基于BH1750的光照度检测.docx
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基于BH1750的光照度检测
成绩评定：
传感器技术
课程设计
题目基于BH1750光照度检测
摘要
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丌关式光电传感器。
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，并且电路设汁较为简单，容易实现与集成。
关键词：
微控制器液晶显示器I2C总线
一、设计目的
二、设计任务与要求
2.1设计任务
2.2设计要求
三、设计步骤及原理分析
3.1设计方法
3.2设计步骤
3.3设计原理分析
四、课程设计小结与体会
五、参考文献
一、设计目的
设计一种基于光强度传感器BH1750FVI的光照度检测仪，采用低成本的微控制器进行控制，利用I2C总线接口进行数据传输，可在普通的NOKIA5110液晶显示器上进行光强度测量值的实时显示。
二、设计任务与要求
2.1设计任务
针对传统测光系统结构复杂、容易受到红外、紫外等干扰光线的影响等弊端，改选新型单片测光芯片BH1750作为光强采集器，设计并实现了一个测光系统.
2.2设计要求
能够快速检测环境的光照强度且能够在NOKIA5110液晶显示器上进行数值显示。
三、设计步骤及原理分析
3.1设计方法
BH1750是半导体制造商ROHM为适应以移动电话手机为首的便携式机器和液晶电视等的要求而开发出的具有优良光谱灵敏度特性、16bit串行输出的单片数字照度传感器.由于其面世不久，关于它的资料十分稀少，目前有关BH1750的实用资料仅有一份其官方网站发布的英文版芯片手册.在参考该手册基础上，结合实际测试经验，和事例程序进行设计。
3.2设计步骤
1．先了解光强度传感器BH1750FVI。
2.设计检测液晶数据的设计方案
3.监测系统结构设计
4．系统软件驱动设计
3.3设计原理分析
1.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，可以根据收集的光线强度数据来进行，其具有1～65535lx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.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显不驱动芯片，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。
2．1NOKIA5110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，这时需要一个RES低电平脉冲进行复位。
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。
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。
存水平寻址模式时（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．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，测量仪电路图如图3所示。
4.#include
#include//Keillibrary
#include//Keillibrary
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineDataPortP0//LCD1602数据端口
sbitSCL=P1^0;//IIC时钟引脚定义
sbitSDA=P1^1;//IIC数据引脚定义
sbitLCM_RS=P2^0;//LCD1602命令端口
sbitLCM_RW=P2^1;//LCD1602命令端口
sbitLCM_EN=P2^2;//LCD1602命令端口
#defineSlaveAddress0x46//定义器件在IIC总线中的从地址,根据ALTADDRESS地址引脚不同修改
//ALTADDRESS引脚接地时地址为0x46，接电源时地址为0xB8
typedefunsignedcharBYTE;
typedefunsignedshortWORD;
BYTEBUF[8];//接收数据缓存区
ucharge,shi,bai,qian,wan;//显示变量
intdis_data;//变量
voiddelay_nms（unsignedintk）;
voidInitLcd（）;
voidInit_BH1750（void）;
voidWriteDataLCM（uchardataW）;
voidWriteCommandLCM（ucharCMD,ucharAttribc）;
voidDisplayOneChar（ucharX,ucharY,ucharDData）;
voidconversion（uinttemp_data）;
voidSingle_Write_BH1750（ucharREG_Address）;//单个写入数据
ucharSingle_Read_BH1750（ucharREG_Address）;//单个读取内部寄存器数据
voidMultiple_Read_BH1750（）;//连续的读取内部寄存器数据
//------------------------------------
voidDelay5us（）;
voidDelay5ms（）;
voidBH1750_Start（）;//起始信号
voidBH1750_Stop（）;//停止信号
voidBH1750_SendACK（bitack）;//应答ACK
bitBH1750_RecvACK（）;//读ack
voidBH1750_SendByte（BYTEdat）;//IIC单个字节写
BYTEBH1750_RecvByte（）;//IIC单个字节读
//-----------------------------------
//*********************************************************
voidconversion（uinttemp_data）//数据转换出个，十，百，千，万
{
wan=temp_data/10000+0x30;
temp_data=temp_data%10000;//取余运算
qian=temp_data/1000+0x30;
temp_data=temp_data%1000;//取余运算
bai=temp_data/100+0x30;
temp_data=temp_data%100;//取余运算
shi=temp_data/10+0x30;
temp_data=temp_data%10;//取余运算
ge=temp_data+0x30;
}
//毫秒延时**************************
voiddelay_nms（unsignedintk）
{
unsignedinti,j;
for（i=0;i{
for（j=0;j<121;j++）
{;}}
}
/*******************************/
voidWaitForEnable（void）
{
DataPort=0xff;
LCM_RS=0;LCM_RW=1;_nop_（）;
LCM_EN=1;_nop_（）;_nop_（）;
while（DataPort&0x80）;
LCM_EN=0;
}
/*******************************/
voidWriteCommandLCM（ucharCMD,ucharAttribc）
{
if（Attribc）WaitForEnable（）;
LCM_RS=0;LCM_RW=0;_nop_（）;
DataPort=CMD;_nop_（）;
LCM_EN=1;_nop_（）;_nop_（）;LCM_EN=0;
}
/*******************************/
voidWriteDataLCM（uchardataW）
{
WaitForEnable（）;
LCM_RS=1;LCM_RW=0;_nop_（）;
DataPort=dataW;_nop_（）;
LCM_EN=1;_nop_（）;_nop_（）;LCM_EN=0;
}
/***********************************/
voidInitLcd（）
{
WriteCommandLCM（0x38,1）;
WriteCommandLCM（0x08,1）;
WriteCommandLCM（0x01,1）;
WriteCommandLCM（0x06,1）;
WriteCommandLCM（0x0c,1）;
}
/***********************************/
voidDisplayOneChar（ucharX,ucharY,ucharDData）
{
Y&=1;
X&=15;
if（Y）X|=0x40;
X|=0x80;
WriteCommandLCM（X,0）;
WriteDataLCM（DData）;
}
/**************************************
延时5微秒（STC90C52RC@12M）
不同的工作环境,需要调整此函数，注意时钟过快时需要修改
当改用1T的MCU时,请调整此延时函数
**************************************/
voidDelay5us（）
{
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;_nop_（）;
}
/**************************************
延时5毫秒（STC90C52RC@12M）
不同的工作环境,需要调整此函数
当改用1T的MCU时,请调整此延时函数
**************************************/
voidDelay5ms（）
{
WORDn=560;
while（n--）;
}
/**************************************
起始信号
**************************************/
voidBH1750_Start（）
{
SDA=1;//拉高数据线
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SDA=0;//产生下降沿
Delay5us（）;//延时
SCL=0;//拉低时钟线
}
/**************************************
停止信号
**************************************/
voidBH1750_Stop（）
{
SDA=0;//拉低数据线
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SDA=1;//产生上升沿
Delay5us（）;//延时
}
/**************************************
发送应答信号
入口参数:
ack（0:
ACK1:
NAK）
**************************************/
voidBH1750_SendACK（bitack）
{
SDA=ack;//写应答信号
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
}
/**************************************
接收应答信号
**************************************/
bitBH1750_RecvACK（）
{
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
CY=SDA;//读应答信号
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
returnCY;
}
/**************************************
向IIC总线发送一个字节数据
**************************************/
voidBH1750_SendByte（BYTEdat）
{
BYTEi;
for（i=0;i<8;i++）//8位计数器
{
dat<<=1;//移出数据的最高位
SDA=CY;//送数据口
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
}
BH1750_RecvACK（）;
}
/**************************************
从IIC总线接收一个字节数据
**************************************/
BYTEBH1750_RecvByte（）
{
BYTEi;
BYTEdat=0;
SDA=1;//使能内部上拉,准备读取数据,
for（i=0;i<8;i++）//8位计数器
{
dat<<=1;
SCL=1;//拉高时钟线
Delay5us（）;//延时
dat|=SDA;//读数据
SCL=0;//拉低时钟线
Delay5us（）;//延时
}
returndat;
}
//*********************************
voidSingle_Write_BH1750（ucharREG_Address）
{
BH1750_Start（）;//起始信号
BH1750_SendByte（SlaveAddress）;//发送设备地址+写信号
BH1750_SendByte（REG_Address）;//内部寄存器地址，
//BH1750_SendByte（REG_data）;//内部寄存器数据，
BH1750_Stop（）;//发送停止信号
}
//********单字节读取*****************************************
/*
ucharSingle_Read_BH1750（ucharREG_Address）
{ucharREG_data;
BH1750_Start（）;//起始信号
BH1750_SendByte（SlaveAddress）;//发送设备地址+写信号
BH1750_SendByte（REG_Address）;//发送存储单元地址，从0开始
BH1750_Start（）;//起始信号
BH1750_SendByte（SlaveAddress+1）;//发送设备地址+读信号
REG_data=BH1750_RecvByte（）;//读出寄存器数据
BH1750_SendACK
（1）;
BH1750_Stop（）;//停止信号
returnREG_data;
}
*/
//*********************************************************
//
//连续读出BH1750内部数据
//
//*********************************************************
voidMultiple_read_BH1750（void）
{uchari;
BH1750_Start（）;//起始信号
BH1750_SendByte（SlaveAddress+1）;//发送设备地址+读信号
for（i=0;i<3;i++）//连续读取2个地址数据，存储中BUF
{
BUF[i]=BH1750_RecvByte（）;//BUF[0]存储0x32地址中的数据
if（i==3）
{
BH1750_SendACK
（1）;//最后一个数据需要回NOACK
}
else
{
BH1750_SendACK（0）;//回应ACK
}
}
BH1750_Stop（）;//停止信号
Delay5ms（）;
}
//初始化BH1750，根据需要请参考pdf进行修改****
voidInit_BH1750（）
{
Single_Write_BH1750（0x01）;
}
//*********************************************************
//主程序********
//*********************************************************
voidmain（）
{
floattemp;
delay_nms（100）;//延时100ms
InitLcd（）;//初始化LCD
Init_BH1750（）;//初始化BH1750
while
（1）//循环
{
Single_Write_BH1750（0x01）;//poweron
Single_Write_BH1750（0x10）;//H-resolutionmode
delay_nms（180）;//延时180ms
Multiple_Read_BH1750（）;//连续读出数据，存储在BUF中
dis_data=BUF[0];
dis_data=（dis_data<<8）+BUF[1];//合成数据，即光照数据
temp=（float）dis_data/1.2;
conversion（temp）;//计算数据和显示
DisplayOneChar（0,0,'L'）;
DisplayOneChar（1,0,'i'）;
DisplayOneChar（2,0,'g'）;
DisplayOneChar（3,0,'h'）;
DisplayOneChar（4,0,'t'）;
DisplayOneChar（5,0,':
'）;
DisplayOneChar（7,0,wan）;//显示数据
DisplayOneChar（8,0,qian）;
DisplayOneChar（9,0,bai）;
DisplayOneChar（10,0,shi）;
DisplayOneChar（11,0,ge）;
DisplayOneChar（13,0,'l'）;////显示数单位
DisplayOneChar（14,0,'x'）;
}
}
以上程序为液晶1602事例程序来之互联网仅供参考
四、课程设计小结与体会
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。
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。
体会：
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