BH1750 光照传感器演示

传感器原理与功能

1.1 工作原理

BH1750FVI 是一款用于 I2C总线接口 的数字环境光传感器 IC。芯片内部集成了光敏二极管（Photodiode），当可见光照射到光敏二极管表面时，产生与光强度成正比的光电流。该光电流经过内部16位ADC（模数转换器）转换为数字值，再通过数字电路进行光谱响应补偿计算，最终输出以勒克斯（lx）为单位的数字光照强度值。

BH1750 的光谱响应曲线经过专门设计，接近人眼视觉灵敏度曲线（峰值约540nm），能够准确感知人眼所感受的环境亮度，广泛用于手机、显示器背光调节、智能家居照明等场景。传感器支持连续测量和单次测量两种工作模式，高分辨率模式下测量时间约120ms，分辨率可达1 lx。

1.2 核心功能

☀

光照强度测量

测量范围 1-65535 lx，覆盖从夜间微光到晴天直射阳光的全部场景，16位高精度ADC确保数据准确。

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人眼响应曲线

光谱灵敏度经过校准，接近人眼视觉特性（V(λ)曲线），感知结果与人眼感受高度一致。

🔌

I2C数字输出

标准I2C总线接口，地址可选（0x23/0x5C），直接输出数字光照值，无需复杂模拟信号处理。

⚡

低功耗设计

支持断电模式（Power Down），待机电流极低，适合电池供电的便携式设备长时间运行。

1.3 引脚定义

引脚	名称	功能	STM32连接
VCC	电源正极	模块供电 (3V-5V)	3.3V
GND	电源地	公共接地	GND
SCL	I2C时钟线	串行时钟信号	PB1
SDA	I2C数据线	串行数据信号	PB0
ADDR	地址选择	I2C地址选择 (低=0x23, 高=0x5C)	GND (低电平)

程序分析

4.1 系统初始化 main.c

系统启动后，依次完成 HAL库初始化、系统时钟配置（HSE 8MHz × PLL9 = 72MHz）、GPIO时钟使能，然后初始化 OLED显示屏（PB14/PB15 软件I2C）和 BH1750传感器（PB0/PB1 软件I2C）。BH1750初始化时会发送上电命令并等待180ms确保芯片稳定。

Core/Src/main.c
int main(void)
{
    HAL_Init();                              // 初始化HAL库
    SystemClock_Config();                    // 配置系统时钟 72MHz
    MX_GPIO_Init();                        // 使能GPIO时钟

    OLED_Init();                           // 初始化OLED显示屏 (PB14/PB15)
    BH1750_GPIO_Init();                    // 初始化BH1750引脚 (PB0/PB1)

    while (1)
    {
        // 主循环逻辑见 4.7节
    }
}

4.2 系统时钟配置 main.c

使用外部高速晶振（HSE）8MHz 作为PLL源，通过 PLLMUL × 9 倍频得到 72MHz 系统时钟。APB1总线分频为36MHz，APB2总线保持72MHz。这是STM32F103C8T6的标准时钟配置。

Core/Src/main.c
void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL9;       // 8MHz × 9 = 72MHz

    HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct);

    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;     // HCLK = 72MHz
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV2;      // APB1 = 36MHz
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;      // APB2 = 72MHz

    HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2);
}

4.3 BH1750 GPIO初始化 bh1750.c

将 PB1（SCL） 和 PB0（SDA） 配置为推挽输出模式，启用内部上拉电阻，速度设为高速。由于采用软件模拟I2C，SDA引脚需要在输出和输入之间动态切换。初始化完成后发送上电命令（0x01）并等待180ms。

HAL/BH1750/bh1750.c
void BH1750_GPIO_Init(void)
{
    BH1750_SCL_GPIO_CLK_ENABLE();          // 使能GPIOB时钟
    BH1750_SDA_GPIO_CLK_ENABLE();

    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    // SCL - PB1 推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pin = BH1750_SCL_Pin;            // GPIO_PIN_1
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(BH1750_SCL_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    // SDA - PB0 推挽输出
    GPIO_InitStruct.Pin = BH1750_SDA_Pin;            // GPIO_PIN_0
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_PP;
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_PULLUP;
    GPIO_InitStruct.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;
    HAL_GPIO_Init(BH1750_SDA_GPIO_Port, &GPIO_InitStruct);

    Single_Write_BH1750(0x01);               // 上电命令
    HAL_Delay(180);                         // 等待芯片稳定
    bh_data_send(BHPowOn);                    // 发送Power On
}

4.4 I2C起始信号 bh1750.c

I2C起始信号：当 SCL为高电平 时，SDA从高电平变为低电平，表示通信开始。随后拉低SCL钳住总线，准备发送或接收数据。软件I2C通过直接操控GPIO引脚电平实现时序。

HAL/BH1750/bh1750.c
void BH1750_IIC_Start(void)
{
    BH1750_SDA_OUT();                        // SDA设为输出模式
    BH1750_SDA_DATA(1);                   // SDA拉高
    BH1750_SCL_OUT(1);                   // SCL拉高
    delay_us(4);

    BH1750_SDA_DATA(0);                   // SCL高时SDA下降沿 = START
    delay_us(4);
    BH1750_SCL_OUT(0);                   // 钳住I2C总线
}

4.5 I2C字节发送 bh1750.c

每次发送一个字节（8位），先发最高位（MSB）。通过位操作 (txd & 0x80) >> 7 提取最高位，设置SDA电平后，SCL产生上升沿发送数据位，然后拉低SCL。循环8次完成一个字节的传输。

HAL/BH1750/bh1750.c
void BH1750_IIC_Send_Byte(uint8_t txd)
{
    uint8_t t;
    BH1750_SDA_OUT();
    BH1750_SCL_OUT(0);                       // 拉低时钟开始传输

    for(t = 0; t < 8; t++)
    {
        if((txd & 0x80) >> 7)
            BH1750_SDA_DATA(1);             // 发送1
        else
            BH1750_SDA_DATA(0);             // 发送0
        txd <<= 1;                      // 左移一位
        delay_us(2);
        BH1750_SCL_OUT(1);                 // SCL上升沿 - 从机读取数据
        delay_us(2);
        BH1750_SCL_OUT(0);                 // SCL下降沿
        delay_us(2);
    }
}

4.6 BH1750光照读取算法 bh1750.c

读取流程：① 发送复位命令（0x07）清除状态寄存器；② 发送连续高分辨率模式命令（0x10，分辨率1lx）；③ 等待180ms完成ADC转换；④ 通过I2C读取2字节数据（高字节 + 低字节）；⑤ 计算勒克斯值：lux = (高字节×256 + 低字节) / 1.2。

HAL/BH1750/bh1750.c
uint16_t bh1750_read(void)
{
    uint16_t light;

    bh_data_send(BHReset);        // 0x07 - 复位命令
    bh_data_send(BHModeH1);      // 0x10 - 连续高分辨率模式 (1lx)
    HAL_Delay(180);            // 等待ADC转换完成 (约120ms + 余量)

    light = bh_data_read();    // 读取2字节数据
    light = light / 1.2;      // 转换为勒克斯(lx)单位

    return light;
}

4.7 主循环逻辑 main.c

主循环采用非阻塞定时方式，通过 HAL_GetTick() 获取系统毫秒时间戳，每 500ms 执行一次光照读取和显示更新。流程为：读取BH1750光照值 → 清屏 → 居中显示"光照:XXX lx" → 更新OLED显示 → 更新时间戳。

Core/Src/main.c
while (1)
{
    if(HAL_GetTick() - Time_Now >= 500)        // 500ms更新一次
    {
        light = bh1750_read();                        // 读取光照值 (lx)

        OLED_Clear();                                // 清屏
        OLED_CenterPrintf(24, "光照:%d lx", light); // 居中显示
        OLED_Update();                              // 更新OLED显示

        Time_Now = HAL_GetTick();                    // 更新时间戳
    }
}

BH1750 命令代码表

命令名称	代码	说明
BHPowDown	0x00	断电模式，停止测量
BHPowOn	0x01	上电，准备接收指令
BHReset	0x07	复位，清除状态寄存器
BHModeH1	0x10	连续高分辨率模式 (1lx, 120ms)
BHModeH2	0x11	连续高分辨率模式2 (0.5lx, 120ms)
BHModeL	0x13	连续低分辨率模式 (4lx, 16ms)
BHSigModeH	0x20	单次高分辨率模式 (测量后自动断电)
BHSigModeH2	0x21	单次高分辨率模式2 (测量后自动断电)
BHSigModeL	0x23	单次低分辨率模式 (测量后自动断电)

光照等级对照表

光照范围 (lx)	等级	典型场景
< 10	很暗	夜间环境、无光源
10 - 100	较暗	昏暗走廊、月光下
100 - 500	正常	普通室内照明、办公室
500 - 1000	明亮	明亮室内、超市照明
1000 - 10000	很亮	阴天户外、窗边
> 10000	极亮	晴天阳光直射

BH1750