概述

本文將介紹如何使用 LPS28DFW 傳感器來讀取的壓強(qiáng)數(shù)據(jù)，來估算水下深度，可以利用液體靜壓的原理。

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水壓計(jì)算

對于水平地面的固體對地面產(chǎn)生的壓強(qiáng)，由于壓力大小等于重力，計(jì)算固體壓力時(shí)一般都會先計(jì)算壓力后計(jì)算壓強(qiáng)，所以 F=G 在固體中經(jīng)常用到，但同時(shí)我們又要明確知道壓力與重力的不同。對于液體計(jì)算公式的由來，同一深度朝各個(gè)方向都有壓強(qiáng)且相等；密度相同時(shí)，深度越深壓強(qiáng)越大；深度相同
時(shí)，密度越大壓強(qiáng)越大。這只是定性的關(guān)系，對于定量關(guān)系則是建立了一個(gè)規(guī)則形狀的液柱，設(shè)想
液柱下方平面的壓強(qiáng)就是該位置的液體壓強(qiáng)大小。如下圖所示，液柱對平面的壓力等于液柱所受
的重力，借助于公式的變形 F=G=mg=ρVg=ρgSh ，從而推出 P=F/S=ρgh 。由于液體同一深度朝各個(gè)方向都有壓強(qiáng)且相等，所以這個(gè)公式就可以普遍計(jì)算同一深度其他位置的液體壓強(qiáng)大小。
其中：
● P 是液體的壓力（即氣壓計(jì)測得的壓力值），
● ρ 是液體的密度（通常在20°C下水密度為1000 kg/m3）
● g 是重力加速度（通常取9.8 m/s2），
● h 是液體的深度。

設(shè)置速率和分辨率

對于 LPS28DFW 氣壓傳感器，CTRL_REG1（10h）和 CTRL_REG2（11h）的主要設(shè)置如下：
CTRL_REG1（10h）
● ODR[3:0]：輸出數(shù)據(jù)速率選擇。默認(rèn)值：0000。具體的配置值見數(shù)據(jù)表 19。
● AVG[2:0]：平均值選擇。默認(rèn)值：000。具體的配置值見數(shù)據(jù)表 20。
CTRL_REG2（11h）
● BOOT：重新啟動內(nèi)存內(nèi)容。默認(rèn)值：0（0：正常模式；1：重新啟動內(nèi)存內(nèi)容）。
● FS_MODE：全量程選擇。默認(rèn)值：0（0：模式1，全量程高達(dá)1260 hPa；1：模式2，全量程高達(dá)4060 hPa）。
● LFPF_CFG：低通濾波器配置。默認(rèn)值：0（0：ODR/4；1：ODR/9）。
● EN_LPFP：啟用壓力數(shù)據(jù)上的低通濾波器。默認(rèn)值：0（0：禁用；1：啟用）。
● BDU：塊數(shù)據(jù)更新。默認(rèn)值：0（0：連續(xù)更新；1：直到讀取了 MSB 和 LSB 之前，輸出寄存器不更新）。
● SWRESET：軟件復(fù)位。默認(rèn)值：0（0：正常模式；1：軟件復(fù)位）。復(fù)位完成時(shí)位自動清零。
● ONESHOT：啟用一次性模式。默認(rèn)值：0（0：空閑模式；1：獲取新的數(shù)據(jù)集）。

設(shè)置輸出數(shù)據(jù)速率 (md.odr = LPS28DFW_1Hz)：將輸出數(shù)據(jù)速率設(shè)置為每秒 1 次（1Hz）。較低的數(shù)據(jù)速率通?？梢詼p少噪聲，從而提高測量的準(zhǔn)確性。
設(shè)置平均值 (md.avg = LPS28DFW_512_AVG)：選擇 512 次平均。這意味著傳感器將獲取 512 個(gè)樣本并計(jì)算它們的平均值作為最終輸出。平均更多的樣本可以顯著減少隨機(jī)噪聲，從而提高數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。
設(shè)置低通濾波器 (md.lpf = LPS28DFW_LPF_ODR_DIV_9)：低通濾波器設(shè)置為 ODR/9，這將進(jìn)一步平滑輸出數(shù)據(jù)，消除高頻噪聲。
設(shè)置全量程 (md.fs = LPS28DFW_1260hPa)：選擇全量程為 1260hPa。這種較低的全量程可能更適合于測量較小的壓力變化，進(jìn)一步提高測量精度。
應(yīng)用這些設(shè)置 (lps28dfw_mode_set(&dev_ctx, &md))：最后，這些配置通過 lps28dfw_mode_set 函數(shù)應(yīng)用于傳感器。
這樣的設(shè)置組合有助于提高 LPS28DFW 傳感器的精度，特別是通過降低噪聲和增加測量穩(wěn)定性。這些設(shè)置對于需要高精度測量的應(yīng)用場景特別有用。

/* 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);

輪詢讀取數(shù)據(jù)

水下每增加一定深度，水的壓力就會增加。這個(gè)增加的壓力與水的深度成正比。公式中減去的 氣壓值 是為了將傳感器讀數(shù)調(diào)整為相對于大氣壓的壓力。這是因?yàn)閭鞲衅鳒y得的是絕對壓力，包括了大氣壓在內(nèi)。

公式中的密度和重力加速度用的是標(biāo)準(zhǔn)單位（千克每立方米和米每平方秒），而壓強(qiáng)用的是百帕。因此，計(jì)算出的水深是以米為單位的。最后，為了將結(jié)果以更易讀的形式（厘米）展示，乘以了 100*100。

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("first pressure:%6.2fhPa,temperature:%6.2frn",open_h,data.heat.deg_c);
                    i++;
                    }
                else
                {
                    float h;
                    h=(data.pressure.hpa-open_h)/(1000*9.8);//水深=壓強(qiáng)/(水密度*重力加速度)
                    //1百帕 (hPa)= 100 Pa = 1 mbar1千帕 (kPa)= 1000 Pa = 10 hPa
                    printf("pressure:%6.2fhPa,h:%6.2f cm,temperature:%6.2frn",data.pressure.hpa,h*100*100,data.heat.deg_c);
                }
            }
        }

測試結(jié)果

10cm測試情況如下。

15cm測試情況如下。

20cm測試情況如下。

25cm測試情況如下。

審核編輯 黃宇