SCP1000 気圧センサーで気圧と温度を測定

気圧センサーが比較的安く購入できるようになったということを知り、秋葉原に行った時に秋月電子で￥１，８００で購入し早速Arduinoで試してみました。

気圧センサーSCP１０００の概要

ＶＴＩテクノロジー社製の絶対圧気圧センサー
８ＰＩＮでＤＩＰ型になっているのでブレッドボードで接続ができる
電源電圧　２．４～３．３Ｖ
インターフェイス　ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface)
測定範囲　３０Ｋｐａ　～　１２０ｋＰａ（３００ヘクトパスカル～１２００ヘクトパスカル）

外観

             

接続とスケッチについて、いろいろ情報を入手しましたが、今回はArduinoのホームページから入手した配線図とスケッチを参考にしました。
ライブラリは　Arduino のバージョン0018以降にＳＰＩのライブラリがアップされておりますので、それを利用することとしました。

情報入手先ＵＲＬ　　http://arduino.cc/en/Tutorial/BarometricPressureSensor

SCP1000は温度と気圧が読み取ることができ、インターフェイスＳＰＩにより情報を取り出します。
温度は１６ビットの値を返すようになっており、実際の温度換算は読み取った値を「２０」で除算すると℃に表示になります。

2011.2.13追記・修正

データに一部誤りがありましたので修正しました。

気圧は上位３ビット、下位１６ビットの２つの部分に分かれており、それを読み込んだ後、上位を１６ビットシフトさせ、上位・下位を　OR 演算で組み合わせます。
その１９ビットの値を読み取ることで気圧の情報が取り出せます。
実際の気圧換算は読み取った値を「４」で除算でパスカル（pa)に換算されます。ヘクトパスカル(hpa)の時はさらに「１００」で除算します。

ブレッドボードで配線の状態

ＳＣＰ１０００は３．３Ｖでの動作になりますので、Ａｒｄｕｉｎｏとの電圧レベル変換のため分圧抵抗を挿入しております。
ＡｒｄｕｉｎｏからXBeeにより、シリアル無線伝送によりＰＣに取り込みました。

スケッチ
スケッチは取りあえずArduinoを起動した後　OPEN →SPI→Barometric Pressure Sensorをロードして動作させました。

その結果、温度は正常に計測されましたが、気圧は「2000」前後の値が計測されます。
１気圧　「1013」hpaですのでどう見ても異常な値が出ているようで、このままでは使用できない状況です。
温度は正常に計測されておりますので、各部品と結線は正常と判断しスケッチを調べることにしました。

気圧データの内上位データ読み取り部分
 //Read the pressure data highest 3 bits:
    byte  pressure_data_high = readRegister(0x1F, 1);
    pressure_data_high &= 0b00000111; //you only needs bits 2 to 0

気圧データの内下位データ読み取り部分
 //Read the pressure data lower 16 bits:
    unsigned int pressure_data_low = readRegister(0x20, 2);

１６ビットシフト・ＯＲ演算・気圧換算
    //combine the two parts into one 19-bit number:
    long pressure = ((pressure_data_high << 16) | pressure_data_low)/4;

以上が気圧データに関する部分ですが見たところ特に異常は無いようにみえます。

そこでArduinoのSerial.print()機能を使い、各変数の値をＰＣモニターに表示して読み取り結果と演算結果を順次追いかけてみました。

結果の例

 上位データ(pressure_data_high)　　 １０１

下位データ(pressure_data_low)　　　１０００１０１０００００１１　（８８３５）

ＯＲ演算結果(long pressure)/0.25   １０００１０１０００００１１　（８８３５）

気圧換算結果　　２２０８pa

上記の結果から最終の結果と下位データの結果が全く同じということになりました。
そのことから上位データの１６ビットシフトかＯＲ演算がうまく行われていない可能性が出てきました。
いろいろ見ているうちに、上位データと下位データおよび最終結果の変数のデータ型がそれぞれ別のデータ型になっていることに気づき、unsigned longで統一してみたところ正規の値が表示できるようになりました。

変更内容
 // byte  pressure_data_high = readRegister(0x1F, 1);
    unsigned  long  pressure_data_high = readRegister(0x1F, 1);
    pressure_data_high &= 0b00000111; //you only needs bits 2 to 0
 
    //Read the pressure data lower 16 bits:
    unsigned long pressure_data_low = readRegister(0x20, 2);
   
    //combine the two parts into one 19-bit number:
    long pressure = (((pressure_data_high << 16) | pressure_data_low)/4) /100;

そのほかの変更内容

将来Excelにインポートすることを考慮しSerial.print()の部分を変更

No.と各項目の間に「,」を挿入
 // display the temperature & pressure
    n = n + 1;
    Serial.print(n);
    Serial.print(",");
    Serial.print(realTemp);
    Serial.print(",");
    Serial.println( String(pressure));
    delay(1000);

 ＢＩＮ表示のSerial.print（）はカット
　// Serial.print(thisRegister, BIN);
  //Serial.print("\t");

 //Serial.println(thisRegister, BIN);

Tera Termで最終結果をＰＣに表示

 2011.2.13 追記

マイナス温度の表示修正

温度が氷点下の時正常に表示されないことが判明しましたので、スケッチを一部変更しました。

SCP1000の温度データは符号も含めて１４ビットで表現されていますが、温度が氷点下になった時に１４ビット目の符号ビットに「１」が入り、表示がマイナスにならなければなりませんが、この符号ビットもそのまま計測データとして計算されておるようです。

そこで温度データを２ビット左にシフトして本来の１６ビットとして計算することにしました。

２ビットシフトした分温度換算の時に「　1/4　」に戻しております。

スケッチの変更

 //Read the temperature data
    int tempData = readRegister(0x21, 2);
     
    tempData = tempData << 2 ;
    int realTemp = tempData / 80.0;