劉博

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息與電子工程學(xué)院，河南　鄭州　450044）

基于BH1750光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

劉博

（河南牧業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息與電子工程學(xué)院，河南鄭州450044）

光照度傳感器是一種常用的檢測(cè)裝置，在多個(gè)行業(yè)中都有一定的應(yīng)用。BH1750是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路，利用這種集成電路制成的傳感器可以采集光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)，還可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。據(jù)此設(shè)計(jì)了一個(gè)基于BH1750光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以對(duì)室內(nèi)外的光照強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換和上傳，可應(yīng)用于智能家居環(huán)境檢測(cè)、智能農(nóng)業(yè)大棚種植、智能電子電器中等。

BH1750；光照強(qiáng)度；采集

隨著科技的進(jìn)步和現(xiàn)代生活的快速發(fā)展，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)保和氣象等多個(gè)行業(yè)部門及人們的日常生活中，光照強(qiáng)度是一個(gè)重要的環(huán)境參數(shù)，經(jīng)常需要對(duì)環(huán)境光照度進(jìn)行檢測(cè)及控制。本文就是基于一種常用的傳感器BH1750設(shè)計(jì)了一個(gè)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，介紹了該系統(tǒng)的工作原理，然后從硬件和軟件兩方面對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，結(jié)果表明該系統(tǒng)可以對(duì)室內(nèi)外的光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換和上傳。通過BH1750實(shí)現(xiàn)光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)讀取，并通過串口上傳到電腦上顯示。

1　BH1750與光照強(qiáng)度概述

BH1750是一種用于兩線式串行總線接口（IIC）的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路，這種集成電路可以檢測(cè)光線強(qiáng)度，內(nèi)置了16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)［1］。這是一種簡(jiǎn)易傳感器，通過計(jì)算電壓來獲得有效的數(shù)據(jù)。這款環(huán)境光傳感器能夠直接通過光度計(jì)來測(cè)量。利用其高分辨率可以探測(cè)較大范圍的光強(qiáng)度變化。

光照強(qiáng)度是指光照的強(qiáng)弱，以單位面積上所接受可見光的能量來量度。簡(jiǎn)稱照度，單位勒克斯（Lux或Lx）。被光均勻照射的物體，在單位面積（1m2）上所得的光通量是1流明時(shí)，其照度是1Lx。流明是光通量的單位。發(fā)光強(qiáng)度為1燭光的點(diǎn)光源，在單位立體角（1球面度）內(nèi)發(fā)出的光通量為“1流明”。主要參數(shù)如下所示：供電電壓為3～5V；接口為IIC；量程和精度為1～65 535Lx；可以選擇IIC地址的兩種形式；微小的測(cè)量變化（±20%）。

經(jīng)測(cè)量，一般白天的光照度在5Lx以上，晚上在1Lx以下。下面將從硬件和軟件程序的設(shè)計(jì)兩方面來介紹該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

2　硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)電路如圖1所示。圖1中，VCC、GND是芯片的電源端口，系統(tǒng)設(shè)定輸入的是3.3V直流電壓。

圖1　BH1750電路原理圖

各個(gè)端口的功能介紹如下。①ADDR是控制BH1750地址的端口，當(dāng)ADDR端口電壓大于2.31V時(shí)，BH1750地址為0xb8，當(dāng)ADDR端口電壓小于0.99V時(shí)，BH1750地址為0x46。在設(shè)計(jì)過程中直接通過1k電阻將其接地，可知BH1750地址被設(shè)為了0x46［2］。②DVI是I2C總線的參考電壓端口，也是整個(gè)芯片的非同步復(fù)位端口，當(dāng)芯片上電的瞬間，需要將該端口保持低電位，1us過后拉高DVI。③SCK是IIC總總線的時(shí)鐘信號(hào)端，用來產(chǎn)生高低電平變化，控制數(shù)據(jù)的輸入和輸出。DAT是IIC總總線的數(shù)據(jù)端，其作用就是傳輸數(shù)據(jù)。通過SCK、DAT兩者配合使用，使IIC設(shè)備處于不同的狀態(tài)。IIC設(shè)備，典型的電路就是上拉10K。

3　程序設(shè)計(jì)思路

由于BH1750光照傳感器是IIC設(shè)備，程序設(shè)計(jì)主要是IIC的時(shí)序配置和BH1750模塊的配置。程序流是開始→硬件初始化→讀取光照數(shù)據(jù)并處理→發(fā)送處理好的數(shù)據(jù)到串口顯示→循環(huán)下一次。

3.1硬件初始化

在硬件初始化中，主要是處理所用到的SCK、SDA管腳，初始化串口功能來顯示得到的數(shù)據(jù)，然后即可讀取光照數(shù)據(jù)。IIC兩條線可以掛多個(gè)設(shè)備。IIC設(shè)備中有個(gè)固化的地址。只有在兩條線上傳輸?shù)闹档扔贗IC設(shè)備的地址時(shí)，該設(shè)備才作出響應(yīng)。

3.2開始和停止信號(hào)

開始信號(hào)：處理器讓SCL時(shí)鐘保持高電平，然后讓SDA數(shù)據(jù)信號(hào)由高變低就表示一個(gè)開始信號(hào)。同時(shí)，IIC總線上的設(shè)備檢測(cè)到這個(gè)開始信號(hào)，它就知道處理器要發(fā)送數(shù)據(jù)了。

停止信號(hào)：處理器讓SCL時(shí)鐘保持高電平，然后讓SDA數(shù)據(jù)信號(hào)由低變高就表示一個(gè)停止信號(hào)。同時(shí)，IIC總線上的設(shè)備檢測(cè)到這個(gè)停止信號(hào)，它就知道處理器已經(jīng)結(jié)束了數(shù)據(jù)傳輸，通常情況下，設(shè)備會(huì)進(jìn)入休眠。

3.3IIC的開始和結(jié)束程序

在IIC開始程序中，在SCL高電平持續(xù)時(shí)間內(nèi)，SDA產(chǎn)生了一個(gè)由高變低的下降沿，然后待低電平穩(wěn)定，標(biāo)志IIC開始；在IIC結(jié)束程序中，在SCK高電平持續(xù)時(shí)間內(nèi)，SDA產(chǎn)生了一個(gè)由低變高的上升沿，然后待高電平穩(wěn)定，標(biāo)志IIC結(jié)束。

3.4數(shù)據(jù)上傳

SDA上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須在SCL為高電平期間保持穩(wěn)定，因?yàn)橥饨覫IC設(shè)備在SCL為高電平的期間采集數(shù)據(jù)方知SDA是高或低電平。SDA上的數(shù)據(jù)只能在SCL為低電平期間翻轉(zhuǎn)變化。為了能保證上述高低電平的要求，需要用精確的延時(shí)來控制高低電平的持續(xù)時(shí)間。

3.5響應(yīng)信號(hào)（ACK）

處理器把數(shù)據(jù)發(fā)給外接IIC設(shè)備，這里需要外接IIC設(shè)備回應(yīng)一個(gè)信號(hào)給處理器，這樣就可以知道IIC設(shè)備數(shù)據(jù)已經(jīng)收到了。處理器發(fā)完8bit數(shù)據(jù)后就不再驅(qū)動(dòng)總線了（SDA引腳變輸入），而SDA和SCK硬件設(shè)計(jì)時(shí)都有上拉電阻，所以這時(shí)SDA變成高電平。那么在第8個(gè)數(shù)據(jù)位，如果外接IIC設(shè)備能收到信號(hào)的話，接著在第9個(gè)周期把SDA拉低，那么處理器檢測(cè)到SDA拉低就能知道外接IIC設(shè)備數(shù)據(jù)已經(jīng)收到。若沒有收到應(yīng)答，SDA會(huì)一直處于高電平狀態(tài)。

3.6IIC的發(fā)送數(shù)據(jù)和接受數(shù)據(jù)程序

在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，要保證當(dāng)SCL為高電平時(shí)，SDA不允許變化，此時(shí)要把SDA的值發(fā)送出去，SCL為低時(shí)，就讀取數(shù)據(jù)的下一個(gè)字節(jié)，等SCL為高電平后，再次發(fā)送，依次循環(huán)。直到發(fā)送完成，讀取應(yīng)答信號(hào)，SDA變低，則發(fā)送成功。反之，則失敗。在讀取數(shù)據(jù)時(shí)，要保證SCL為高時(shí)，讀取并存入變量，然后SCL變低，SDA體現(xiàn)下一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，SCL拉高，再次讀取，以此循環(huán)。具體流程如下：①要向從機(jī)發(fā)送一個(gè)指令0x46（從機(jī)地址），等待從機(jī)應(yīng)答，若收到應(yīng)答，就開始發(fā)送連續(xù)高分辨率的指令0x10，在次等待應(yīng)答；②等待BH1750完成測(cè)量；③發(fā)送指令0x47，等待從機(jī)應(yīng)答，若受到應(yīng)答，主機(jī)就可以介紹來自從機(jī)的數(shù)據(jù)。

編寫完BH1750光照傳感器控制程序，連接仿真器，并下載程序。連接傳感器底板與核心板。連接USB轉(zhuǎn)串口模塊，打開串口助手，運(yùn)行單片機(jī)程序，觀察光照強(qiáng)度值，可以改變光源，觀察數(shù)值的變化。

［1］云中華，白天蕊.基于BH1750FVI的室內(nèi)光照強(qiáng)度測(cè)量?jī)x［J］.單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2012（6）：27-29.

［2］何安科.基于STM32與光強(qiáng)傳感器BH1750的無線路燈控制系統(tǒng)［J］.企業(yè)科技與發(fā)展月刊，2011（20）：15-17.

Design of Light Intensity Data Acquisition System Based on BH1750

Liu Bo
（School of Information and Electronic Engineering，Henan Animal Husbandry Economic College，Zhengzhou Henan 450044）

The light sensor is a kind of commonly used detection device，in a number of industries have a certain application.Novel bh1750 is a two-wire serial bus interface of digital light intensity sensor integrated circuit，for using this integrated circuit made of the sensor can be according to collected the data of the light intensity，and can also detect a wide range of light intensity changes.According to the above，this paper designed a light intensity data acquisition system based on BH1750，which could convert and upload the light intensity in the room and the room in real time，which could be applied to smart home environment detection，intelligent agricultural greenhouse cultivation，intelligent electronic appliances and so on.

BH1750；light intensity；collection

TP212.6

A

1003-5168（2016）07-0027-02

2016-06-05

劉博（1986-），男，助教，研究方向：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)。