最近在写比赛的文档的时候，写到了BH1750的参数之类的，于是想着想都想了，不如写下来玩玩。
模块和芯片 而BH1750是一款数字型的光强传感器片上集成芯片，采用标准I2C总线协议与MCU进行链接。
GY-30模块的实质是BH1750，只是把外围诸如滤波和电容之类的电路整合进去了而已，其实都是用的BH1750芯片。
BH1750内部电路是由：光敏二极管、运算放大器、AD转换器等组成。光敏二极管通过光伏效应接收光信号产生电信号，经过运算放大后，由AD转换器采集电压数据并转换为数字信号，然后储存在寄存器之中。BH1750支持完全的I2C协议，使用I2C总线发送特定的控制位，即可读取光强度数据，亦可以修改BH1750的采集模式。
引脚定义 BH1750支持且仅支持完整的I2C总线，采用四线传输方式，但由于BH1750模块本身可以从硬件对其设备地址进行修改，所以还多一个修改位。
名称
说明
VCC
接入 3.3V 电源正极
SCL
I2C时钟同步总线
SDA
I2C实际数据总线
ADDR
I2C设备地址切换线；低电平：0x23，高电平：0x5C
GND
接地或者电源负极
I2C协议 前面说到，BH1750模块支持完整的I2C总线协议。I2C总线是由飞利浦公司推出的串行、半双工总线，它是总线通讯，可以在总线上最高挂载112个设备（含保留地址则为127个设备）。
I2C总线是一种多主机总线，连接在 I2C总线上的器件分为主机和从机。 主机有权发起和结束一次通信，从机只能被动呼叫。每个I2C设备有一个唯一的7bit地址，由于需要告知从机是读取还是写入，所以在实际使用中会增加一个bit作为控制，实际使用中是8个bit地址。BH1750的通讯过程
首先我们看数据手册，可以发现BH1750的数据收发分为两个8bit合共16个bit的数据（不算ACK）。数据结构于英文文档之下表如下：
在实际使用中，Slave Address与R/W数据可以一起传输，即7bit+1bit = 8bit
传输路径跟其他I2C设备一样，发送Slave Address → 等ACK应答 → 发送Opecode数据 → 等ACK应答。
第一步：发送上电指令 (0x01)
假设ADDR为低电平，BH1750设备地址为0x23 + R0 = 0x46。数据结构为：0x46 WaitACK 0x01 WaitACK
第二步：发送测量模式指令 (0x10)
根据图片上和第一步的例子，我们假定ADDR低电平且采用连续H分辨率测量的模式(0x10)
数据结构为：0x46 WaitACK 0x10 WaitAC
第三步：等测量和读数据
手册上对每个测量模式的时间有说，连续H分辨率需要的时间最长，平均为120ms，但是为了数据最新，最好是隔200ms读取一次。值得一提的是，寄存器数据不会清零，因此亦可以不延迟直接读取，只是有点误差。
现在，是读取模式，与之前的0x23 + R0 = 0x46的地址不同，读取模式是0x23 + W1 = 0x47的地址。
因此数据结构为：0x47 WaitACK 读出的数据 WaitACK
第四步：计算实际光照值
前面读出来的值，显然的是BH1750内部传感器的值，并不是真实的光照强度值，根据手册，我们需要转换一下。
H模式： 光照强度 = 1 / 1.2 * (寄存器值[15:0] * 分辨率)单位是lx
H2模式：光照强度 = 1 / 1.2 * (寄存器值[15:0] * 分辨率) / 2单位是lx
BH1750的指令和测量模式 所有指令
名称
地址
注释
断电 Power Down
0000_0000
无激活状态 No active state.
上电 Power On
0000_0001
通电等待测量指令 Waiting for measurement command.
重置 Reset
0000_0111
重置寄存器的所有值 Reset Data register value. Reset command is not acceptable in Power Down mode.
连续H分辨率模式 Continuously H-Resolution Mode
0001_0000
在1lx分辨率下开始连续测量 Start measurement at 1lx resolution. Measurement Time is typically 120ms.
连续H分辨率模式2 Continuously H-Resolution Mode2
0001_0001
在0.5lx分辨率下开始连续测量 Start measurement at 0.5lx resolution. Measurement Time is typically 120ms.
连续L分辨率模式 Continuously L-Resolution Mode
0001_0011
在4lx分辨率下开始连续测量 Start measurement at 4lx resolution. Measurement Time is typically 16ms.
一次H分辨率模式 One Time H-Resolution Mode
0010_0000
在1lx分辨率下开始测量一次，完成后进入断电模式 Start measurement at 1lx resolution. Measurement Time is typically 120ms. It is automatically set to Power Down mode after measurement.
一次H分辨率模式2 One Time H-Resolution Mode2
0010_0001
在0.5lx分辨率下开始测量一次，完成后进入断电模式 Start measurement at 0.5lx resolution. Measurement Time is typically 120ms. It is automatically set to Power Down mode after measurement.
一次L分辨率模式 One Time L-Resolution Mode
0010_0011
在4lx分辨率下开始测量一次，完成后进入断电模式 Start measurement at 4lx resolution. Measurement Time is typically 16ms. It is automatically set to Power Down mode after measurement.
Change Measurement time ( High bit )
01000_MT[7,6,5]
Change measurement time. ※ Please refer “adjust measurement result for influence of optical window.”
Change Masurement time ( Low bit )
011_MT[4,3,2,1,0]
Change measurement time. ※ Please refer “adjust measurement result for influence of optical window.”
各类测量模式
测量模式
精度
测量时间
注释
一次H分辨率模式
1 lx
120ms
进行一次测量，测量完成后会切换到断电模式
一次H分辨率模式2
0.5 lx
120ms
进行一次测量，测量完成后会切换到断电模式
一次L分辨率模式
4 lx
16ms
进行一次测量，测量完成后会切换到断电模式
连续H分辨率模式
1 lx
120ms
会自动进行连续测量，无需重复配置
连续H分辨率模式2
0.5 lx
120ms
会自动进行连续测量，无需重复配置
连续L分辨率模式
4 lx
16ms
会自动进行连续测量，无需重复配置
编程和代码部分 下面的编程我以stm32为例，I2C和BH1750都是标准协议，其实换成其他单片机或者系统，程序也是基本一样的，不同的只是GPIO口的不同。
这边用的就还是软件模拟I2C的方式，没有用硬件I2C。
1. 头文件定义部分 #ifndef __BH1750_H__ #define __BH1750_H__ #include "stm32f10x.h" #include "Delay.h" /** * author: 御枫林下 on Tue, 28 May 2024 * brief: 宏定义GOIO引脚 * param: void * return: void **/ #define BH1750_I2C_GPIO_Port GPIOB #define BH1750_I2C_SCL_GPIOPin GPIO_Pin_6 #define BH1750_I2C_SDA_GPIOPin GPIO_Pin_7 #define BH1750_I2C_SCL(x) GPIO_WriteBit(BH1750_I2C_GPIO_Port, BH1750_I2C_SCL_GPIOPin, (x)) #define BH1750_I2C_SDA(x) GPIO_WriteBit(BH1750_I2C_GPIO_Port, BH1750_I2C_SDA_GPIOPin, (x)) #define BH1750_I2C_SDARead() GPIO_ReadInputDataBit(BH1750_I2C_GPIO_Port, BH1750_I2C_SDA_GPIOPin) #define HIGH Bit_SET #define LOW Bit_RESET /** * author: 御枫林下 on Tue, 28 May 2024 * brief: 宏定义BH1750相关地址 **/ #define BH1750_ADDRESS 0x46 #define BH1750_CMD_AddWrite 0x46 #define BH1750_CMD_AddRead 0x47 #define BH1750_CMD_PowOn 0x01 #define BH1750_CMD_ModeH1 0x10 /** * author: 御枫林下 on Wed, 21 May 2024 * brief: 过滤需要用到的函数 * note: 不在此列的函数，无法在外部调用。为了保证函数在本体的可用性，在源文件内会重新定义一次。 **/ void BH1750_Init(void); uint16_t BH1750_FluxValue(void); uint16_t BH1750_ReadData(void); #endif
2. BH1750部分 #include "BH1750.h" /** * author: 御枫林下 on Wed, 21 May 2024 * brief: 定义所有函数 **/ static void BH1750_I2C_GPIOInit(void); void BH1750_I2C_Start(void); void BH1750_I2C_Stop(void); void BH1750_I2C_SendByte(uint8_t Byte); uint8_t BH1750_I2C_ReadByte(void); uint8_t BH1750_I2C_WaitAck(void); uint16_t BH1750_FluxValue(void); void BH1750_Init(void); /** * author: 御枫林下 on Wed, 21 May 2024 * brief: GPIO初始化函数 * param: void * return: void **/ static void BH1750_I2C_GPIOInit(void) { RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE); GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = BH1750_I2C_SCL_GPIOPin | BH1750_I2C_SDA_GPIOPin; GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_OD; GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz; GPIO_Init(BH1750_I2C_GPIO_Port, &GPIO_InitStructure); BH1750_I2C_SDA(HIGH); BH1750_I2C_SCL(HIGH); } void BH1750_I2C_Start(void) { BH1750_I2C_SDA(HIGH); BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); BH1750_I2C_SDA(LOW); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(LOW); Delay_us(10); } void BH1750_I2C_Stop(void) { BH1750_I2C_SCL(LOW); BH1750_I2C_SDA(LOW); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); BH1750_I2C_SDA(HIGH); Delay_us(10); } void BH1750_I2C_SendByte(uint8_t Byte) { for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { BH1750_I2C_SDA(Byte & (0x80 >> i) ? HIGH : LOW); BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(LOW); Delay_us(10); } } uint8_t BH1750_I2C_ReadByte(void) { uint8_t byte = 0x00; BH1750_I2C_SDA(HIGH); Delay_us(10); for (uint8_t i = 0; i < 8; i++) { BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); if (BH1750_I2C_SDARead()) { byte |= (0x80 >> i); } BH1750_I2C_SCL(LOW); Delay_us(10); } return byte; } uint8_t BH1750_I2C_WaitAck(void) { uint8_t AckTag = 0; BH1750_I2C_SDA(HIGH); BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); if (BH1750_I2C_SDARead()) { AckTag = 1; } BH1750_I2C_SCL(LOW); Delay_us(10); return AckTag; } void BH1750_I2C_SendAck(void) { BH1750_I2C_SDA(LOW); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(LOW); Delay_us(10); } void BH1750_I2C_SendNAck(void) { BH1750_I2C_SDA(HIGH); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(HIGH); Delay_us(10); BH1750_I2C_SCL(LOW); Delay_us(10); } uint8_t BH1750_SendData(uint8_t data) { BH1750_I2C_Start(); BH1750_I2C_SendByte(BH1750_CMD_AddWrite); if (BH1750_I2C_WaitAck()) { BH1750_I2C_Stop(); return 1; } BH1750_I2C_SendByte(data); if (BH1750_I2C_WaitAck()) { BH1750_I2C_Stop(); return 2; } BH1750_I2C_Stop(); return 0; } uint16_t BH1750_ReadData(void) { uint8_t MSB, LSB; BH1750_I2C_Start(); BH1750_I2C_SendByte(BH1750_CMD_AddRead); if (BH1750_I2C_WaitAck()) { BH1750_I2C_Stop(); return 0; } MSB = BH1750_I2C_ReadByte(); BH1750_I2C_SendAck(); LSB = BH1750_I2C_ReadByte(); BH1750_I2C_SendNAck(); BH1750_I2C_Stop(); return (MSB << 8) | LSB; } /** * author: 御枫林下 on Wed, 21 May 2024 * brief: BH1750读取并转换光照值函数 * param: void * return: float temp 返回Flux单位的光照值 * note: 需要先调用BH1750_Init()函数初始化整个BH1750后，才能调用. **/ uint16_t BH1750_FluxValue(void) { uint16_t temp = 0; uint16_t raw_data = BH1750_ReadData(); temp = raw_data / 1.2; return temp; } void BH1750_Init(void) { BH1750_I2C_GPIOInit(); BH1750_SendData(BH1750_CMD_PowOn); BH1750_SendData(BH1750_CMD_ModeH1); }
3. Delay函数 #include "Delay.h" /** * @brief 微秒级延时 * @param xus 延时时长，范围：0~233015 * @retval 无 */ void Delay_us(uint32_t xus) { SysTick->LOAD = 72 * xus; //设置定时器重装值 SysTick->VAL = 0x00; //清空当前计数值 SysTick->CTRL = 0x00000005; //设置时钟源为HCLK，启动定时器 while(!(SysTick->CTRL & 0x00010000)); //等待计数到0 SysTick->CTRL = 0x00000004; //关闭定时器 } /** * @brief 毫秒级延时 * @param xms 延时时长，范围：0~4294967295 * @retval 无 */ void Delay_ms(uint32_t xms) { while(xms--) { Delay_us(1000); } } /** * @brief 秒级延时 * @param xs 延时时长，范围：0~4294967295 * @retval 无 */ void Delay_s(uint32_t xs) { while(xs--) { Delay_ms(1000); } }
4. 主函数 #include "stm32f10x.h" // Device header #include "USART1.h" #include "BH1750.h" int main() { USART1_Init(); BH1750_Init(); while(1) { USART1_Printf("BH1750: %d \r", BH1750_FluxValue()); Delay_ms(500); } }
读取的时候直接调用BH1750_FluxValue()函数即可以直接读取出数值。
