【硬件】【傳感器 BH1750FVI】

Ambient Light Sensor / 環境光傳感器： BH1750FVI

簡介： 環境光傳感器

• 廠商： ROHM
• 立創商城採購鏈接
• 測量精度： 0.96 ~ 1.2 ~ 1.44
• 分辨率： 1 - 65535 lx
• 工作電壓： 2.4 - 3.6V，Typ. = 3.0V
• 工作溫度： -40℃ ~ +85℃

功能框圖：

其中，Logic + I2C Interface 包含兩類寄存器：

• 數據寄存器： 測量的環境光數據（即，內部 ADC 轉換出的數據，爲 16bit），初始值爲 “0000 0000 0000 0000”
• 測量時間寄存器： 測量時間，初始值爲 “0100 0101”

OSC 爲內部電路提供時鐘，典型值爲 320KHz

管腳定義：

管腳編號	管腳名稱	描述
1	VCC	電源腳
2	ADDR	ADDR = H（>= 0.7xVCC），slave 地址爲 “1011 100”； ADDR = L（=< 0.3xVCC），slave 地址爲 “0100 011”。電路結構爲 3 state buffer
3	GND	地
4	SDA	I2C 串行數據接口
5	DVI	I2C 總線的參考電平；內部寄存器異步復位：DVI <= 0.4V， at least 1us。BH1750FVI is pulled down by 150K while DVI=L
6	SCL	I2C 串行時鐘接口

上電及復位操作：

• 異步復位： DVI 需要在 VCC 供電後維持超過 1us 的低電平，以保證內部邏輯正確進入 Power Down Mode
• 復位命令： 即 “0000 0111”，用來清除先前採集的數據。該命令在 Power Down Mode 下無效。

應用電路設計：

設計中，需要保證 DVI 與 VCC 之間的時序關係，一般有兩種方案可以實現：

1）MCU 控制 DVI 信號：

2）VCC 與 DVI 之間嵌入 RC 電路實現：

推薦 R = 1K，C = 1uF。 當 VCC 關掉時，由於 RC 的存在，DVI 的電壓會比 VCC 高，但是在我們推薦的 RC 參數下，並不會對芯片造成損壞。該參數在電路板上實測 Reset Section 約在 1ms，遠滿足需求。

軟件 workflow：

指令名稱	指令代碼	指令描述
Power Down	0000 0000	掉電模式
Power On	0000 0001	上電：等待測量命令
Reset	0000 0111	復位數據寄存器。掉電模式下，Reset 命令無效
Continuously H-Resolution Mode（推薦）	0001 0000	以 1lx 分辨率開始測量；測量時間約 120ms
Continuously H-Resolution Mode 2	0001 0001	以 0.5lx 分辨率開始測量；測量時間約 120ms
Continuously L-Resolution Mode	0001 0011	以 4lx 分辨率開始測量；測量時間約 16ms
One Time H-Resolution Mode（推薦）	0010 0000	以 1lx 分辨率開始測量；測量時間約 120ms；測量結束後自動進入 Power Down Mode
One Time H-Resolution Mode 2	0010 0001	以 0.5lx 分辨率開始測量；測量時間約 120ms；測量結束後自動進入 Power Down Mode
One Time L-Resolution Mode	0010 0011	以 4lx 分辨率開始測量；測量時間約 16ms；測量結束後自動進入 Power Down Mode
Change Measurement time(High bit)	01000 MT[7,6,5]	調整測量時間，見如下描述
Change Measurement time(Low bit)	011 MT[4,3,2,1,0]	調整測量時間，見如下描述

調整測量時間：：

即，調整傳感器靈敏度，用於抵消光學窗口（optical window）帶來的影響。
具體通過調整測量時間來實現。MTreg 的調整範圍爲： “0001 1111/31” ~ “1111 1110/254”，默認值 “0100 0101/69”

比如，光學窗口的透過率爲 50%，測量結果則變爲之前的一半。通過調整測量時間爲 2 倍，可將測量結果彌補到光學窗口透過率爲 100% 的值。舉個例子，將默認測量值 “0100 0101” 調整爲 2 倍 “1000 1010”：

240ms 後，測量數據將被存入 Data Register。

“指令寫入及測量值”示例

假定，ADDR = L，slave 地址爲 “0100 011”

例如讀取到的 High Byte 爲 “1000 0011” 和 Low Byte 爲 “1001 0000”，則：
（2¹⁵ + 2⁹ + 2⁸ + 2⁷ + 2⁴ ）/ 1.2 = 28067(lx)

代碼測試：

寫操作：

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;
}

讀操作（數據包含兩個字節）：

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 爲 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);

獲取光強數據並計算爲 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);

用手遮擋或手電筒照射，測試結果如下：

默認：BH1750 raw data is: 472.500000
...
手遮擋：BH1750 raw data is: 2.500000
...
手電筒照射：BH1750 raw data is: 13231.666992

設計時需要注意的其他事項：

1. 器件背部的 exposed central pad 不做電氣屬性連接，更不要焊接；
2. 避免在強磁場中使用，否則可能出現故障；