STM32外设系列—BH1750

news2024/9/20 14:15:46

文章目录

  • 一、BH1750简介
  • 二、BH1750原理图
  • 三、BH1750数据手册
    • 3.1 指令集
    • 3.2 IIC通信读/写
  • 四、BH1750程序设计
    • 4.1 IIC程序
    • 4.2 BH1750初始化程序
    • 4.3 读取BH1750测量结果
    • 4.4 获取光照强度
    • 4.5 相关宏定义
  • 五、应用实例
  • 六、拓展应用
    • 6.1 实时调节LED亮度
    • 6.2 实时调整颜色阈值

一、BH1750简介

BH1750是一款数字型光照强度传感器，能够获取周围环境的光照强度。其测量范围在0~65535 lx。lx勒克斯，是光照强度的单位。BH1750可用于调节手机屏幕和键盘的背光功率，或者用于智能灯光控制，比如，随着外界光照强度的变化调节灯光亮度。

BH1750

BH1750有以下特点

  • I2C总线接口
  • 接近视觉灵敏度的光谱灵敏度特性
  • 输出对应亮度的数字值
  • 高分辨率（0~65535 lx）
  • 通过降低功率功能,实现低电流化
  • 50Hz / 60Hz光噪声抑制功能
  • 可以选择两种类型的I2C从属地址
  • 最小误差变动在±20%
  • 受红外线影响很小

二、BH1750原理图

BH1750原理图

  • PD —— 接近人眼反应的光敏二极管
  • AMP —— 集成运算放大器（将 PD 电流转换为 PD 电压）
  • ADC —— 模数转换获取 16 位数字数据
  • Logic + IC Interface（逻辑+ IC 界面）
  • OSC —— 内部振荡器（该时钟为内部逻辑时钟，时钟频率典型值：320kHz）

PD二极管通过光伏效应将输入光信号转换成电信号，经运放电路放大后，电压经ADC采集，再经逻辑电路转换成16位二进制数，存储在内部的寄存器中（进入光窗的光越强，光电流越大，电压就越大，所以光强可以通过电压的大小判断，但是应该注意的是，虽然电压和光强一一对应，但它们不是成正比关系，所以该芯片内部是对数据进行了线性处理，这就是为什么直接使用集成IC而不是光电二极管的原因）。BH1750引出了时钟线和数据线，单片机可以通过I2C协议与BH1750进行通讯，可选择BH1750的工作模式，提取BH1750寄存器中的照度数据。

三、BH1750数据手册

3.1 指令集

BH1750的数据手册中给出了一些指令

BH1750指令集

其中的H分辨率模式和L分辨率模式等，是BH1750的测量模式，数据手册中也给出了说明

BH1750测量模式

我们通常使用H分辨率模式，H 分辨率模式下足够长的测量时间（积分时间）能够抑制一些噪声（包括 50Hz/60Hz）。同时，H 分辨率模式的分辨率在 1lx 下，适用于黑暗场合下（少于 10 lx）。

3.2 IIC通信读/写

上面介绍，BH1750有两种从属地址，由 ADDR 端口的电平决定。

  • ADDR=“H”( ADDR ≧ 0.7VCC ) →“1011100”
  • ADDR=“L”( ADDR ≦ 0.3VCC ) →“0100011”

关于IIC通信的详细内容，这里就不再介绍了，可以去本系列的OLED篇查看。BH1750数据手册中给出了一种配置连续高分辨率模式的方法

配置连续高分辨率模式方法步骤

BH1750数据读取格式如下

BH1750数据读取格式

光照强度（单位lx）=（High Byte + Low Byte）/ 1.2 * 测量精度

四、BH1750程序设计

4.1 IIC程序

相比于之前的OLED的IIC程序，增加了主设备发送应答信号（Ack），非应答信号（NAck），读取一个字节数据程序。修改了等待应答信号程序，增加了返回值。

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：IIC_Delay
 *函数功能：IIC延时
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：数据手册提供
 *==============================================================================
 */
void IIC_Delay (void)
{
	u8 t = 10;
	while (t--);
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：I2C_Start
 *函数功能：IIC起始信号
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：数据手册提供
 *==============================================================================
 */
void I2C_Start (void)
{
	BH1750_SDA_Set();
	BH1750_SCL_Set();
	IIC_Delay();
	BH1750_SDA_Clr();
	IIC_Delay();
	BH1750_SCL_Clr();
	IIC_Delay();
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：I2C_Stop
 *函数功能：IIC终止信号
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：数据手册提供
 *==============================================================================
 */
void I2C_Stop (void)
{
	BH1750_SDA_Clr();
	BH1750_SCL_Set();
	IIC_Delay();
	BH1750_SDA_Set();
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：IIC_Ack
 *函数功能：CPU产生一个ACK信号
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void IIC_Ack (void)
{
	BH1750_SDA_Clr();
	IIC_Delay();
	BH1750_SCL_Set();
	IIC_Delay();
	BH1750_SCL_Clr();
	IIC_Delay();
	BH1750_SDA_Set();
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：IIC_NAck
 *函数功能：CPU产生一个NACK信号
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void IIC_NAck (void)
{
	BH1750_SDA_Set();
	IIC_Delay();
	BH1750_SCL_Set();
	IIC_Delay();
	BH1750_SCL_Clr();
	IIC_Delay();	
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：I2C_WaitAck
 *函数功能：IIC等待应答
 *输入参数：无
 *返回值：0：未收到应答信号；1：收到应答信号
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u8 I2C_WaitAck (void)
{
	u8 re;

	BH1750_SDA_Set();
	IIC_Delay();
	BH1750_SCL_Set();
	IIC_Delay();
	if (BH1750_SDA_DATA())
	{
		re = 1;
	}
	else
	{
		re = 0;
	}
	
	BH1750_SCL_Clr();
	IIC_Delay();
	
	return re;
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Send_Byte
 *函数功能：写入一个字节
 *输入参数：dat：需要写入的数据
 *返回值：无
 *备  注：数据手册提供
 *==============================================================================
 */
void Send_Byte (u8 dat)
{
	u8 i;

	for (i = 0;i < 8;i ++)
	{
		// 发送数据时，从高位依次写入
		if (dat & 0x80)
		{
			BH1750_SDA_Set();
		}
		else
		{
			BH1750_SDA_Clr();
		}
		IIC_Delay();
		BH1750_SCL_Set();
		IIC_Delay();
		BH1750_SCL_Clr();
		
		// dat左移1位
		dat <<= 1;
	}
}
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：IIC_Read_Byte
 *函数功能：IIC读取一个字节数据
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：读取到的一个字节数据
 *==============================================================================
 */
u8 IIC_Read_Byte (void)
{
	u8 i;
	u8 value;
	
	// 高位在前
	value = 0;
	
	// 循环读取8bit数据
	for (i = 0; i < 8; i ++)
	{
		value <<= 1;   // 循环左移一位
		
		BH1750_SCL_Set();
		IIC_Delay();
		
		// 如果是“1”
		if (BH1750_SDA_DATA())
		{
			value ++;
		}
		
		BH1750_SCL_Clr();
		IIC_Delay();
	}
	
	return value;
}
//BH1750写一个字节
//返回值	成功：0		失败：非0 
/*
 *==============================================================================
 *函数名称：BH1750_Byte_Write
 *函数功能：BH1750写一个字节
 *输入参数：data：要写入的数据
 *返回值：0：写入成功；1/2：写入失败
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u8 BH1750_Byte_Write (u8 data)
{
	I2C_Start();
	
	// 发送从设备地址，0：写
	Send_Byte (BH1750_Addr | 0);
	
	// 收到应答信号
	if(I2C_WaitAck() == 1)
	{
		return 1;
	}
	//发送控制命令
	Send_Byte(data);
	
	// 收到应答信号
	if(I2C_WaitAck() == 1)
	{
		return 2;
	}
	
	I2C_Stop();
	
	return 0;
}

4.2 BH1750初始化程序

初始化包括两部分，一部分是初始化IIC引脚，另一部分是初始化BH1750。也就是给BH1750上电，并复位。

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Bh1750_Init
 *函数功能：初始化BH1750
 *输入参数：无
 *返回值：无
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
void Drv_Bh1750_Init (void)
{
	// 结构体定义
 	GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;
	
	// 开启时钟
	RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
	
	// 初始化GPIO结构体
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;	 
 	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;   // 推挽式输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
 	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	// 全部拉高，IIC处于空闲状态
 	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7);
	
	// BH1750上电
	BH1750_Byte_Write(POWER_ON);
	
	// 复位BH1750
	BH1750_Byte_Write(MODULE_RESET);
}

4.3 读取BH1750测量结果

BH1750返回两字节的测量结果数据

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Drv_Bh1750_Read_Measure
 *函数功能：读取BH1750测量数据
 *输入参数：无
 *返回值：0：读取失败；其他：光照强度
 *备  注：无
 *==============================================================================
 */
u16 Drv_Bh1750_Read_Measure (void)
{
	u16 receData = 0;
	
	I2C_Start();
	
	// 发送从设备地址，1：读
	Send_Byte(BH1750_Addr | 1);
	
	if(I2C_WaitAck() == 1)
	{
		return 0;
	}
	
	// 读取高八位
	receData = IIC_Read_Byte();
	IIC_Ack();
	
	// 读取低八位
	receData = (receData << 8) + IIC_Read_Byte();
	IIC_NAck();
	I2C_Stop();
	
	return receData;   // 返回读取到的数据
}

4.4 获取光照强度

/*
 *==============================================================================
 *函数名称：Med_Bh1750_GetLightIntensity
 *函数功能：获取光照强度
 *输入参数：无
 *返回值：光照强度
 *备  注：分辨率	光照强度（单位lx）=（High Byte  + Low Byte）/ 1.2 * 测量精度
 *==============================================================================
 */
float Med_Bh1750_GetLightIntensity (void)
{
	return (float)(Drv_Bh1750_Read_Measure() / 1.1f * Resolurtion);   //返回测量光照强度
}

4.5 相关宏定义

// BH1750的地址（ADDR=“H”）
#define BH1750_Addr   0x46

// BH1750指令
#define POWER_OFF					0x00
#define POWER_ON					0x01
#define MODULE_RESET			0x07
#define	CONTINUE_H_MODE		0x10
#define CONTINUE_H_MODE2	0x11
#define CONTINUE_L_MODE		0x13
#define ONE_TIME_H_MODE		0x20
#define ONE_TIME_H_MODE2	0x21
#define ONE_TIME_L_MODE		0x23

//测量模式
#define Measure_Mode   CONTINUE_H_MODE

//分辨率	光照强度（单位lx）=（High Byte  + Low Byte）/ 1.2 * 测量精度
#if ((Measure_Mode == CONTINUE_H_MODE2)|(Measure_Mode == ONE_TIME_H_MODE2))
	#define Resolurtion		0.5
#elif ((Measure_Mode == CONTINUE_H_MODE)|(Measure_Mode == ONE_TIME_H_MODE))
	#define Resolurtion		1
#elif ((Measure_Mode == CONTINUE_L_MODE)|(Measure_Mode == ONE_TIME_L_MODE))
	#define Resolurtion		4
#endif

// SCL
#define BH1750_SCL_Clr()   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)
#define BH1750_SCL_Set()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6)
// SDA
#define BH1750_SDA_Clr()   GPIO_ResetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)
#define BH1750_SDA_Set()   GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_7)

// 读取SDA电平
#define BH1750_SDA_DATA()   GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB,GPIO_Pin_7)

五、应用实例

使用串口打印光照强度，main函数如下

float gLingtIntensity = 0;

int main(void)
{
	Med_Mcu_Iint();   // 系统初始化
	
	while(1)
  {
		gLingtIntensity = Med_Bh1750_GetLightIntensity();   // 获取光照强度
		printf ("Light:%.1f lx",gLingtIntensity);   // 串口打印光照强度
		
		delay_ms(500);   //延时500ms = 0.5s
	}
}

六、拓展应用

利用BH1750获取到的周围环境光强可用于许多方面，这里举几个例子，比如设计一个教室灯光控制系统，根据实际环境光强来调节灯光亮度，使室内环境光强保持在一个稳定的值。另外，比如做颜色识别时，周围环境的光照强度不同，识别的效果也不同。可以利用BH1750实时监测周围环境光照强度变化，不同的光照强度下，切换不同的颜色阈值，可以改善颜色识别的效果。这里简单介绍一下实现思路。

6.1 实时调节LED亮度

可以用PWM来控制LED的亮度。根据周围环境的光照强度的变化，实时调节PWM的占空比，达到LED亮度根据周围环境光照强度变化而变化的效果。但是需要注意光照强度与占空比的换算关系。

6.2 实时调整颜色阈值

比如使用Open MV做颜色是别时，在不同光照强度下，同一种颜色的颜色阈值不同，可以根据不同的光照强度，匹配不同的颜色阈值。

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