摘要：設(shè)計(jì)一種基于光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI的光照強(qiáng)度測(cè)量?jī)x，采用低成本的微控制器進(jìn)行控制，利用I2C總線接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，可在普通的NOKIA5110液晶顯示器上進(jìn)行光照強(qiáng)度測(cè)量值的實(shí)時(shí)顯示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能有效地實(shí)現(xiàn)0～65 535 lx范圍內(nèi)的光照強(qiáng)度的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)，是一種高性能的光強(qiáng)度監(jiān)測(cè)裝置。
關(guān)鍵詞：BH1750FVI；NOKIA5110液晶；I2C總線接口；實(shí)時(shí)測(cè)量；MCU

引言
    傳統(tǒng)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(guān)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(cè)元件，在自動(dòng)控制中它常被用作丌關(guān)式光電傳感器。光敏電阻需要用A／D轉(zhuǎn)換器將其信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，電路復(fù)雜，費(fèi)用高。而且，光敏電阻進(jìn)行光強(qiáng)度采集不夠理想。針對(duì)光敏電阻的諸多缺點(diǎn)，提出了一種利用16位高精度數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI進(jìn)行光強(qiáng)度檢測(cè)儀的設(shè)計(jì)方案，利用I2C總線接口數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器，可以避免A／D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)帶來的誤差，可在NOKIA5110液晶顯示器上進(jìn)行測(cè)量數(shù)值的顯示。該系統(tǒng)具有光強(qiáng)度采集精度較高、實(shí)時(shí)性較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且電路設(shè)汁較為簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)與集成。

1 光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI
    不區(qū)分光源數(shù)字型環(huán)境光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI是日本RHOM株式會(huì)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(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，其具有1～65 535 lx的高分辨率，可支持較大范圍的光照強(qiáng)度變化。BH1750FVI結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

    從結(jié)構(gòu)框圖可容易看出，外部光照被接近人眼反應(yīng)的高精度光敏二極管PD探測(cè)到后，通過集成運(yùn)算放大器將PD電流轉(zhuǎn)換為PD電壓，由模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取16位數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，然后被邏輯和IC界面進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)。OSC為內(nèi)部的振蕩器提供內(nèi)部邏輯時(shí)鐘，通過相應(yīng)的指令操作即可讀取出內(nèi)部存儲(chǔ)的光照數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸使用標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線，按照時(shí)序要求操作起來也非常方便。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的液晶顯示方案
    NOKIA5110是一款價(jià)廉的液晶顯示器，該顯示器可以顯示15個(gè)漢字、30個(gè)字符，僅僅需要4根I／O數(shù)據(jù)線，其工作電壓為3．3 V。它采用NXP公司的PCD8544顯不驅(qū)動(dòng)芯片，NOKIA5110可以使用沒有MISO只有MOSI的SPI協(xié)議，可以利用硬件SPI，但通常只需要軟件程序模擬即可，數(shù)據(jù)傳輸需要嚴(yán)格按照手冊(cè)中串行接口時(shí)序圖編寫。其運(yùn)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(duì)反應(yīng)靈敏度有要求的場(chǎng)合。
2．1 NOKIA5110液晶顯示器的初始化
   接通電源后，NOKIA5110液晶顯示器的內(nèi)部寄存器和RAM的內(nèi)容是不確定的，這時(shí)需要一個(gè)RES低電平脈沖進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)VDD變?yōu)楦唠娖剑_(dá)到或高于VDD的最小值之后，給NOKIA5110顯示模塊的復(fù)位端RST引腳輸入低電平(要求復(fù)位電平<0．3VDD)，便進(jìn)行了NOKIA5110液晶顯示器的復(fù)位。圖2為NOKIA5110液晶顯示器的復(fù)位時(shí)序圖。

2．2 設(shè)置NOKIA5110液晶顯示器的坐標(biāo)
    通過查詢NOKIA5110液晶顯示器的指令集與手冊(cè)可以知道其功能設(shè)置命令的H和V。其中：H=0使用基本指令集命令，H=1使用擴(kuò)展指令集命令，V=0水平尋址，V=1垂直尋址。數(shù)據(jù)以字節(jié)8位為單位下載到PCD8544的48×84位顯示數(shù)據(jù)RAM矩陣。列通過地址指針尋址，地址范圍為X：0～83(1010011)；Y：0～5(101)。
    在垂直尋址模式時(shí)(V=1)，Y地址在每個(gè)字節(jié)之后遞增，經(jīng)最后的Y地址(Y=5)之后，Y繞回0，X遞增到下一列的地址。存水平尋址模式時(shí)(V=0)，X地址在每個(gè)字節(jié)之后遞增，經(jīng)最后的X地址(X=83)之后，X繞回0，Y遞增到下一行的地址。經(jīng)每一個(gè)最后地址之后(X=83，Y=5)，地址指針繞回地址(X=0，Y=0)。
2．3 顯示方式
    顯示漢字可以采用兩種點(diǎn)陣方式，一種是12×12點(diǎn)陣，一種是16×16點(diǎn)陣。采用12×12點(diǎn)陣漢字時(shí)，由于不是8的整數(shù)倍數(shù)，因此行與行之間只能隔開，這樣才能完整顯示一個(gè)漢字。英文字符占用6×8個(gè)點(diǎn)陣，可以通過建立一個(gè)ASCII的數(shù)組來進(jìn)行尋址。

3 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
    利用BH1750FVI和NOKIA5110液晶顯示器進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其中NOKIA5110需要使用5個(gè)I／O口，RST復(fù)位端、SCE芯片使能端、DC模式選擇端、DIN數(shù)據(jù)線、CLK時(shí)鐘線分別接到單片機(jī)的P2．1～P2．5口。由于BH1750FVI使用低電壓3．3 V，而傳統(tǒng)單片機(jī)使用的是5 V電壓，故需要一個(gè)3．3 V電源芯片662k輸出穩(wěn)定的3．3 V電壓，BH1750FVI光強(qiáng)度傳感器的ADDR端口接地，另需使用兩個(gè)I／O接口，其中時(shí)鐘端SCL，數(shù)據(jù)端SDA分別外接到了單片機(jī)的P3．1和P3．2口(此處單片機(jī)未畫入圖中)。測(cè)量?jī)x電路圖如圖3所示。

4 系統(tǒng)軟件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
    軟件部分包括BH1750FVI數(shù)據(jù)采集、NOKIA5110液晶顯示器、I2C數(shù)據(jù)總線、單片機(jī)控制等幾部分。限于篇幅本文僅給出其重要驅(qū)動(dòng)模塊的程序代碼。
4．1 光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI數(shù)據(jù)采集部分
    光強(qiáng)度傳感器采集過來的數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)寄存器中，將數(shù)據(jù)讀出后要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，把個(gè)十百千萬每位數(shù)據(jù)換算出來，然后用于程序調(diào)用。
    (1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序段
   
    (2)光強(qiáng)度傳感器BH1750驅(qū)動(dòng)程序段
   
   
4．2 液晶顯示器NOKIA5110液晶驅(qū)動(dòng)部分
    NOKIA5110液晶操作首先需要初始化，然后執(zhí)行清屏、寫入數(shù)據(jù)等操作。NOKIA5110初始化程序如下：
   
   

結(jié)語
    本文利用16位數(shù)字光強(qiáng)度傳感器BH1750FVI和普通的51單片機(jī)設(shè)計(jì)了數(shù)字光照強(qiáng)度的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集與顯示。由于光強(qiáng)度傳感器精度高，I2C總線接口簡(jiǎn)單易用，NOKIA5110液晶顯示器使用方便、體積較小等特性，較為價(jià)廉地實(shí)現(xiàn)了高精度數(shù)字光照強(qiáng)度的實(shí)時(shí)采集。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明其反應(yīng)速度非常靈敏，測(cè)量精度高，適合于對(duì)精度要求較高的場(chǎng)合。