BMP280/BME280

[minitts]

Nem ritka, hogy az ember csak egy kis hőmérőt vagy időjárásmérőt akar rakni a polcra, aztán hamar kiderül: hőmérséklet, nyomás, páratartalom is kellene – na meg stabil működés, kis helyen. És itt jön képbe a BMP280 vagy a BME280 szenzor.

Ez a cikk egy gyakorlati segédlet azoknak, akik nem csak szenzort, hanem jól működő rendszert akarnak. A Bosch BMP280 és BME280 szenzorai egyszerűek, de nem mindegy, hogyan használod őket. Arduino UNO vagy ESP32, 3.3V vagy 5V, I²C vagy SPI – ezek mind befolyásolják a választást. Itt egy helyen összeszedtem, mikor melyik verzió a jó döntés: hogyan kerüld el a tipikus hibákat, és mit tehetsz, ha valami nem úgy működik, mint a leírásban. Mire végigolvasod, már tudni fogod, hogyan hozhatod ki a legtöbbet a saját modulodból!

Tartalomjegyzék

I²C vagy SPI és UNO vagy ESP32: Hogyan válassz hobbi környezetben?

Hőmérséklet, páratartalom, légnyomás – három alapadat, amit egy időjárás- vagy klímafigyelő rendszerben szinte mindig mérni akarunk. De hogyan válasszunk szenzort, ha kezdőként belevágunk egy ilyen projektbe?

Kezdőként sokszor azt hisszük, minden szenzor ugyanaz – aztán amikor már harmadszor is mást mér a kijelző, vagy meg sem szólal a buszon, gyanút fogunk. Vajon rossz a bekötés? Más az I²C cím? A szenzor egyáltalán tudja a páratartalmat? Ezek a kérdések gyakoriak hobbi fejlesztések során, főleg amikor Arduino UNO vagy ESP32 alappal dolgozunk, és különféle webshopos modulverziókból válogatunk.

A Bosch által gyártott BMP280 és BME280 érzékelői tökéletes belépőszintű megoldások hobbi elektronikában. Digitális jelekkel kommunikálnak, viszonylag egyszerűen programozhatók, és számos modulverzióban kaphatók, amelyek különböző tápfeszültséggel (3.3V vagy 5V), kommunikációs lehetőségekkel (I²C vagy SPI), és eltérő kivitelben készülnek. A döntés tehát nem csak azon múlik, hogy mit akarunk mérni, hanem azon is, hogy milyen mikrokontrollerrel dolgozunk, és milyen egyéb eszközök csatlakoznak a rendszerhez. Ezért is fontos, hogy alaposan megnézzük: melyik szenzor, melyik verzió és milyen csatlakozási mód a legmegfelelőbb a projekt céljainak.

Egyik nap éppen egy mini időjárás-állomást építettem a teraszra. A cél egyszerű volt: hőmérséklet, nyomás és páratartalom valós idejű mérése és kijelzése. A szenzorválasztásnál azonban hamar elakadtam. A fiókomban volt jópár BMP280 és BME280 modul: 3.3V és 5V változatban, I²C és SPI csatlakozással. Első ránézésre funkcionálisan mind ugyanúgy nézett ki, mégis: vajon melyik illik jobban egy UNO-hoz, és melyik működik gond nélkül egy ESP32-n?

Végül megszületett ez az útmutató, ami neked is segít rendet tenni. Megmutatom, mik a gyakorlati különbségek a BMP280 és BME280 között, hogyan érdemes bekötni őket, milyen kódot használj hozzájuk, és mire figyelj, ha I²C címmel, szintillesztéssel vagy egyéb feszültségszinttel van dolgod. Kiderül az is, mire figyelj, ha az I²C cím eltér a megszokottól, és mikor érdemes SPI-re váltanod I²C helyett.

Mi a különbség a BMP280 és a BME280 között?

A BMP280 és BME280 szenzorok első pillantásra szinte teljesen azonosak. Gyakran ugyanaz a GY-szériás kis panel foglalja magában mindkettőt, így külső alapján nem könnyű különbséget tenni. A lényeg viszont a belső funkciókban rejlik: a BMP280 csak hőmérsékletet és légnyomást mér, míg a BME280 képes a páratartalom pontos érzékelésére is.

Ez a különbség gyakorlatban meghatározza a szenzor alkalmazási körét:

Ha például egy magasságmérőt építesz drónhoz, vagy nyomásalapú időjárás-érzékelőt készítesz, a BMP280 tökéletesen elegendő.
Viszont ha beltéri klímamonitorozás vagy növényházi vezérlés a cél, ahol a páratartalom szabályozása is fontos, akkor mindenképp a BME280 lesz a megfelelő választás.

A két szenzor szoftveres kezelése szinte azonos – ez különösen jól jött, amikor a korábban beépített BMP280 helyett BME280-ra váltottam egy szobanövény páramonitorozó projektben. Mindkét szenzorhoz elérhető az Adafruit által kiadott Arduino-könyvtár: Adafruit_BME280 és Adafruit_BMP280. Ezek a könyvtárak egységes programozói felületet is biztosítanak, így egy projekten belül könnyű a váltás, ha később másik modult kell használnod.

Négy lila nyomtatott áramköri lap (PCB), melyeken BME280 és BMP280 szenzor modulok láthatók hőmérséklet-, páratartalom- és légnyomásméréshez, Arduino-kompatibilis kivitelben. — BME280 és BMP280 szenzorok egy lila NYÁK-on, ideális időjárás-figyelő vagy környezeti monitoring rendszerekhez Arduino használatával. De melyik a BME és melyik a BMP? Melyik az IIC és melyik az SPI?

Feszültségszintek: 3.3V vagy 5V?

Amikor BMP280 és BME280 szenzort keresgélünk, az ipari önálló eszközök mellett kifejezetten hobbi célokra készítetteket is találhatunk. Ezek a kis szenzormodulok általában tartalmaznak egy beépített feszültségszabályzó áramkört, hogy a magasabb, például 5 voltos tápfeszültséget a szenzor számára biztonságos 3.3V szintre csökkentse. Így lehetővé válik, hogy ezeket a modulokat 5V-os rendszerekben – például Arduino UNO mellett is – biztonságosan használjuk. Ez azért fontos, mert az Arduino UNO adat- és vezérlőjelei is 5V logikával működnek, tehát minden hozzá csatlakoztatott eszköznek kompatibilisnek kell lennie ezzel a jelszinttel.

Vannak azonban olyan típusok, amelyek egyszerűbb kivitelűek, nem tartalmaznak sem feszültségszabályozó LDO-t, sem szintillesztőt. Ezeket a modulokat kizárólag 3.3V-os tápfeszültséggel szabad használni. Ilyen modulokat akkor érdemes választani, ha például ESP32 mikrokontrollerrel dolgozunk. Oka, hogy ezek a rendszerek eleve 3.3V jelszinten kommunikálnak, 3.3V tápfeszültségen járnak. Egy ilyen egyszerűbb kialakítású modul közvetlen csatlakoztatása Arduino UNO-hoz szinte biztosan a szenzor végleges meghibásodását okozza!

Ha nem vagy biztos benne, milyen modullal van dolgod, nézd meg a panel feliratát vagy – ha megtalálod – az adatlapját. Például a GY-BME280 vagy GY-BMP280 típusok esetében ez általában jól látható. Ha nem egyértelmű, hogy melyikkel találkozol – inkább használd a modult 3.3V-tal – ezzel elkerülheted a hibás bekötés miatti meghibásodást.

⚠️ Fontos: Ha nem vagy biztos benne, hogy a modulon van-e szintillesztő vagy feszültségszabályozó, akkor inkább használd 3.3V-tal! Mindig ellenőrizd a panel feliratait, vagy nézd meg a termék adatlapját. Ezzel megelőzheted, hogy egyetlen rossz bekötéssel tönkretedd a szenzort.

Kommunikációs mód kiválasztása: I²C vagy SPI?

Mielőtt nekilátnánk a bekötésnek, vagy csak kézbe vennénk a szenzort, érdemes egy pillanatra elgondolkodni rajta, hogyan kommunikálhat a modul: I²C vagy SPI busz lesz a megoldás? Sőt, azt is: tud egyáltalán váltani valahogyan a két üzemmód között? És ha igen, hogyan?

Az általában elérhető BMP280 és BME280 szenzormodulok sokféle kivitelben elérhetők. Vannak például olyan típusok, mint a jól ismert GY-BME280, amelyeket gyárilag I²C kommunikációra készítettek – ez főként az 5V-os típusokra igaz. Ezeken a modulokon az SPI kommunikációhoz szükséges lábak (SDI, SDO, CSB, SCK) vagy egyáltalán nincsenek kivezetve, vagy csak nyomtatott áramköri padként jelennek meg, amelyek speciális forrasztási technikát igényelnek. Ezeket gyakran úgy ismerjük fel, hogy mindössze négy pinjük van: VCC, GND, SDA és SCL. Ezeket szoktuk nevezni „fix I²C” moduloknak (csak I²C használatára alkalmas modulok).

A másik kategória a 3.3V-os modul, amely gyakran sokkal rugalmasabb felépítésű. Ezek a panelek – például a CJMCU vagy GY-sorozat tagjai – jellemzően már minden kommunikációs lábat kivezetnek, így akár I²C, akár SPI módot is használhatsz velük. Ilyenkor érdemes egy pillantást vetni a panel hátoldalán található forraszpadokra vagy jumperhelyekre is, mert ezekkel választható ki az aktuális üzemmód. Ha például a CSB lábat GND-re kötöd, a szenzor automatikusan I²C módban indul el. Ezeket a modulokat gyakran minden csatlakozási ponttal ellátva, készre szerelt panelként hozzák forgalomba. A modul működési módját ebben az esetben a CSB és SDO lábak logikai szintje határozza meg. Ezek belső felhúzó ellenállással jellemzően VCC-re vannak húzva – azaz gyárilag SPI módban működnek.

Hogyan működik a módváltás?

A Bosch szenzor belső logikája alapján a következő szabály érvényes:

Ha CSB láb LOW (azaz GND-n van), a szenzor I²C módba kapcsol.
Ha CSB láb HIGH (azaz VCC-n van vagy nincs bekötve), SPI módba kerül.

Az SDO láb I²C módban a szenzor I²C címét határozza meg:

GND → 0x76
VCC → 0x77

Tehát ha I²C-t szeretnénk használni, legalább a CSB lábat GND-re kell húznunk. Ha egy szenzort sem látunk a buszon, valószínűleg ez a láb lebeg, és a modul SPI módban van, ahol az I²C könyvtár nem fogja elérni.

BME280/BMP280 szenzor modul bekötési diagramja I2C és SPI interfésszel, 5V és 3.3V tápellátással Arduino és mikrokontrolleres használathoz. — BME280/BMP280 bekötési variációk: IIC 5V, IIC 3.3V és SPI 3.3V mód

A belső logika és a feszültségszintek szerepe

A szenzor belsejében található csip kizárólag 3.3V-os működésre van tervezve. Azonban sok Arduino rendszer 5V-on üzemel – így felmerül a kérdés: hogyan lehet 5V-os mikrokontrollerrel biztonságosan használni ezt a modult?

A választ a modulon található LDO stabilizátor és a logikai szintillesztő áramkörök adják meg:

Az LDO (alacsony feszültségesésű stabilizátor) átalakítja az 5V-os feszültséget 3.3V-ra, amit a szenzor már biztonságosan tud használni – ez táplálja a szenzor csipet.
A szintillesztő áramkör (pl. BSS138 és ellenállásosztók) gondoskodik róla, hogy az SDA és SCL lábak 5V-os logikával is kompatibilisek legyenek.

Megjegyzés: A legtöbb 5V-kompatibilis BMP280/BME280 modul gyárilag csak SDA és SCL lábakon tartalmaz szintillesztést. Ezek az úgynevezett 4-kivezetéses I²C-only modulok, amelyeket kifejezetten 5V-os Arduino rendszerekhez terveztek. Az SPI-hez szükséges lábak (SDO, SDI, CSB, SCK) vagy egyáltalán nincsenek kivezetve, vagy csak nyomtatott áramköri padként jelennek meg – és ezeket nem lehet SPI módra konfigurálni! Ráadásul, ha mégis megpróbálnánk használni őket 5V-os jelekkel, az a 3.3V-os szenzor visszafordíthatatlanul meghibásodhat.

Ezért:

Ha Arduino UNO-t használsz, maradj I²C módban és a 4 kivezetéses modulnál– ez a biztonságos és ajánlott megoldás.
Ha ESP32-t használsz, mindkét mód és bármely modul is választható, mivel az ESP32 3.3V logikával dolgozik.

Mikor válassz I²C-t, mikor SPI-t – és miért?

I²C előnyei:

Csak két vezetéket igényel (SDA, SCL), az I²C cím alapján megkülönböztethetők az eszközök.
Kisebb huzalozási igény, ideális több szenzor egy buszra kapcsolására.
Arduino könyvtárak többsége automatikusan ezzel indul.

SPI előnyei:

Nagyobb adatsebesség – hasznos lehet gyors mérés vagy nagy frekvenciájú lekérdezés esetén.
Minden eszköz külön CSB lábat kap, így nincs I²C címütközés (nem használnak azonos I²C címet, ami adatütközést okozna).

SPI hátrányai:

Több vezeték szükséges (minimum 4 – MISO, MOSI, SCK, CS)
Az 5V-os modulokon nem érhető el, a 3.3V-os modulokhoz külön szintillesztő szükséges ha 5V-os rendszerben használjuk.

Röviden : mit érdemes megfontolni és felmérni a modul kiválasztása előtt?

Modul/alaplap tápellátása: 3.3V vagy 5V? Ha 5V, van-e rajta LDO?
Jelszintillesztés: Mely lábak védettek a modulok? 5V logikához vagy 3.3V-os logikához kell felkészülni?
Bekötött lábak: Fix 4-lábas I²C a meglevő modul, vagy teljes SPI/I²C protokollt támogató a modul?
Rendszer logikai szintje: Arduino UNO (5V) vagy ESP32 (3.3V) a kommunikációs környezet?
Projekt komplexitása: Egyetlen szenzor? Több eszköz egy buszon? Több eszköz – bárhogyan?

Ha ezeket a kérdéseket végiggondolod, biztos képet kapsz a lehetőségeidről és gördülékenyen haladhatsz a projekteddel – így elkerülheted a kellemetlen meglepetéseket is. Azaz már a bekötés előtt pontosan meg tudod választani a működési protokollt, címet, buszt.

Ha eldöntöttük, hogy merre tovább….

I²C használat: bekötés, I²C címek és az i2cdetect használata

A legtöbb hobbi projektben az I²C kommunikáció az első választás. Hiszen az I²C kommunikáció egyszerű kétvezetékes rendszer (SDA: adat és SCL: órajel), amellyel hatékonyan tudunk több eszközt is ugyanarra a buszra csatlakoztatni. Az Arduino UNO és az ESP32 is könnyen használható ezzel a szabványos kommunikációs felülettel, így kezdőknek és haladóknak egyaránt ideális választás.

A bekötés során kiemelten fontos, hogy a tápfeszültség és a jelszintek egyezzenek. Ha 5V-os mikrokontrollert (pl. Arduino UNO) használunk, olyan modult válasszunk, amely tartalmaz szintillesztést – ez biztosítja, hogy az érzékelő biztonságosan fogadja az 5V-os jeleket, még akkor is, ha maga 3.3V-on működik. Ezek a négykivezetéses, úgynevezett „csak I²C” modulok jellemzően beépített LDO feszültségcsökkentő áramkört is tartalmaznak.

kép1: arduino uno esetén az 5 lábas modul – fritzing

kép2: a 3v3-as modul esp32 esetén

ESP32 esetén, amely 3.3V logikával dolgozik – nincs szükség külön szintillesztésre. Ilyenkor mind az 5V-os, mind a 3.3V-os szenzormodulok használhatók, feltéve, hogy a tápellátás és a logikai szintek azonosaknak kell lennie! (azaz 5V tápfeszültség, 5V-os rendszer 5V-os logikai szinttel vagy 3.3V-os rendszer – 3.3V-os logikai szinttel).

A BMP280 és BME280 szenzorok I²C címe gyárilag 0x76. A 3.3V-os modulokon ez a cím a SDO láb 3.3V-os VCC-re kötésével módosítható 0x77-re. Az 5V-os változatokon a cím kiválasztása forrasztható jumperrel történik – ez egy kis forrpont vagy összekötő pont, amit áthidalva a modul viselkedése (például az I²C címe) megváltoztatható, amelyet a panelen található feliratok (pl. ‘ADDR’) és forrszemek – jellemzően kis fémlapocskák vagy összekötő pontok – alapján lehet átkötni. Fontos megjegyezni, hogy ezek a beállítások csak bekötés előtt változtathatók meg, és egyes modulokon a cím véglegesen beforrasztott állapotban lehet.

Ide kell a 5V és a 3.3V modul címkiválasztásának a képe egymás mellett!

A szenzor jelenlétének ellenőrzéséhez hasznos eszköz az i2cdetect Arduino program (nem más mint egy egyszerű I²C címkereső program). Ez végigpróbálja az összes lehetséges I²C címet – és visszajelzi, ha talál elérhető eszközt:

#include &lt;Wire.h&gt;
//vagy ESP esetén:</code>#begin.wire(lábak) <code class="language-cpp">void setup() {
  Wire.begin();
  Serial.begin(9600);
  while (!Serial);
  Serial.println("I2C keresés indítása...");
}

void loop() {
  byte error, address;
  int nDevices = 0;

  for(address = 1; address &lt; 127; address++ ) {
    Wire.beginTransmission(address);
    error = Wire.endTransmission();

    if (error == 0) {
      Serial.print("I2C eszköz található a címen: 0x");
      if (address&lt;16)
        Serial.print("0");
      Serial.println(address,HEX);
      nDevices++;
    }
  }

  if (nDevices == 0)
    Serial.println("Nem található I2C eszköz\n");
  else
    Serial.println("Kész.\n");

  delay(5000);
}

#include <Wire.h>

//vagy ESP esetén:</code>#begin.wire(lábak) <code class="language-cpp">void setup() {

Wire.begin();

Serial.begin(9600);

while (!Serial);

Serial.println("I2C keresés indítása...");

}

void loop() {

byte error, address;

int nDevices = 0;

for(address = 1; address < 127; address++ ) {

Wire.beginTransmission(address);

error = Wire.endTransmission();

if (error == 0) {

Serial.print("I2C eszköz található a címen: 0x");

if (address<16)

Serial.print("0");

Serial.println(address,HEX);

nDevices++;

}

if (nDevices == 0)

Serial.println("Nem található I2C eszköz\n");

else

Serial.println("Kész.\n");

delay(5000);

}

Ez a program csak megfelelően bekötött és felépített busz esetén működik – azaz a hardware hibákat nem nézi. Ha ebbe is beleolvasnál, mert valami nem megy, vagy csak jó ha ezt is tudod: →IIC eszköz detektálása UNO, ESP8266 és ESP32 - kezdőknek, illetve a haladó szinten, részletesebben →IIC eszköz detektálása UNO, ESP8266 és ESP32 - haladóknak (a mélyvíz).

A program a soros terminálja írja vissza a keresési eredményt – így nagyon hasznos kis segédeszköz, ha címkeresést, eszközkeresést kell végezni. Nem mellékesen a hibás és bizonytalan buszról is van némi visszajelzésünk.

A kapott eredmény:

képernyőkép az egy eszköz megkereéséről – UNO és 4 lábú modul

Ha a hibás vagy felcserélt a bekötés:

hibás bekötés utána detect