物联网AI MicroPython传感器学习 之 BH1750数字光强传感器

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一、产品简介

BH1750 是罗姆（ROHM）半导体集团出品的数字光强传感器，也称作光敏传感器。广泛应用于移动手机、LCD电视、电脑PC、掌上游戏机、数码相机、数码摄像机、汽车导航、PDA、LCD显示屏幕等等。

二、技术参数

• I2C总线接口，支持快速或标准模式（F/S模式）
• 近似人眼的光谱反应能力
• 光照度到数字信号的转换器
• 宽范围和高分辨率（1-65535lx）
• 通过断电达到低电流
• 50Hz / 60Hz 光噪声抑制功能
• 1.8v逻辑输入接口
• 不需要任何外围电路
• 光源依赖性小。（例如，可用于白炽灯、荧光灯、卤素灯、白光 LED、太阳光）
• 可选择 2种 I2C 从地址
• 红外线影响很小
• WSOF6I 封装 2.6mm * 1.6mm

三、软件接口

注：获取值单位为勒克斯 （lux，法定符号lx）是照度（luminance）的单位。

BH1750(i2cObj) - 创建BH1750驱动对象

• 函数原型：

bh1750Obj = BH1750(i2cObj)

• 参数说明：

参数	类型	必选参数？	说明
i2cObj	I2C	是	传入I2C对象

• 返回值：
  BH1750对象成功，返回BH1750对象；BH1750对象创建失败，抛出Exception
• 示例代码：

from machine import I2C, Pin              # 驱动库
import bh1750                        # BH1750温湿度传感器驱动库

# 初始化I2C类型的设备
i2cObj = I2C(1, scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=400000)          
print("BH1750 inited!")
bh1750Obj = bh1750.BH1750(i2cObj)  # 初始化BH1750传感器对象

• 输出：

BH1750 inited!

getLuminance - 获取照度值

• 函数功能：
  发起测量请求，等待测量完成后（24ms），获取照度值并返回
• 函数原型：

bh1750Obj.getLuminance()

• 参数说明：
  无
• 返回值：
  成功返回光强测量结果（数据类型：浮点型；单位：照度）；失败抛出Exception
• 示例：

from machine import I2C, Pin              # 驱动库
import bh1750                        # BH1750温湿度传感器驱动库

# 初始化I2C类型的设备
i2cObj = I2C(1, scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=400000)          
print("BH1750 inited!")
bh1750Obj = bh1750.BH1750(i2cObj)  # 初始化BH1750传感器对象

ret = bh1750Obj.getLuminance()
print("luminance is ", ret, "lx")

• 输出：

BH1750 inited!
luminance is 115lx

四、接口案例

• 代码：

# Python代码
import utime   # 延时函数在utime库中
from machine import I2C, Pin              # 驱动库
import bh1750                        # BH1750温湿度传感器驱动库

if __name__ == '__main__':
    # 初始化I2C类型的设备
    i2cObj = I2C(1, scl=Pin(22), sda=Pin(21), freq=400000)          
    print("BH1750 inited!")
    if i2cObj != 0:
        raise Exception('can not open i2c')
    # 初始化 BH1750 传感器
    dbh1750Obj = bh1750.BH1750(i2cObj)  # 初始化BH1750传感器对象
    while True:             # 无限循环
        val = dbh1750Obj.getLuminance()  # 获取光照度
        print('luminance is %s lx' % val)
        utime.sleep(1)

• 输出：

BH1750 inited!
...
luminance is 44.16667 lx
...
luminance is 30.0 lx
...

五、通信协议

主控芯片和 BH1750 传感器之间通信所用命令字如下表所示：

序号	命令字	功能说明	命令字宏定义
1	0b0000_0000	关电 - Power Down	CMD_POWER_DOWN
2	0b0000_0001	上电 - Power On	CMD_POWER_ON
3	0b0000_0111	复位 - Reset	CMD_RESET
4	0b0001_0000	连续测量、高分辨率模式 - Continuously H-Resolution Mode	CMD_CONT_H_MODE
5	0b0001_0001	连续测量、高分辨率模式2 - Continuously H-Resolution Mode2	CMD_CONT_H_MODE2
6	0b0001_0011	连续测量、低分辨率模式 - Continuously L-Resolution Mode	CMD_CONT_L_MODE
7	0b0010_0000	一次测量、高分辨率模式 - One Time H-Resolution Mode	CMD_ONE_H_MODE
9	0b0010_0001	一次测量、高分辨率模式2 - One Time H-Resolution Mode2	CMD_ONE_H_MODE2
10	0b0010_0011	一次测量、低分辨率模式 - One Time L-Resolution Mode	CMD_ONE_L_MODE

实际控制此传感器的流程可参考如下伪代码。

• 一次获取数据

    通过 I2C 发送 CMD_ONE_H_MODE、CMD_ONE_H_MODE2、CMD_ONE_L_MODE
    高分辨率等待 180ms，低分辨率等待 24ms MAX.，传感器完成测量
    HIGH_BYTE, LOW_BYTE = 通过I2C发起读操作（2字节）

    将两次读操作读到的字节组合成实际光照度（HIGH_BYTE << 8 | LOW_BYTE）

    如果需要新测量值，则需要再发起测量命令，因此此时传感器状态已为 Power Down

• 连续获取数据

    通过 I2C 发送 CMD_CONT_H_MODE、CMD_CONT_H_MODE2、CMD_CONT_L_MODE
    高分辨率等待 180ms，低分辨率等待 24ms MAX.，传感器完成测量
    HIGH_BYTE, LOW_BYTE = 通过I2C发起读操作（2字节）

    将两次读操作读到的字节组合成实际光照度（HIGH_BYTE << 8 | LOW_BYTE）

    如果需要新测量值，则继续发起读命令，高分辨率需要间隔 120ms，低分辨率需要间隔 16ms TYP.

六、工作原理

从如下方框图可以看到 BH1750 内部集成了PD（Photo-Diode）光电二极管，信号放大后通过ADC采样输入到I2C控制器种。通过数字接口IIC读取数据。

引脚分布如下，左侧依次为 VCC、ADDR、GND，其中ADDR为I2C地址选择引脚可以上拉或下拉选择不同地址。示例中我们采用下拉方式。右侧为SCL、DVI、SDA，其中SCL、SDA为I2C协议数据&时钟传输线。

参考文献及购买链接

[1] BH1750传感器介绍
[2] BH1750传感器购买链接