云中華，白天蕊

（西南交通大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，成都610031）

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，因此不適宜作檢測元件，在自動控制中它常被用作開關(guān)式光電傳感器。光敏電阻需要用A／D轉(zhuǎn)換器將其信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，電路復(fù)雜，費用高。而且，光敏電阻進(jìn)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(shù)字光強度傳感器BH1750FVI進(jìn)行光強度檢測儀的設(shè)計方案，利用I2C總線接口數(shù)字型光強度傳感器，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)行測量數(shù)值的顯示。該系統(tǒng)具有光強度采集精度較高、實時性較強等優(yōu)點，并且電路設(shè)計較為簡單，容易實現(xiàn)與集成。

1 光強度傳感器BH1750FVI

不區(qū)分光源數(shù)字型環(huán)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(jù)收集的光線強度數(shù)據(jù)來進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，其具有1～65 535lx的高分辨率，可支持較大范圍的光照強度變化。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探測到后，通過集成運算放大器將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。OSC為內(nèi)部的振蕩器提供內(nèi)部邏輯時鐘，通過相應(yīng)的指令操作即可讀取出內(nèi)部存儲的光照數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)傳輸使用標(biāo)準(zhǔn)的I2C總線，按照時序要求操作起來也非常方便。

2 監(jiān)測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)線，其工作電壓為3.3V。它采用NXP公司的PCD8544顯示驅(qū)動芯片，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(yīng)靈敏度有要求的場合。

圖1 BH1750FVI結(jié)構(gòu)框圖

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，這時需要沖進(jìn)行復(fù)位。當(dāng)VDD變?yōu)楦唠娖?，達(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)位時序圖。

圖2 NOKIA5110復(fù)位時序圖

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（V＝1），Y地址在每個字節(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。在水平尋址模式時（V＝0），X地址在每個字節(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陣方式，一種是12×12點陣，一種是16×16點陣。采用12×12點陣漢字時，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漢字。英文字符占用6×8個點陣，可以通過建立一個ASCII的數(shù)組來進(jìn)行尋址。

3 監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

利用BH1750FVI和NOKIA5110液晶顯示器進(jìn)行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，其中NOKIA5110需要使用5個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時鐘線分別接到單片機的P2.1～P2.5口。由于BH1750FVI使用低電壓3.3V，而傳統(tǒng)單片機使用的是5V電壓，故需要一個3.3V電源芯片662k輸出穩(wěn)定的3.3V電壓，BH1750FVI光強度傳感器的ADDR端口接地，另需使用兩個I／O接口，其中時鐘端SCL，數(shù)據(jù)端SDA分別外接到了單片機的P3.1和P3.2口（此處單片機未畫入圖中）。測量儀電路圖如圖3所示。

圖3 測量儀電路圖

4 系統(tǒng)軟件驅(qū)動設(shè)計

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、單片機控制等幾部分。限于篇幅本文僅給出其重要驅(qū)動模塊的程序代碼。

4.1 光強度傳感器BH1750FVI數(shù)據(jù)采集部分

光強度傳感器采集過來的數(shù)據(jù)被存儲在數(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

4.2 液晶顯示器NOKIA5110液晶驅(qū)動部分

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:void initNokia5110（void）｛

結(jié) 語

本文利用16位數(shù)字光強度傳感器BH1750FVI和普通的51單片機設(shè)計了數(shù)字光照強度的數(shù)據(jù)實時采集與顯示。由于光強度傳感器精度高，I2C總線接口簡單易用，NOKIA5110液晶顯示器使用方便、體積較小等特性，較為價廉地實現(xiàn)了高精度數(shù)字光照強度的實時采集。經(jīng)過實驗證明其反應(yīng)速度非常靈敏，測量精度高，適合于對精度要求較高的場合。

編者注:本文為期刊縮略版，全文見本刊網(wǎng)站www.mesnet.com.cn。

［1］ROHM.BH1750FVI光強度傳感器數(shù)據(jù)手冊［EB／OL］.［2012－02－07］.http:／／www.rohm.com.

［2］Philips.PCD8544 48×84點矩陣LCD控制／驅(qū)動手冊［EB／OL］.［2012－02－07］.http:／／www.semiconductors.philips.com.

［3］馬忠梅，張凱.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2007.

［4］商麗娟.I2C總線在監(jiān)控檢測系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］.計算機與網(wǎng)絡(luò)，2001（18）.

［5］鄔寬明.單片機外圍器件實用手冊［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1998.