Ambient Light Sensor / 環境光傳感器： BH1750FVI
簡介： 環境光傳感器
- 廠商： ROHM
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- 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：
- 資料寄存器： 測量的環境光資料（即，内部 ADC 轉換出的資料，為 16bit），初始值為 “0000 0000 0000 0000”
- 測量時間寄存器： 測量時間，初始值為 “0100 0101”
OSC 為内部電路提供時鐘，典型值為 320KHz
管腳定義：
| 管腳編号 | 管腳名稱 | 描述 |
|---|---|---|
| 1 | VCC | 電源腳 |
| 2 | ADDR | ADDR = H（>= 0.7xVCC），slave 位址為 “1011 100”； ADDR = L（=< 0.3xVCC），slave 位址為 “0100 011”。電路結構為 3 state buffer |
| 3 | GND | 地 |
| 4 | SDA | I2C 串行資料接口 |
| 5 | DVI | I2C 總線的參考電平；内部寄存器異步複位：DVI <= 0.4V， at least 1us。BH1750FVI is pulled down by 150K while DVI=L |
| 6 | SCL | I2C 串行時鐘接口 |
上電及複位操作：
- 異步複位： DVI 需要在 VCC 供電後維持超過 1us 的低電平，以保證内部邏輯正确進入 Power Down Mode
- 複位指令： 即 “0000 0111”，用來清除先前采集的資料。該指令在 Power Down Mode 下無效。
應用電路設計：
設計中，需要保證 DVI 與 VCC 之間的時序關系，一般有兩種方案可以實作：
1）MCU 控制 DVI 信号：
2）VCC 與 DVI 之間嵌入 RC 電路實作：
推薦 R = 1K，C = 1uF。 當 VCC 關掉時，由于 RC 的存在，DVI 的電壓會比 VCC 高，但是在我們推薦的 RC 參數下，并不會對晶片造成損壞。該參數在電路闆上實測 Reset Section 約在 1ms，遠滿足需求。
軟體 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：等待測量指令 |
| Reset | 0000 0111 | 複位資料寄存器。掉電模式下，Reset 指令無效 |
| 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，用于抵消光學視窗（optical window）帶來的影響。
具體通過調整測量時間來實作。MTreg 的調整範圍為： “0001 1111/31” ~ “1111 1110/254”，預設值 “0100 0101/69”
比如，光學視窗的透過率為 50%，測量結果則變為之前的一半。通過調整測量時間為 2 倍，可将測量結果彌補到光學視窗透過率為 100% 的值。舉個例子，将預設測量值 “0100 0101” 調整為 2 倍 “1000 1010”：
240ms 後，測量資料将被存入 Data Register。
“指令寫入及測量值”示例
假定，ADDR = L，slave 位址為 “0100 011”
例如讀取到的 High Byte 為 “1000 0011” 和 Low Byte 為 “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（資料包含兩個位元組）：
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 為 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);
擷取光強資料并計算為 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：
預設：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：
- 器件背部的 exposed central pad 不做電氣屬性連接配接，更不要焊接；
- 避免在強磁場中使用，否則可能出現故障；