基于BH1750FVI的室内光照强度测量仪※

云中华，白天蕊

（西南交通大学信息科学与技术学院，成都610031）

引 言

传统的光照传感器主要采用光敏电阻，光敏电阻的光电流与光照度之间的关系称为光电特性。光敏电阻的光电特性呈非线性，因此不适宜作检测元件，在自动控制中它常被用作开关式光电传感器。光敏电阻需要用A／D转换器将其信号转换为数字信号，电路复杂，费用高。而且，光敏电阻进行光强度采集不够理想。针对光敏电阻的诸多缺点，提出了一种利用16位高精度数字光强度传感器BH1750FVI进行光强度检测仪的设计方案，利用I2C总线接口数字型光强度传感器，可以避免A／D转换系统带来的误差，可在NOKIA5110液晶显示器上进行测量数值的显示。该系统具有光强度采集精度较高、实时性较强等优点，并且电路设计较为简单，容易实现与集成。

1 光强度传感器BH1750FVI

不区分光源数字型环境光强度传感器BH1750FVI是日本RHOM株式会社近些年推出的一种两线式串行总线接口的集成电路，可以根据收集的光线强度数据来进行环境监测，其具有1～65 535lx的高分辨率，可支持较大范围的光照强度变化。BH1750FVI结构框图如图1所示。

从结构框图可容易看出，外部光照被接近人眼反应的高精度光敏二极管PD探测到后，通过集成运算放大器将PD电流转换为PD电压，由模数转换器获取16位数字数据，然后被逻辑和IC界面进行数据处理与存储。OSC为内部的振荡器提供内部逻辑时钟，通过相应的指令操作即可读取出内部存储的光照数据。数据传输使用标准的I2C总线，按照时序要求操作起来也非常方便。

2 监测数据的液晶显示方案

NOKIA5110是一款价廉的液晶显示器，该显示器可以显示15个汉字、30个字符，仅仅需要4根I／O数据线，其工作电压为3.3V。它采用NXP公司的PCD8544显示驱动芯片，NOKIA5110可以使用没有MISO只有MOSI的SPI协议，可以利用硬件SPI，但通常只需要软件程序模拟即可，数据传输需要严格按照手册中串行接口时序图编写。其运行速度十分理想，是LCD12864显示器的20倍，LCD1602显示器的40倍，适用于对反应灵敏度有要求的场合。

图1 BH1750FVI结构框图

2.1 NOKIA5110液晶显示器的初始化

接通电源后，NOKIA5110液晶显示器的内部寄存器和RAM的内容是不确定的，这时需要冲进行复位。当VDD变为高电平，达到或高于VDD的最小值之后，给NOKIA5110显示模块的复位端RST引脚输入低电平（要求复位电平＜0.3VDD），便进行了NOKIA5110液晶显示器的复位。图2为NOKIA5110液晶显示器的复位时序图。

图2 NOKIA5110复位时序图

2.2 设置NOKIA5110液晶显示器的坐标

通过查询NOKIA5110液晶显示器的指令集与手册可以知道其功能设置命令的H和V。其中:H＝0使用基本指令集命令，H＝1使用扩展指令集命令，V＝0水平寻址，V＝1垂直寻址。数据以字节8位为单位下载到PCD8544的48×84位显示数据RAM矩阵。列通过地址指针寻址，地址范围为X:0～83（1010011）；Y:0～5（101）。

在垂直寻址模式时（V＝1），Y地址在每个字节之后递增，经最后的Y地址（Y＝5）之后，Y绕回0，X递增到下一列的地址。在水平寻址模式时（V＝0），X地址在每个字节之后递增，经最后的X地址（X＝83）之后，X绕回0，Y递增到下一行的地址。经每一个最后地址之后（X＝83，Y＝5），地址指针绕回地址（X＝0，Y＝0）。

2.3 显示方式

显示汉字可以采用两种点阵方式，一种是12×12点阵，一种是16×16点阵。采用12×12点阵汉字时，由于不是8的整数倍数，因此行与行之间只能隔开，这样才能完整显示一个汉字。英文字符占用6×8个点阵，可以通过建立一个ASCII的数组来进行寻址。

3 监测系统结构设计

利用BH1750FVI和NOKIA5110液晶显示器进行系统结构的设计，其中NOKIA5110需要使用5个I／O口，RST复位端、SCE芯片使能端、DC模式选择端、DIN数据线、CLK时钟线分别接到单片机的P2.1～P2.5口。由于BH1750FVI使用低电压3.3V，而传统单片机使用的是5V电压，故需要一个3.3V电源芯片662k输出稳定的3.3V电压，BH1750FVI光强度传感器的ADDR端口接地，另需使用两个I／O接口，其中时钟端SCL，数据端SDA分别外接到了单片机的P3.1和P3.2口（此处单片机未画入图中）。测量仪电路图如图3所示。

图3 测量仪电路图

4 系统软件驱动设计

软件部分包括BH1750FVI数据采集、NOKIA5110液晶显示器、I2C数据总线、单片机控制等几部分。限于篇幅本文仅给出其重要驱动模块的程序代码。

4.1 光强度传感器BH1750FVI数据采集部分

光强度传感器采集过来的数据被存储在数据寄存器中，将数据读出后要进行数据转换，把个十百千万每位数据换算出来，然后用于程序调用。

（1）数据转换程序段

4.2 液晶显示器NOKIA5110液晶驱动部分

NOKIA5110液晶操作首先需要初始化，然后执行清屏、写入数据等操作。NOKIA5110初始化程序如下:void initNokia5110（void）｛

结 语

本文利用16位数字光强度传感器BH1750FVI和普通的51单片机设计了数字光照强度的数据实时采集与显示。由于光强度传感器精度高，I2C总线接口简单易用，NOKIA5110液晶显示器使用方便、体积较小等特性，较为价廉地实现了高精度数字光照强度的实时采集。经过实验证明其反应速度非常灵敏，测量精度高，适合于对精度要求较高的场合。

编者注:本文为期刊缩略版，全文见本刊网站www.mesnet.com.cn。

［1］ROHM.BH1750FVI光强度传感器数据手册［EB／OL］.［2012－02－07］.http:／／www.rohm.com.

［2］Philips.PCD8544 48×84点矩阵LCD控制／驱动手册［EB／OL］.［2012－02－07］.http:／／www.semiconductors.philips.com.

［3］马忠梅，张凯.单片机的C语言应用程序设计［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2007.

［4］商丽娟.I2C总线在监控检测系统中的应用［J］.计算机与网络，2001（18）.

［5］邬宽明.单片机外围器件实用手册［M］.北京:北京航空航天大学出版社，1998.