【硬件】【传感器 BH1750FVI】

Ambient Light Sensor / 环境光传感器： BH1750FVI

简介： 环境光传感器

• 厂商： ROHM
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• 测量精度： 0.96 ~ 1.2 ~ 1.44
• 分辨率： 1 - 65535 lx
• 工作电压： 2.4 - 3.6V，Typ. = 3.0V
• 工作温度： -40℃ ~ +85℃

功能框图：

其中，Logic + I2C Interface 包含两类寄存器：

• 数据寄存器： 测量的环境光数据（即，内部 ADC 转换出的数据，为 16bit），初始值为 “0000 0000 0000 0000”
• 测量时间寄存器： 测量时间，初始值为 “0100 0101”

OSC 为内部电路提供时钟，典型值为 320KHz

管脚定义：

管脚编号	管脚名称	描述
1	VCC	电源脚
2	ADDR	ADDR = H（>= 0.7xVCC），slave 地址为 “1011 100”； ADDR = L（=< 0.3xVCC），slave 地址为 “0100 011”。电路结构为 3 state buffer
3	GND	地
4	SDA	I2C 串行数据接口
5	DVI	I2C 总线的参考电平；内部寄存器异步复位：DVI <= 0.4V， at least 1us。BH1750FVI is pulled down by 150K while DVI=L
6	SCL	I2C 串行时钟接口

上电及复位操作：

• 异步复位： DVI 需要在 VCC 供电后维持超过 1us 的低电平，以保证内部逻辑正确进入 Power Down Mode
• 复位命令： 即 “0000 0111”，用来清除先前采集的数据。该命令在 Power Down Mode 下无效。

应用电路设计：

设计中，需要保证 DVI 与 VCC 之间的时序关系，一般有两种方案可以实现：

1）MCU 控制 DVI 信号：

2）VCC 与 DVI 之间嵌入 RC 电路实现：

推荐 R = 1K，C = 1uF。 当 VCC 关掉时，由于 RC 的存在，DVI 的电压会比 VCC 高，但是在我们推荐的 RC 参数下，并不会对芯片造成损坏。该参数在电路板上实测 Reset Section 约在 1ms，远满足需求。

软件 workflow：

指令名称	指令代码	指令描述
Power Down	0000 0000	掉电模式
Power On	0000 0001	上电：等待测量命令
Reset	0000 0111	复位数据寄存器。掉电模式下，Reset 命令无效
Continuously H-Resolution Mode（推荐）	0001 0000	以 1lx 分辨率开始测量；测量时间约 120ms
Continuously H-Resolution Mode 2	0001 0001	以 0.5lx 分辨率开始测量；测量时间约 120ms
Continuously L-Resolution Mode	0001 0011	以 4lx 分辨率开始测量；测量时间约 16ms
One Time H-Resolution Mode（推荐）	0010 0000	以 1lx 分辨率开始测量；测量时间约 120ms；测量结束后自动进入 Power Down Mode
One Time H-Resolution Mode 2	0010 0001	以 0.5lx 分辨率开始测量；测量时间约 120ms；测量结束后自动进入 Power Down Mode
One Time L-Resolution Mode	0010 0011	以 4lx 分辨率开始测量；测量时间约 16ms；测量结束后自动进入 Power Down Mode
Change Measurement time(High bit)	01000 MT[7,6,5]	调整测量时间，见如下描述
Change Measurement time(Low bit)	011 MT[4,3,2,1,0]	调整测量时间，见如下描述

调整测量时间：：

即，调整传感器灵敏度，用于抵消光学窗口（optical window）带来的影响。
具体通过调整测量时间来实现。MTreg 的调整范围为： “0001 1111/31” ~ “1111 1110/254”，默认值 “0100 0101/69”

比如，光学窗口的透过率为 50%，测量结果则变为之前的一半。通过调整测量时间为 2 倍，可将测量结果弥补到光学窗口透过率为 100% 的值。举个例子，将默认测量值 “0100 0101” 调整为 2 倍 “1000 1010”：

240ms 后，测量数据将被存入 Data Register。

“指令写入及测量值”示例

假定，ADDR = L，slave 地址为 “0100 011”

例如读取到的 High Byte 为 “1000 0011” 和 Low Byte 为 “1001 0000”，则：
（2¹⁵ + 2⁹ + 2⁸ + 2⁷ + 2⁴ ）/ 1.2 = 28067(lx)

代码测试：

写操作：

static esp_err_t i2c_master_write_slave(i2c_port_t i2c_num, uint8_t *sub_reg)
{
	int ret;
	
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, (SENSOR_ADDR | WRITE_BIT), ACK_CHECK_EN);
	i2c_master_write_byte(cmd, sub_reg, ACK_CHECK_EN);
    i2c_master_stop(cmd);
    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
	
    return ret;
}

读操作（数据包含两个字节）：

static esp_err_t i2c_master_read_slave(i2c_port_t i2c_num, uint8_t *data_rd_h, uint8_t *data_rd_l)
{
    int ret;
    i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(cmd);
    i2c_master_write_byte(cmd, SENSOR_ADDR  | READ_BIT, ACK_CHECK_EN);
    i2c_master_read_byte(cmd, data_rd_h, ACK_VAL);
    i2c_master_read_byte(cmd, data_rd_l, NACK_VAL);
    i2c_master_stop(cmd);
    ret = i2c_master_cmd_begin(i2c_num, cmd, 1000 / portTICK_RATE_MS);
    i2c_cmd_link_delete(cmd);
    return ret;
}

配置 BH1750 为 Continuously H-Resolution Mode ：

i2c_master_write_slave( I2C_EXAMPLE_MASTER_NUM, BH_POWER_ON);
i2c_master_write_slave( I2C_EXAMPLE_MASTER_NUM, BH_CTN_HIGH_RESOLUTION_MODE);

获取光强数据并计算为 lx：

ret = i2c_master_read_slave(I2C_EXAMPLE_MASTER_NUM, &bh1750_dat[1], &bh1750_dat[0]); 
raw_data = ((bh1750_dat[1] << 8 | bh1750_dat[0]) / BH_1750_MEASUREMENT_ACCURACY);

用手遮挡或手电筒照射，测试结果如下：

默认：BH1750 raw data is: 472.500000
...
手遮挡：BH1750 raw data is: 2.500000
...
手电筒照射：BH1750 raw data is: 13231.666992

设计时需要注意的其他事项：

1. 器件背部的 exposed central pad 不做电气属性连接，更不要焊接；
2. 避免在强磁场中使用，否则可能出现故障；