基于BH1750FVI环境光传感器的迷你照度计制作【开源】

一、概述

去年读到虎哥文章《关于大幅提高室内照明亮度的设想》（https://www.kechuang.org/t/86169），并阅读一些相关文献后，我开始重视室内照明亮度。原先家中客厅使用72W的LED吊顶灯，主观感觉并不亮，于是更换为180W的LED灯，卧室、书房照明灯功率均加大到原先一倍以上，个人感觉可以较好满足日常需求。但升入高中后，感觉教室及宿舍照明亮度均较暗，加上同学们喜欢拉窗帘上课，于是有了购买/制作一个照度计的想法。但逛了一圈淘宝后，发现稍微像样的照度计都要100+，于是决定自己制作。年后有了一些空闲时间，遂自制了此照度计。

主要特性：

-量程0~65535lux；

-光谱响应与人眼近似（光谱响应曲线见附图1）；

-0.96寸160*80 LCD显示屏，根据环境光亮度自动调节背光亮度；

-尺寸小（30*50*12mm），便于携带；

-250mAh锂聚合物电池，续航时间可达25h（最低背光亮度下），USB充电。

二、元器件介绍

此照度计核心元件为BH1750FVI环境光传感器，ADC有效位数16bit，对应0~65535lux照度值，光谱响应限于可见光波段，且与人眼近似。与微控制器采用I²C总线进行通信，驱动十分简单，且无需校准等操作，可直接读出照度值。

微控制器使用STM32G030F6P6。数据显示使用一块0.96" LCD屏幕，驱动IC为ST7735S，使用SPI总线与微控制器通信。

电源部分使用TP4054、SPX3819MX-3.3和锂聚合物电池，USB-Micro接口充电。

三、硬件设计

原理图

（R1实际使用10kΩ，R7、R8实际使用100kΩ，R10实际使用30kΩ）
使用SWD接口进行程序烧录与调试。
PCB Layout图、3D图、实物图

（Layout图中铺铜隐去）
PCB Gerber文件见附件一。
遇到的一些硬件问题
（1）BH1750FVI封装十分诡异，仅能通过封装上极微小的丝印字体辨别安装方向，焊接时需格外注意。
（2）由于忘记购买液晶屏背胶，屏幕临时采用AB胶固定，可靠性较低，以后使用类似设计时应加以注意。
（3）使用的直插式开关引脚对PCB底面有遮挡，被迫选择了更小的电池。

四、程序设计

使用STM32CubeMX生成初始化代码，KEIL μV5编写主要源码，基于STM32 HAL库开发。

大致思路：上电→MCU片上外设初始化→LCD及BH1750FVI初始化、校准ADC→以约8Hz速率循环读取照度值与电池电量值并显示在LCD上，并根据照度值调整背光亮度。

使用BH1750时有一点需要注意：BH1750FVI在默认情况下，输出值/实际照度值 = 1.2，此时量程为0~54612lux。若想要使量程达到0~65535lux，需将传感器MTreg寄存器的值改为0x3A。

LCD背光亮度值（Y，最大值499）与照度（E）的关系函数为$Y=20+2E$。

LCD驱动库文件参考厂商源码移植编写，BH1750FVI驱动库文件参考Datasheet自主编写。

全部源码见附件二。

部分诡异bug与修复措施：

（1）LCD实际显示的颜色与代码相反，修改RGB/BGR控制寄存器无法解决，使用另一块ST7735S驱动的1.8寸屏幕时无此问题。目前暂未修复，恳请了解此问题的大佬不吝赐教，谢谢！

（2）STM32G030硬件SPI在时钟频率高于16MHz时无法正常通信，且本人制作的其他STM32G030作为MCU的项目均如此。修复措施：排查发现GPIO口输出速率设置为“LOW”，改为"VERY HIGH"后可在32MHz下正常通信。

五、实际使用测试

完成制作后，本人用其测量了不同环境下的照度值：

（1）家中客厅桌面照度：约675lux（清晨，吊顶灯（180W LED）打开，自然采光照度约75lux，灯具正下方）。

（2）家中书桌面照度：约1500lux（清晨，吊顶灯关闭，台灯（6W LED）开最高亮度档，自然采光照度约115lux，灯具正下方）。

（3）家中卧室地面照度：约25klux~28klux（正午，灯具关闭，多云）或约47klux~52klux（正午，灯具关闭，晴天）。

和手机照度计APP测量结果基本一致。

开学后会把它拿到学校去测量教室、宿舍等处的照明亮度，并根据测量结果采取相应补充照明措施。（个人估计宿舍地面照明亮度在70~100lux左右，可能低于国家标准）

六、总结

这是我学习STM32后开发的第四个玩具（我的上一篇帖子介绍了第一个，另外两个是参加省科技创新大赛的项目，比赛结束后将开源并详细发布在科创），总的来说此玩具复杂度低，开发顺利且耗时短。开发过程中主要学习了STM32定时器PWM用法、BH1750FVI驱动方法TP4054使用方法以及一些PCB布线技巧。个人感觉有一定收获，虽然大佬们看来应该不算什么。