ESP32 и датчик BME280: температура, влажность и давление в Arduino IDE

Перевод статьи ESP32 with BME280 Sensor using Arduino IDE (Pressure, Temperature, Humidity) — Rui Santos & Sara Santos, Random Nerd Tutorials.

В этом руководстве подключим датчик BME280 к плате ESP32 и научимся считывать с него температуру, влажность, атмосферное давление, а заодно оценивать высоту над уровнем моря. Программировать ESP32 будем из Arduino IDE.

Знакомство с BME280#

BME280 измеряет сразу три величины — температуру, влажность и давление. Поскольку давление меняется с высотой, по нему можно грубо оценить и высоту над уровнем моря. Датчик компактный, недорогой и общается с микроконтроллером по двум интерфейсам на выбор: I2C или SPI.

Чаще всего встречаются модули с четырьмя выводами, рассчитанные только на I2C. Но бывают платы и с шестью выводами, которые поддерживают оба протокола — I2C и SPI.

Что понадобится#

• плата ESP32 (о выборе и настройке — ниже);
• датчик BME280;
• макетная плата;
• соединительные провода.

Предварительная настройка#

Чтобы прошивать ESP32 из Arduino IDE, в ней должна быть установлена поддержка плат ESP32:

• Установка платы ESP32 в Arduino IDE 2

Схема подключения — BME280 по I2C#

Проще всего работать с BME280 по I2C. У ESP32 для этого есть стандартные выводы: GPIO 22 (SCL) и GPIO 21 (SDA).

Если у вас модуль на шесть выводов (с поддержкой SPI и I2C), для работы по I2C используйте только линии тактирования и данных:

Схема подключения — BME280 по SPI#

Если вам удобнее SPI, шестивыводной модуль подключается к стандартным выводам SPI у ESP32:

Установка библиотек#

Чтобы читать показания BME280, установим библиотеки от Adafruit. Откройте в Arduino IDE Менеджер библиотек и установите:

• Adafruit BME280 — работа с датчиком;
• Adafruit Unified Sensor — зависимость, которую нужно доустановить отдельно.

Код для чтения показаний#

Следующий скетч считывает температуру, давление, влажность и приблизительную высоту и выводит их в монитор порта. По умолчанию код рассчитан на I2C — строки для SPI закомментированы, при необходимости их можно раскомментировать.

/*********
  Complete project details at https://randomnerdtutorials.com  
*********/

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_Sensor.h>
#include <Adafruit_BME280.h>

/*#include <SPI.h>
#define BME_SCK 18
#define BME_MISO 19
#define BME_MOSI 23
#define BME_CS 5*/

#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)

Adafruit_BME280 bme; // I2C
//Adafruit_BME280 bme(BME_CS); // hardware SPI
//Adafruit_BME280 bme(BME_CS, BME_MOSI, BME_MISO, BME_SCK); // software SPI

unsigned long delayTime;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Serial.println(F("BME280 test"));

  bool status;

  // default settings
  // (you can also pass in a Wire library object like &Wire2)
  status = bme.begin(0x76);  
  if (!status) {
    Serial.println("Could not find a valid BME280 sensor, check wiring!");
    while (1);
  }

  Serial.println("-- Default Test --");
  delayTime = 1000;

  Serial.println();
}


void loop() { 
  printValues();
  delay(delayTime);
}

void printValues() {
  Serial.print("Temperature = ");
  Serial.print(bme.readTemperature());
  Serial.println(" *C");
  
  // Convert temperature to Fahrenheit
  /*Serial.print("Temperature = ");
  Serial.print(1.8 * bme.readTemperature() + 32);
  Serial.println(" *F");*/
  
  Serial.print("Pressure = ");
  Serial.print(bme.readPressure() / 100.0F);
  Serial.println(" hPa");

  Serial.print("Approx. Altitude = ");
  Serial.print(bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA));
  Serial.println(" m");

  Serial.print("Humidity = ");
  Serial.print(bme.readHumidity());
  Serial.println(" %");

  Serial.println();
}

Как это работает#

Разберём ключевые места скетча.

Сначала подключаются библиотеки: Wire.h для шины I2C, а также Adafruit_Sensor.h и Adafruit_BME280.h для работы с датчиком.

Константа задаёт давление на уровне моря — оно нужно, чтобы оценить высоту:

#define SEALEVELPRESSURE_HPA (1013.25)

Затем создаётся объект bme для общения по I2C:

Adafruit_BME280 bme; // I2C

В setup() запускается монитор порта на скорости 9600 бод и инициализируется датчик. Обратите внимание на адрес 0x76 — это стандартный I2C-адрес большинства модулей BME280. Если ваш датчик не находится, попробуйте адрес 0x77:

status = bme.begin(0x76);

Само чтение показаний собрано в функции printValues():

• bme.readTemperature() — температура в градусах Цельсия;
• bme.readPressure() / 100.0F — давление в гектопаскалях (гПа); делим на 100, потому что метод возвращает значение в паскалях;
• bme.readAltitude(SEALEVELPRESSURE_HPA) — приблизительная высота над уровнем моря в метрах;
• bme.readHumidity() — относительная влажность в процентах.

В коде также есть закомментированный блок, который переводит температуру в градусы Фаренгейта:

/*Serial.print("Temperature = ");
Serial.print(1.8 * bme.readTemperature() + 32);
Serial.println(" *F");*/

Результат#

Загрузите скетч в ESP32. Затем откройте монитор порта на скорости 9600 бод и нажмите на плате кнопку RST (сброс). В окне монитора начнут появляться свежие показания температуры, давления, высоты и влажности — они обновляются раз в секунду.

Что дальше#

Теперь у вас есть базовый скетч, который читает с BME280 сразу четыре величины. На его основе удобно строить что-то большее: выводить данные на веб-страницу, вести журнал показаний на microSD-карту или собрать полноценную метеостанцию.