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[ESP8266/ESP32] FireBeetle 2 ESP32-C5 外设测试驱动BH1750光线传感器

本帖最后由御坂10032号于 2025-10-15 22:48 编辑

简介
本文的主要内容是如何使用ESP-IDF的I2C驱动来驱动BH1750光照传感器从而实现光照强度Lux的读取。

正文

在文章开始之前，我要首先夸赞一下DF的这个底板设计，这里额外引出的I2C的pin设计的很好，三个引脚，还自带VCC和GND。可以解决非使用QWI2C线缆同时接多个I2C设备PIN不够用的情况（或者使用面包板转接，相信设计的时候也考虑到了这个问题）

FireBeetle 2 ESP32-C5 外设测试驱动BH1750光线传感器图1

FireBeetle 2 ESP32-C5 外设测试驱动BH1750光线传感器图1

LED运行状态指示

在上一篇文章中我们已经实现了LED的Toggle，我发现如果这个LED作为一个运行状态的指示非常好，于是在这次的代码中就进行了保留。

下面为LED配置的代码

static void configure_led(void)
{
    ESP_LOGI(TAG, "Configuring GPIO15 as output with pull-up!");

    /* Reset the GPIO pin */
    gpio_reset_pin(BLINK_GPIO);

    /* Configure GPIO as output with pull-up */
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_DISABLE,
        .mode = GPIO_MODE_OUTPUT,
        .pin_bit_mask = (1ULL << BLINK_GPIO),
        .pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE,
        .pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
    };
    gpio_config(&io_conf);

    /* Set initial state to LOW */
    gpio_set_level(BLINK_GPIO, 0);
}
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下面为LED闪烁的控制代码

static void blink_led_task(void *pvParameter)
{
    /* Toggle the GPIO level */
    while (1)
{
    ESP_LOGI(TAG, "Turning the LED %s!", s_led_state ? "ON" : "OFF");
    s_led_state = !s_led_state;
    gpio_set_level(BLINK_GPIO, s_led_state);
    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(1000)); // 1 second delay
    }

    /* Task should never reach here, but if it does, delete itself */
    vTaskDelete(NULL);
}
复制代码

然后在main方法中启动这个任务就好

xTaskCreate(blink_led_task, "blink_led", 2048, NULL, 5, &led_task_handle);
复制代码

BH1750光照传感器驱动

首先我们需要根据硬件和对应的底板等来定义对应的I2C pin 和时钟（一般100K-400K都可以）

#define I2C_MASTER_SCL_IO 10           // SCL时钟线连接到GPIO 10
#define I2C_MASTER_SDA_IO 9            // SDA数据线连接到GPIO 9  
#define I2C_MASTER_NUM I2C_NUM_0       // 使用I2C端口0
#define I2C_MASTER_FREQ_HZ 100000      // I2C时钟频率100kHz（标准模式）
#define I2C_MASTER_TIMEOUT_MS 1000     // I2C操作超时时间1秒
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之后根据上面定义的I2C信息来初始化I2C

static esp_err_t i2c_master_init(void)
{
    int i2c_master_port = I2C_MASTER_NUM;

    i2c_config_t conf = {
        .mode = I2C_MODE_MASTER,
        .sda_io_num = I2C_MASTER_SDA_IO,
        .scl_io_num = I2C_MASTER_SCL_IO,
        .sda_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .scl_pullup_en = GPIO_PULLUP_ENABLE,
        .master.clk_speed = I2C_MASTER_FREQ_HZ,
    };

    i2c_param_config(i2c_master_port, &conf);

    return i2c_driver_install(i2c_master_port, conf.mode, I2C_MASTER_RX_BUF_DISABLE, I2C_MASTER_TX_BUF_DISABLE, 0);
}
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需要注意的一点是这里我们初始化I2C之后初始的I2C是0，那么之后我们就可以通过I2C 0 来操作对应在这个总线上的设备了。

之后我们使用I2C Scan函数来帮助我们确定挂载在总线上的I2C设备。

/**
 * @brief I2C scanner function
 */
static void i2c_scanner(void)
{
    ESP_LOGI(TAG, "Starting I2C scan...");

    uint8_t address;
    esp_err_t ret;
    int devices_found = 0;

    for (address = 1; address < 127; address++)
    {
        i2c_cmd_handle_t cmd = i2c_cmd_link_create();
        i2c_master_start(cmd);
        i2c_master_write_byte(cmd, (address << 1) | I2C_MASTER_WRITE, true);
        i2c_master_stop(cmd);

        ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, cmd, 10 / portTICK_PERIOD_MS);
        i2c_cmd_link_delete(cmd);

        if (ret == ESP_OK)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "Found device at address: 0x%02X", address);
            devices_found++;
        }
    }

    if (devices_found == 0)
    {
        ESP_LOGI(TAG, "No I2C devices found!");
    }
    else
    {
        ESP_LOGI(TAG, "Scan completed. Found %d device(s).", devices_found);
    }
}
复制代码

如下图，正确的扫描的I2C的设备0x23, 对应其BH1750传感器

FireBeetle 2 ESP32-C5 外设测试驱动BH1750光线传感器图2

之后我们定义BH1750的寄存器信息，稍后会用到。

#define BH1750_POWER_DOWN    0x00   // 断电指令
#define BH1750_POWER_ON      0x01   // 上电指令  
#define BH1750_RESET         0x07   // 重置数据寄存器
#define BH1750_CONT_HIGH_RES 0x10   // 连续高分辨率测量（1lx，120ms）
复制代码

然后我们使用命令链的方式封装一个读和写的操作。

/**
 * @brief 向BH1750发送指令
 */
static esp_err_t bh1750_write_cmd(uint8_t cmd)
{
    i2c_cmd_handle_t i2c_cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(i2c_cmd);
    i2c_master_write_byte(i2c_cmd, (bh1750_addr << 1) | I2C_MASTER_WRITE, true);
    i2c_master_write_byte(i2c_cmd, cmd, true);
    i2c_master_stop(i2c_cmd);

    esp_err_t ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, i2c_cmd, I2C_MASTER_TIMEOUT_MS / portTICK_PERIOD_MS);
    i2c_cmd_link_delete(i2c_cmd);

    return ret;
}

/**
 * @brief 从BH1750读取数据
 */
static esp_err_t bh1750_read_data(uint8_t *data, size_t len)
{
    i2c_cmd_handle_t i2c_cmd = i2c_cmd_link_create();
    i2c_master_start(i2c_cmd);
    i2c_master_write_byte(i2c_cmd, (bh1750_addr << 1) | I2C_MASTER_READ, true);

    if (len > 1)
    {
        i2c_master_read(i2c_cmd, data, len - 1, I2C_MASTER_ACK);
    }
    i2c_master_read_byte(i2c_cmd, data + len - 1, I2C_MASTER_NACK);
    i2c_master_stop(i2c_cmd);

    esp_err_t ret = i2c_master_cmd_begin(I2C_MASTER_NUM, i2c_cmd, I2C_MASTER_TIMEOUT_MS / portTICK_PERIOD_MS);
    i2c_cmd_link_delete(i2c_cmd);

    return ret;
}
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相信大家看出来了，上述的I2C操作相对于传统的方式有所不同，相对传统方式I2C 命令链是一种将多步 I2C 操作（如 START、WRITE、READ、STOP）打包成一条指令序列并一次性执行的机制，相比传统逐步读写方式，它能显著简化代码、减少 CPU 干预、提高通信效率和可靠性，是 ESP-IDF 推荐的 I2C 操作方式。

之后我们便可以来初始化传感器。

/**
 * @brief Initialize BH1750 sensor
 */
static esp_err_t bh1750_init_sensor(void)
{
    esp_err_t ret;

    // 先断电再上电，复位传感器
    ret = bh1750_write_cmd(BH1750_POWER_DOWN);
    if (ret != ESP_OK)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to power down BH1750: %s", esp_err_to_name(ret));
        return ret;
    }

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 等待10ms

    // 上电
    ret = bh1750_write_cmd(BH1750_POWER_ON);
    if (ret != ESP_OK)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to power on BH1750: %s", esp_err_to_name(ret));
        return ret;
    }

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 等待10ms

    // 重置数据寄存器
    ret = bh1750_write_cmd(BH1750_RESET);
    if (ret != ESP_OK)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to reset BH1750: %s", esp_err_to_name(ret));
        return ret;
    }

    vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(10)); // 等待10ms

    // 设置为连续高分辨率模式
    ret = bh1750_write_cmd(BH1750_CONT_HIGH_RES);
    if (ret != ESP_OK)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to set BH1750 mode: %s", esp_err_to_name(ret));
        return ret;
    }

    ESP_LOGI(TAG, "BH1750 sensor initialized successfully");
    return ESP_OK;
}
复制代码

然后来根据数据手册计算LUX的方法。

/**
 * @brief Read light level from BH1750 sensor
 */
static esp_err_t bh1750_read_light(uint16_t *lux)
{
    uint8_t data[2];
    esp_err_t ret = bh1750_read_data(data, 2);

    if (ret != ESP_OK)
    {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to read from BH1750: %s", esp_err_to_name(ret));
        return ret;
    }

    // BH1750返回的是16位大端序数据
    // 高字节在前，低字节在后
    uint16_t raw_data = (data[0] << 8) | data[1];

    // 在高分辨率模式下，每个计数值等于1.2lux
    // 转换公式: lux = raw_data / 1.2
    // 为了避免浮点运算，使用整数运算: lux = raw_data * 10 / 12
    *lux = (raw_data * 10) / 12;

    return ESP_OK;
}
复制代码

然后撰写读取BH1750 LUX的方法，实际上就是调用上述方法，两秒一次。


/**
 * @brief BH1750 monitoring task
 */
static void bh1750_task(void *pvParameter)
{
    uint16_t lux;

    while (1)
    {
        if (bh1750_read_light(&lux) == ESP_OK)
        {
            ESP_LOGI(TAG, "Light level: %d lux", lux);
        }

        vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(2000)); // Read every 2 seconds
    }

    vTaskDelete(NULL);
}
复制代码

完整的Main方法

void app_main(void)
{
    configure_led();

    // Initialize I2C master
    ESP_ERROR_CHECK(i2c_master_init());
    ESP_LOGI(TAG, "I2C initialized successfully");

    // Perform I2C scan
    i2c_scanner();

    // Initialize BH1750 sensor
    esp_err_t ret = bh1750_init_sensor();
    if (ret == ESP_OK)
    {
        // Create BH1750 monitoring task
        xTaskCreate(bh1750_task, "bh1750_task", 4096, NULL, 4, NULL);
        ESP_LOGI(TAG, "BH1750 monitoring task created successfully");
    }
    else
    {
        ESP_LOGE(TAG, "Failed to initialize BH1750 sensor, skipping light monitoring");
    }

    xTaskCreate(blink_led_task, "blink_led", 2048, NULL, 5, &led_task_handle);

    ESP_LOGI(TAG, "LED blink task created successfully");
}
复制代码