基于BH1750FVI的室內光照強度測量儀

摘要：設計一種基于光強度傳感器BH1750FVI的光照強度測量儀，采用低成本的微控制器進行控制，利用I2C總線接口進行數據傳輸，可在普通的NOKIA5110液晶顯示器上進行光照強度測量值的實時顯示。實驗結果表明該系統能有效地實現0～65 535 lx范圍內的光照強度的準確監測，是一種高性能的光強度監測裝置。
關鍵詞：BH1750FVI；NOKIA5110液晶；I2C總線接口；實時測量；MCU

引言
傳統的光照傳感器主要采用光敏電阻，光敏電阻的光電流與光照度之間的關系稱為光電特性。光敏電阻的光電特性呈非線性，因此不適宜作檢測元件，在自動控制中它常被用作丌關式光電傳感器。光敏電阻需要用A／D轉換器將其信號轉換為數字信號，電路復雜，費用高。而且，光敏電阻進行光強度采集不夠理想。針對光敏電阻的諸多缺點，提出了一種利用16位高精度數字光強度傳感器BH1750FVI進行光強度檢測儀的設計方案，利用I2C總線接口數字型光強度傳感器，可以避免A／D轉換系統帶來的誤差，可在NOKIA5110液晶顯示器上進行測量數值的顯示。該系統具有光強度采集精度較高、實時性較強等優點，并且電路設汁較為簡單，容易實現與集成。

1 光強度傳感器BH1750FVI
不區分光源數字型環境光強度傳感器BH1750FVI是日本RHOM株式會社近些年推出的一種兩線式串行總線接口的集成電路，可以根據收集的光線強度數據來進行環境監測，其具有1～65 535 lx的高分辨率，可支持較大范圍的光照強度變化。BH1750FVI結構框圖如圖1所示。

從結構框圖可容易看出，外部光照被接近人眼反應的高精度光敏二極管PD探測到后，通過集成運算放大器將PD電流轉換為PD電壓，由模數轉換器獲取16位數字數據，然后被邏輯和IC界面進行數據處理與存儲。OSC為內部的振蕩器提供內部邏輯時鐘，通過相應的指令操作即可讀取出內部存儲的光照數據。數據傳輸使用標準的I2C總線，按照時序要求操作起來也非常方便。

2 監測數據的液晶顯示方案
NOKIA5110是一款價廉的液晶顯示器，該顯示器可以顯示15個漢字、30個字符，僅僅需要4根I／O數據線，其工作電壓為3．3 V。它采用NXP公司的PCD8544顯不驅動芯片，NOKIA5110可以使用沒有MISO只有MOSI的SPI協議，可以利用硬件SPI，但通常只需要軟件程序模擬即可，數據傳輸需要嚴格按照手冊中串行接口時序圖編寫。其運行速度十分理想，是LCD12864顯示器的20倍，LCD1602顯示器的40倍，適用于對反應靈敏度有要求的場合。