气压计LPS28DFW开发(2)----水压检测

概述

本文将介绍如何使用 LPS28DFW 传感器来读取的压强数据，来估算水下深度，可以利用液体静压的原理。
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气压计LPS28DFW开发(2)----水压检测

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水压计算

对于水平地面的固体对地面产生的压强，由于压力大小等于重力，计算固体压力时一般都会先计算压力后计算压强，所以 F=G 在固体中经常用到，但同时我们又要明确知道压力与重力的不同。对于液体计算公式的由来，同一深度朝各个方向都有压强且相等；密度相同时，深度越深压强越大；深度相同
时，密度越大压强越大。这只是定性的关系，对于定量关系则是建立了一个规则形状的液柱，设想
液柱下方平面的压强就是该位置的液体压强大小。如下图所示，液柱对平面的压力等于液柱所受
的重力，借助于公式的变形 F=G=mg=ρVg=ρgSh ，从而推出 P=F/S=ρgh 。由于液体同一深度朝各个方向都有压强且相等，所以这个公式就可以普遍计算同一深度其他位置的液体压强大小。
其中：
● P 是液体的压力（即气压计测得的压力值），
● ρ 是液体的密度（通常在20°C下水密度为1000 kg/m³）
● g 是重力加速度（通常取9.8 m/s²），
● h 是液体的深度。

设置速率和分辨率

对于 LPS28DFW 气压传感器，CTRL_REG1（10h）和 CTRL_REG2（11h）的主要设置如下：
CTRL_REG1（10h）
● ODR[3:0]：输出数据速率选择。默认值：0000。具体的配置值见数据表 19。
● AVG[2:0]：平均值选择。默认值：000。具体的配置值见数据表 20。
CTRL_REG2（11h）
● BOOT：重新启动内存内容。默认值：0（0：正常模式；1：重新启动内存内容）。
● FS_MODE：全量程选择。默认值：0（0：模式1，全量程高达1260 hPa；1：模式2，全量程高达4060 hPa）。
● LFPF_CFG：低通滤波器配置。默认值：0（0：ODR/4；1：ODR/9）。
● EN_LPFP：启用压力数据上的低通滤波器。默认值：0（0：禁用；1：启用）。
● BDU：块数据更新。默认值：0（0：连续更新；1：直到读取了 MSB 和 LSB 之前，输出寄存器不更新）。
● SWRESET：软件复位。默认值：0（0：正常模式；1：软件复位）。复位完成时位自动清零。
● ONESHOT：启用一次性模式。默认值：0（0：空闲模式；1：获取新的数据集）。

设置输出数据速率 (md.odr = LPS28DFW_1Hz)：将输出数据速率设置为每秒 1 次（1Hz）。较低的数据速率通常可以减少噪声，从而提高测量的准确性。
设置平均值 (md.avg = LPS28DFW_512_AVG)：选择 512 次平均。这意味着传感器将获取 512 个样本并计算它们的平均值作为最终输出。平均更多的样本可以显著减少随机噪声，从而提高数据的稳定性和准确性。
设置低通滤波器 (md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_9)：低通滤波器设置为 ODR/9，这将进一步平滑输出数据，消除高频噪声。
设置全量程 (md.fs = LPS28DFW_1260hPa)：选择全量程为 1260hPa。这种较低的全量程可能更适合于测量较小的压力变化，进一步提高测量精度。
应用这些设置 (lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md))：最后，这些配置通过 lps28dfw_mode_set 函数应用于传感器。
这样的设置组合有助于提高 LPS28DFW 传感器的精度，特别是通过降低噪声和增加测量稳定性。这些设置对于需要高精度测量的应用场景特别有用。

  /* Set Output Data Rate */
  md.odr = LPS28DFW_1Hz;
  md.avg = LPS28DFW_512_AVG;
  md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_9;
  md.fs = LPS28DFW_1260hPa;
  lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md);

轮询读取数据

水下每增加一定深度，水的压力就会增加。这个增加的压力与水的深度成正比。公式中减去的 气压值 是为了将传感器读数调整为相对于大气压的压力。这是因为传感器测得的是绝对压力，包括了大气压在内。
公式中的密度和重力加速度用的是标准单位（千克每立方米和米每平方秒），而压强用的是百帕。因此，计算出的水深是以米为单位的。最后，为了将结果以更易读的形式（厘米）展示，乘以了 100*100。

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {	
  /* Read output only if new values are available */
    lps28dfw_all_sources_get(&dev_ctx, &all_sources);
    if ( all_sources.drdy_pres | all_sources.drdy_temp ) {
      lps28dfw_data_get(&dev_ctx, &md, &data);
			if(i==0)
			{
				open_h	=data.pressure.hpa;
				printf("初始化压强:%6.2fhPa,温度:%6.2f\r\n",open_h,data.heat.deg_c);
				i++;
			}
			else
			{
				float h;
				h=(data.pressure.hpa-open_h)/(1000*9.8);//水深=压强/(水密度*重力加速度)
				//1百帕 (hPa)= 100 Pa = 1 mbar1千帕 (kPa)= 1000 Pa = 10 hPa
				printf("压强:%6.2fhPa,水深:%6.2f cm,温度:%6.2f\r\n",data.pressure.hpa,h*100*100,data.heat.deg_c);
			}
    }			
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
  }
  /* USER CODE END 3 */

测试结果

10cm测试情况如下。

15cm测试情况如下。

20cm测试情况如下。

25cm测试情况如下。