基于STM32F1的CAN通信之BH1750

只看该作者 · 2023-10-24 17:19

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

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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;
}
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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);
}
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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
}
复制代码

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
}
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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)
复制代码

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
}
}
复制代码

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。