Raspberry Pi Pico: датчик освещенности BH1750 (MicroPython)

Узнайте, как использовать датчик освещенности BH1750 с Raspberry Pi Pico, программируемым на MicroPython, для получения измерений окружающего освещения. Мы покажем, как подключить датчик, установить необходимые библиотеки и получить показания датчика в единицах LUX — стандартизированной единице измерения освещенности.

Raspberry Pi Pico с датчиком освещенности BH1750 MicroPython

Впервые работаете с Raspberry Pi Pico? Прочитайте следующее руководство: Начало работы с Raspberry Pi Pico (и Pico W).

Содержание:

В этом руководстве мы рассмотрим следующие темы:

Знакомство с датчиком освещенности BH1750
Подключение BH1750 к Raspberry Pi Pico
Библиотека BH1750 для MicroPython
Raspberry Pi Pico – BH1750 Освещенность (Lux) – Код

Предварительные требования 

Прежде чем приступить к этому руководству, убедитесь, что выполнены следующие предварительные требования.

Прошивка MicroPython 

Для выполнения этого руководства вам необходима прошивка MicroPython, установленная на вашу плату Raspberry Pi Pico. Также вам понадобится IDE для написания и загрузки кода на плату.

Рекомендуемой IDE для MicroPython на Raspberry Pi Pico является Thonny IDE. Следуйте следующему руководству, чтобы узнать, как установить Thonny IDE, прошить MicroPython и загрузить код на плату.

Программирование Raspberry Pi Pico с использованием MicroPython

Кроме того, если вы предпочитаете программировать в VS Code, вы можете начать со следующего руководства:

Программирование Raspberry Pi Pico с VS Code и MicroPython

Необходимые компоненты 

Для выполнения этого руководства вам понадобятся следующие компоненты:

Датчик освещенности BH1750
Raspberry Pi Pico или Pico W
Макетная плата (опционально)
Соединительные провода (опционально)

Знакомство с датчиком освещенности BH1750 

BH1750 — это 16-битный датчик освещенности, который взаимодействует по протоколу I2C. Он выводит измерения освещенности в люксах (единица измерения освещенности, производная от системы СИ). Он может измерять минимум 1 люкс и максимум 65535 люкс.

Датчик может поставляться в различных форматах модулей. Смотрите фото ниже. Оба модуля — это датчики BH1750.

Характеристики BH1750 

Вот список характеристик датчика BH1750. Для получения дополнительной информации обратитесь к даташиту датчика BH1750.

Интерфейс шины I2C
Преобразователь освещенности в цифровой сигнал
Диапазон: 1 – 65535 люкс
Низкое энергопотребление благодаря функции выключения питания
Функция подавления шума от освещения 50 Гц / 60 Гц
Возможность выбора 2 различных адресов ведомого устройства I2C
Малая вариация измерений (+/- 20%)
Влияние инфракрасного излучения очень мало
Поддержка режима непрерывных измерений
Поддержка режима однократного измерения

Режимы измерения 

Датчик поддерживает два различных режима измерения: режим непрерывного измерения и режим однократного измерения. Каждый режим поддерживает три различных режима разрешения.

Режим низкого разрешения	Точность 4 люкс	Время измерения 16 мс
Режим высокого разрешения	Точность 1 люкс	Время измерения 120 мс
Режим высокого разрешения 2	Точность 0.5 люкс	Время измерения 120 мс

В режиме непрерывного измерения датчик непрерывно измеряет значения окружающего освещения. В режиме однократного измерения датчик измеряет значение окружающего освещения один раз, а затем переходит в режим выключения питания.

Применение 

BH1750 — это датчик освещенности, поэтому его можно использовать в самых разнообразных проектах. Например:

для определения, является ли время суток днем или ночью;
для регулировки или включения/выключения яркости светодиодов в зависимости от окружающего освещения;
для регулировки яркости ЖК-дисплеев и экранов;
для определения, горит ли светодиод;
…

Подключение BH1750 к Raspberry Pi Pico 

Датчик BH1750 использует протокол связи I2C для взаимодействия с микроконтроллерами. Ознакомьтесь с его распиновкой в таблице ниже.

Вот распиновка BH1750, она одинакова для обоих модулей:

VCC	Питание датчика (3.3 В или 5 В)
GND	GND
SCL	Вывод SCL для I2C-связи
SDA/DAT	Вывод SDA для I2C-связи
ADDR	Выбор адреса

Вывод ADDR используется для установки I2C-адреса датчика. Если напряжение на этом выводе меньше 0.7VCC (вывод не подключен или соединен с GND), I2C-адрес равен 0x23. Но если напряжение выше 0.7xVCC (вывод подключен к VCC), адрес равен 0x5C. В итоге:

Вывод ADDR не подключен или соединен с GND -> адрес: 0x23
Вывод ADDR подключен к VCC -> адрес: 0x5C

Мы подключим датчик к Raspberry Pi Pico на GPIO 4 (SDA) и GPIO 5 (SCL).

BH1750	Raspberry Pi Pico
VCC	3V3(OUT)
GND	GND
SCL	GPIO 5
SDA	GPIO 4
ADDR*	Не подключать

Если не подключать вывод ADDR, мы выбираем I2C-адрес 0x23. Тем не менее, всегда лучше запустить I2C-сканер, чтобы убедиться:

Raspberry Pi Pico: I2C-сканер (MicroPython) – Определение адреса I2C-устройств

Схема подключения 

Вы можете использовать следующую схему в качестве справочного материала.

Библиотека BH1750 для MicroPython 

Для чтения данных с датчика BH1750 мы будем использовать внешнюю библиотеку, которая не входит в стандартную библиотеку MicroPython по умолчанию.

Откройте следующую ссылку и скопируйте код библиотеки в Thonny IDE:

Код библиотеки bh1750.py

Выполните следующие шаги, чтобы загрузить библиотеку на вашу плату Pico:

1) Скопируйте код библиотеки в новый файл. Код библиотеки bh1750.py можно найти здесь.

# Micropython BH1750 ambient light sensor driver: https://github.com/PinkInk/upylib/tree/master/bh1750

from utime import sleep_ms

class BH1750():
    """Micropython BH1750 ambient light sensor driver."""

    PWR_OFF = 0x00
    PWR_ON = 0x01
    RESET = 0x07

    # modes
    CONT_LOWRES = 0x13
    CONT_HIRES_1 = 0x10
    CONT_HIRES_2 = 0x11
    ONCE_HIRES_1 = 0x20
    ONCE_HIRES_2 = 0x21
    ONCE_LOWRES = 0x23

    # default addr=0x23 if addr pin floating or pulled to ground
    # addr=0x5c if addr pin pulled high
    def __init__(self, bus, addr=0x23):
        self.bus = bus
        self.addr = addr
        self.off()
        self.reset()

    def off(self):
        """Turn sensor off."""
        self.set_mode(self.PWR_OFF)

    def on(self):
        """Turn sensor on."""
        self.set_mode(self.PWR_ON)

    def reset(self):
        """Reset sensor, turn on first if required."""
        self.on()
        self.set_mode(self.RESET)

    def set_mode(self, mode):
        """Set sensor mode."""
        self.mode = mode
        self.bus.writeto(self.addr, bytes([self.mode]))

    def luminance(self, mode):
        """Sample luminance (in lux), using specified sensor mode."""
        # continuous modes
        if mode & 0x10 and mode != self.mode:
            self.set_mode(mode)
        # one shot modes
        if mode & 0x20:
            self.set_mode(mode)
        # earlier measurements return previous reading
        sleep_ms(24 if mode in (0x13, 0x23) else 180)
        data = self.bus.readfrom(self.addr, 2)
        factor = 2.0 if mode in (0x11, 0x21) else 1.0
        return (data[0]<<8 | data[1]) / (1.2 * factor)

Библиотека BH1750 для MicroPython в Thonny IDE

2) Перейдите в File > Save as…

Thonny IDE MicroPython сохранить файл библиотеки на устройство

3) Выберите сохранение на «Raspberry Pi Pico»:

Сохранение файлов на Raspberry Pi Pico в Thonny IDE

4) Назовите файл *bh1750.py* и нажмите кнопку OK:

Сохранение bh1750.py на Raspberry Pi Pico

Вот и всё. Библиотека была загружена на вашу плату. Чтобы убедиться, что она была загружена успешно, перейдите в File > Save as… и выберите устройство Raspberry Pi Pico. Ваш файл должен быть в списке:

Файл BH1750 сохранен на плате Raspberry Pi Pico

После загрузки библиотеки на вашу плату вы можете использовать функции библиотеки в своем коде, импортировав её.

Raspberry Pi Pico – BH1750 Освещенность (Lux) – Код 

После загрузки библиотеки на Raspberry Pi Pico создайте новый файл и вставьте следующий код. Он считывает освещенность в люксах и выводит показания в Shell каждые две секунды.

# Rui Santos & Sara Santos - Random Nerd Tutorials
# Complete project details at https://RandomNerdTutorials.com/raspberry-pi-pico-bh1750-micropython/

from machine import Pin, SoftI2C
from bh1750 import BH1750
import time

# Initialize I2C communication
i2c = SoftI2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=400000)

# Create BH1750 object
light_sensor = BH1750(bus=i2c, addr=0x23)

try:
    # Read lux every 2 seconds
    while True:
        lux = light_sensor.luminance(BH1750.CONT_HIRES_1)
        print("Luminance: {:.2f} lux".format(lux))
        time.sleep(2)

except Exception as e:
    # Handle any exceptions during sensor reading
    print("An error occurred:", e)

Как работает код 

Нам нужно импортировать классы Pin и SoftI2C из модуля machine.

from machine import Pin, SoftI2C
from bh1750 import BH1750
import time

В данном случае эта библиотека требует SoftI2C вместо I2C. В MicroPython SoftI2C обозначает программную реализацию I2C, а I2C — аппаратную реализацию I2C.

Аппаратный I2C использует выделенные аппаратные модули, оптимизированные для I2C-связи. Программный I2C, с другой стороны, использует программно определенные GPIO-выводы для эмуляции I2C-связи.

Мы инициализируем I2C-соединение на GPIO 5 и 4 — выводах I2C, к которым подключен датчик.

# Initialize I2C communication
i2c = SoftI2C(scl=Pin(5), sda=Pin(4), freq=400000)

Затем создаем экземпляр BH1750 с именем light_sensor на шине I2C, определенной ранее.

light_sensor = BH1750(bus=i2c, addr=0x23)

Для получения значений освещенности нам нужно просто использовать метод luminance() объекта BH1750 и передать режим измерения в качестве аргумента.

lux = light_sensor.luminance(BH1750.CONT_HIRES_1)

Библиотека предоставляет список режимов измерения, которые вы можете использовать. Смотрите таблицу ниже.

Константа	Описание
CONT_LOWRES	Непрерывный, низкое разрешение (4 люкс), измерение занимает ~24 мс, датчик остается включенным после считывания.
CONT_HIRES_1	Непрерывный, высокое разрешение (1 люкс), измерение занимает ~180 мс, датчик остается включенным после считывания.
CONT_HIRES_2	Непрерывный, очень высокое разрешение (0.5 люкс), измерение занимает ~180 мс, датчик остается включенным после считывания.
ONCE_HIRES_1	Однократный, низкое разрешение (4 люкс), измерение занимает ~24 мс, датчик выключается после считывания.
ONCE_HIRES_2	Однократный, высокое разрешение (1 люкс), измерение занимает ~180 мс, датчик выключается после считывания.
ONCE_LOWRES	Однократный, очень высокое разрешение (0.5 люкс), измерение занимает ~180 мс, датчик выключается после считывания.

Наконец, мы выводим показания в Shell:

print("Luminance: {:.2f} lux".format(lux))

Тестирование кода 

Запустите предыдущий код на вашей плате Raspberry Pi Pico. Вы должны получать новые значения освещенности в люксах каждые две секунды.

MicroPython получение значений освещенности от датчика BH1750 с Raspberry Pi Pico

Закройте датчик или направьте на него свет, чтобы увидеть изменение значений.

Raspberry Pi Pico с датчиком освещенности BH1750

Заключение 

В этом руководстве вы узнали, как использовать датчик освещенности BH1750 с Raspberry Pi Pico для получения измерений окружающего освещения в единицах LUX.

У нас есть аналогичное руководство для других плат:

ESP32 с датчиком освещенности BH1750 (Arduino IDE)
ESP8266 NodeMCU с датчиком освещенности BH1750 (Arduino IDE)
Arduino с датчиком освещенности BH1750

У нас также есть руководства для других датчиков с Raspberry Pi Pico, которые могут вас заинтересовать:

Надеемся, вы нашли это руководство полезным. Спасибо за чтение.