

successful we use an if statement with

the success variable as the condition

so if the sensor successfully

initializes and the begin function

Returns the non-zero value

the condition inside here will be true

and we enter the statement and Print

bmp180 in its success to the serial

monitor

if the initialization fails the success

variable will hold a zero value making

this false

if that's the case we won't get the

success message and we'll know something

is wrong with this sensor or the way

it's connected

in the loop section we first declare

some variables

the care variable status will hold

different values that control the flow

of the temperature and pressure

measurement process

the double variables T and P are going

to hold the temperature and pressure

values

here we set the success variable to

false

so that it doesn't have a True Value the

next time the Arduino starts up

now we start a temperature measurement

with the start temperature function

this function Returns the time in

milliseconds the Arduino needs to wait

before receiving the temperature

measurement

the sensor takes 4.5 milliseconds to

measure the temperature

perform the calculations

and return our reading

so we can't get the temperature reading

right away

now we enter into a series of nested if

statements that make sure that we read

the sensor values in the right order and

at the right time

if the start temperature function

successfully notifies the sensor to

start a temperature measurement

the status variable will hold the

non-zero value

that will make this condition true

so the program will enter the first if

statement

we only need to wait 4.5 milliseconds

before the temperature reading is ready

but we're going to wait a full second to

slow down the output and make it easier

to read

so we delay 1000 milliseconds here

now we can receive the temperature value

to do that we use the get temperature

function

this function gets the temperature

reading from the sensor and passes it to

the argument here

in this case the argument is the

variable t

so the temperature reading will be

stored in the T variable

but the function itself returns a 1 if

the temperature reading is successfully

received

and a zero if it's not

and that value will be stored in status

if the temperature reading was

successfully received the value of

status will be 1.

making the condition inside the next if

statement true

this makes sure we get a valid

temperature reading before we start the

pressure measurement

then we start a pressure measurement

with the start pressure function

the argument of the function sets the

oversampling rate of the sensor

oversampling sets how precise the

bmp-180's pressure measurements are

the value can be 0 1 2 or 3.

a zero sets it at the lowest resolution

and a 3 sets it at the highest

resolution

lower resolution means the sensor takes

fewer samples

so the measurement is performed faster

but it's also less accurate

a higher resolution means it takes more

samples

which takes longer but the reading is

more accurate

the start pressure function Returns the

number of milliseconds we need to wait

before receiving the pressure value

so if the measurement was started

successfully

status will hold a non-zero value and

the program will enter the next if

statement

the time we need to wait before

receiving the pressure measurement

depends on how your oversampling is set

if your oversampling is set to the

highest setting three

you have to wait about 26 milliseconds

but if it's set to the lower setting

zero you only need to wait about five

milliseconds

we can use the delay function with

status as an argument

to delay the exact number of

milliseconds we need to wait until the

pressure measurement is ready to read

after that we can receive the pressure

values with the get pressure function

the get pressure function takes two

arguments p and t

the temperature value measured earlier

is stored in t

which is passed to the function to

perform the pressure calculations

the result of the pressure calculation

is stored in the P variable

the get pressure function returns a 1 if

the pressure measurement was

successfully received from the sensor

and a zero if not

so if the pressure measurement was

successfully received

status will contain a 1. and the

condition of the next if statement will

be true

inside the next if statement we print

the TMP variables to the serial monitor

first we print the word pressure equals

with a space

then we print the P variable on the same

line

the pressure measurements are in

hectopascals

so after that we print HPA with the

serial print line to end the line

now we do the same thing with the

temperature

I print the word temperature

then the T variable

then serial print line a c since the

temperature measurement is in Celsius

okay let's upload this and check it out

I have my BMP 180 connected to my

Arduino

you can see the pressure and temperature

measurements starting to come through

it's pretty amazing how sensitive the

sensor is when I lift the sensor up you

can see the pressure measurement go down

and when I lower the sensor the pressure

measurement goes up

that makes sense since lifting the

sensor higher puts less air mass above

it and results in a lower atmospheric

pressure

lowering it puts more air mass above it

so the pressure gets higher

the pressure reading here is the

barometric pressure at my current

altitude

we saw earlier that the barometric

pressure is affected by altitude

this will be fine if all you want to do

is measure changes in pressure

but if you're building a weather station

you'll probably want to compare the

reading from the bmp-180 to pressure

readings reported by different news and

weather channels

but those readings might have been taken

from a different altitude than yours

so we need to adjust the pressure

reading to remove the effects of

altitude

to do that we can add a fixed amount of

pressure to our readings to make it seem

like the measurement was taken at sea

level

all weather stations do this to make the

barometric pressure readings from

stations at different altitudes

comparable

that way you'll know a low pressure

reading at one station was caused by the

weather and not due to a tire altitude

the SparkFun library has a function that

makes this easy

we only have to make a few changes to

the original sketch

first we declare an INT variable called

altitude

this will hold the altitude of your

current location in meters

if you don't know your altitude you can

look it up online or use an app on your

phone

the rest of the sketch Remains the Same

except for the last if statement

the SparkFun library has a function

called sea level

that outputs an altitude compensated

pressure reading

it takes two parameters

the pressure variable and the altitude

variable

I'm going to store the result in a local

float variable called comp for

compensated

now instead of printing the

uncompensated pressure variable p

we print the comp variable

and that's it

I won't demonstrate this sketch because

my altitude is only 5 meters above sea

level so it doesn't make a big

difference

but if you live at a higher elevation

it's definitely going to have an effect

in fact a difference in altitude of only

8 meters changes the barometric pressure

by one hectopascal

in the next video we're going to see how

to use the bmp180s atmospheric pressure

measurements to calculate your altitude

[Music]

the three in one smart car and iot

learning kit from Sun founder is a

Hands-On all included Electronics kit

that is perfect for anyone who wants to

learn how to master the Arduino

the kit comes with an Arduino 22

different sensors and modules

breadboards jumper wires and everything

else you need to build a bunch of fun

and interesting projects

learn about robotics by building a

remote controlled smart car that can be

controlled with an infrared remote

controller

or drive on its own and avoid obstacles

or fall on the line

learn about the internet of things with

a project that lets you monitor the

temperature humidity and light level of

a room from an app on your smartphone

[Music]

and build a plant monitor that tracks

the temperature humidity light intensity

and soil moisture

displays it on your smartphone so you

can keep your plants water remotely

it's a super cool kit and I have lots of

fun building all the projects in it so

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