GY-302光感模块详解

在农业物联网中，有这么一个小模块，却发挥着巨大的作用，它就是光感模块。不要看它只是小小的一块，它背负着检测光照强度这一个巨大的任务，而光照是可以直接影响到农作物产量的一个因素。所以今天就让我们来好好学习这个小小的光感模块吧！

1. 源码下载及前置阅读

• STM32F103C8T6模板工程

链接：https://pan.baidu.com/s/1gJigWypYfwLo2cn2nP2DGg?pwd=yqya 提取码：yqya

• 本文的源码

链接：https://pan.baidu.com/s/1KfIo9vv0XnCHUegwmTUSrQ?pwd=62wm 提取码：62wm

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2. GY-302光感模块介绍

本文将带你具体了解 GY-302 光感模块。

GY-302 光感模块的芯片是 BH1750FVI，BH1750FVI 的内部是由光敏二极管、运算放大器、ADC 采集、晶振等组成的，它的通信协议是 I2C。BH1750FVI 的工作原理是 PD 二极管通过光生伏特效应将输入光信号转换成电信号，经运算放大电路放大后，由 ADC 采集电压，然后通过逻辑电路转换成 16 位二进制数存储在内部的寄存器中（光照越强，光电流越大，电压就越大）。

这是一款我们最常见的 GY-302 光感模块，它长这样：

引脚说明：

VCC：电源引脚，接正电（3V~5V）；

GND：电源引脚，接负电；

SCL：时钟引脚，要接在单片机有 I2C-SCL 功能的引脚上；

SDA：数据引脚，要接在单片机有 I2C-SDA 功能的引脚上；

ADDR：接在 GND 或者 VCC 上（接在 GND 和 VCC 上的硬件地址不相同）。

设备参数：

参数	额定值
电源电压	4.5V
运行温度	-40 ~ 85℃
储存温度	-40 ~ 100℃
反向电流	7mA
功率损耗	260mW

运行条件：

参数	最小值	时间	最大值	单位
VCC电压	2.4	3.0	3.6	V
I2C参考电压	1.65	—	VCC	V

特点：

1. 采用 ROHM 原装 BH1750FVI 芯片；
2. 数据范围：0-65535lx；
3. 供电电源：3-5V；
4. 尺寸：13.9mm×18.5mm；
5. 传感器内置 16bitAD 转换器；
6. 直接数字输出，省略复杂的计算；
7. 不区分环境光源，接近于视觉灵敏度的分光特性；
8. 可对广泛的亮度进行高精度测定；
9. 模块内部包含通信电平转换。

3. IIC通信

GY-302 光感模块的通信协议是 I2C。

I2C 通信协议是一种串行通信总线，使用多主从架构，是由飞利浦（Philips）公司在 1980 年代初设计的一种串行、半双工的通信，主要用于近距离、低速的芯片之间的通信。I2C 总线有两根双向的信号线，一根数据线 SDA 用于收发数据，一根时钟线 SCL 用于通信双方时钟的同步。

不太懂 I2C 通信协议的小伙伴可以去看一下 0.96 寸 OLED 屏幕模块的文章，那里面有详细的教程。

【OLED链接】

4. GY-302指令集

GY-302 指令集是一种用于控制和操作工业自动化设备的编程语言。它由一系列指令组成，可以控制各种设备，如机器人、PLC（可编程逻辑控制器）、CNC（计算机数控）系统等。

GY-302 指令集的特点：

1. 易于理解和使用：采用了一种简单易懂的语法，使得开发人员能够轻松地学习和使用它。
2. 强大的功能：提供了一系列功能强大的指令，可以完成各种复杂的任务，如运动控制、逻辑控制、数据处理等。
3. 可扩展性：具有良好的可扩展性，可以通过添加新的指令和功能来满足不断发展的工业自动化需求。
4. 兼容性：与多种硬件设备和软件平台兼容，使得用户可以在不同的设备和平台上使用相同的指令集。
5. 安全性：采用了一系列安全机制，以确保工业自动化系统的安全和稳定运行。

GY-302指令集：

功能	十六进制指令	说明
断电	0x00	无激活状态
通电	0x01	等待测量指令
重置	0x07	重置数字寄存器值（重置指令在断电模式下不起作用）
连续 H 分辨率模式	0x10	在 11x 分辨率下开始测量（测量时间一般为 120ms）
连续 H 分辨率模式2	0x11	在 0.51x 分辨率下开始测量（测量时间一般为 120ms）
连续 L 分辨率模式	0x13	在 411x 分辨率下开始测量（测量时间一般为 16ms）
一次 H 分辨率模式	0x20	在 11x 分辨率下开始测量（测量时间一般为 120ms，测量后自动设置为断电模式）
一次 H 分辨率模式2	0x21	在 0.51x 分辨率下开始测量（测量时间一般为 120ms，测量后自动设置为断电模式）
一次 L 分辨率模式	0x23	在 411x 分辨率下开始测量（测量时间一般为 16ms，测量后自动设置为断电模式）
改变测量时间（高位）	01000_MT[7,6,5]	改变测量时间（要参考“根据光学扇窗的影响调整测量结果”）
改变测量时间（低位）	011_MT[4,3,2,1,0]	改变测量时间（要参考“根据光学扇窗的影响调整测量结果”）

5. GY-302驱动代码

接着我们来学习如何使用 GY-302 光感模块。

本教程使用的硬件如下：

• 光感模块：GY-302
• 单片机：STM32F103C8T6
• 串口：USB 转 TTL
• 烧录器：ST-LINK V2

接线如下：

GY-302	STM32C8T6	0.96寸OLED屏幕模块
VCC	VCC	VCC
GND	GND	GND
	B8	SCL
	B9	SDA
SCL	B10
SDA	B11
ADDR	G

烧录的时候接线如下表，如果不会烧录的话可以看我之前的文章【STM32下载程序的五种方法open in new window】。

ST-Link V2	STM32
SWCLK	SWCLK
SWDIO	SWDIO
GND	GND
3.3V	3V3

接好如下图。开发板使用的是我们自绘的板子。大家也可以用自己的板子，只要是 STM32F103C8T6 主控芯片就行。

GY-302 同样是用 I2C 通信协议的，首先我们打开工程，新建一个 gy302.c 和 gy302.h。

先写一个引脚初始化的代码（本文使用 PB10 和 PB11），代码如下：

void gy302_IO_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GY302;

    GY302_I2C_SCL_SDA_CLK();                        //开启时钟
    GY302.Pin=GY302_I2C_SCL_PIN;                    //配置SCL引脚
    GY302.Mode=GPIO_MODE_OUTPUT_OD;                 //开漏输出
    GY302.Speed=GPIO_SPEED_FREQ_HIGH;               //高速
    HAL_GPIO_Init(GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO, &GY302);

    GY302.Pin=GY302_I2C_SDA_PIN;                    //配置SDA引脚
    HAL_GPIO_Init(GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO, &GY302);
}

 

接着我们需要写一个 I2C 的模拟信号，代码如下：

void GY302_Start(void)
{
    GY302_SDA_SET();                    //拉高数据线
    GY302_SCL_SET();                    //拉高时钟线
    delay_us(5);                 
    GY302_SDA_RESET();                  //产生下降沿
    delay_us(5);                
    GY302_SCL_RESET();                  //拉低时钟线
}

void GY302_Stop(void)
{
    GY302_SDA_RESET();                  //拉低数据线
    GY302_SCL_SET();                    //拉高时钟线
    delay_us(5);                 
    GY302_SDA_SET();                    //产生上升沿
    delay_us(5);
}  

void GY302_SendACK(int ack)
{
    if(ack == 1)                //写应答信号
            GY302_SDA_SET();
        else if(ack == 0)
            GY302_SDA_RESET();
        else
            return;
            
    GY302_SCL_SET();
    delay_us(5);
    GY302_SCL_RESET();
    delay_us(5);
}

uint32_t GY302_RecvACK(void)
{
    uint8_t mcy = 0;

    GY302_SCL_SET();                                //拉高时钟线
    delay_us(5);

    if(HAL_GPIO_ReadPin( GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO, GY302_I2C_SDA_PIN ) == 1 )   //读应答信号
        mcy = 1 ;
    else
        mcy = 0 ;

    GY302_SCL_RESET();                              //拉低时钟线
    delay_us(5);

    return mcy;
}

 

I2C 通信准备完成之后，我们可以开始写指令操作了，首先需要定义一个写入数据的函数。我们对GY302发送命令时，要先发送器件地址+写入位，然后发送指令，代码如下：

void GY302_SendByte(uint8_t dat)
{
    uint8_t i;
 
    for (i=0; i<8; i++)                 //8位计数器
      {
        if( 0X80 & dat )
          GY302_SDA_SET();
        else
          GY302_SDA_RESET();

        dat <<= 1;
        GY302_SCL_SET();               //拉高时钟线
        delay_us(5);
        GY302_SCL_RESET();             //拉低时钟线
        delay_us(5);
      }
    GY302_RecvACK();
}

void GY302_Write_Cmd(uint8_t REG_Address)//REG_Address是要写入的指令
{
    GY302_Start();                  //起始信号
    GY302_SendByte(SlaveAddress);   //发送器件地址+写信号
    GY302_SendByte(REG_Address);    //写入指令，内部寄存器地址
    GY302_Stop();                   //结束信号
}

 

这样我们就可以将我们的指令通过 I2C 通信协议写入到 GY-302 光感模块当中了，接下来我们需要读取 GY-302 光感模块采集的数据。读取数据的时候，需要先发送器件地址+读入位，然后读取两字节数据，代码如下：

uint8_t GY302_RecvByte(void)
{
    uint8_t i, bit, dat = 0;

    GY302_SDA_SET();                        //准备读取数据
    for (i=0; i<8; i++)                     //8位计数器
    {
        dat <<= 1;
        GY302_SCL_SET();                    //拉高时钟线
        delay_us(5);

       if( SET == HAL_GPIO_ReadPin( GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO, GY302_I2C_SDA_PIN ) )
            bit = 0x01;
       else
            bit = 0x00;
            
        dat |= bit;                         //读数据 
            
        GY302_SCL_RESET();                  //拉低时钟线
        delay_us(5);
    }

    return dat;
}

uint32_t GY30_Value(void)
{
    uint8_t i, BUF[3];
    uint16_t dis_data, Value_GY_30 = 0;
    GY302_Write_Cmd(0x01);               //上电
    GY302_Write_Cmd(0x10);               //设置为连续 H 分辨率模式
    delay_ms(100);                          //延时,很重要,为读取数据做准备

    GY302_Start();                          //起始信号
    GY302_SendByte(SlaveAddress+1);         //发送设备地址+读信号

     for (i=0; i<3; i++)                    //连续读取6个地址数据到BUF
    {
        BUF[i] = GY302_RecvByte();
        if (i == 3)
        {
            GY302_SendACK(1);               //最后一个数据需要回NOACK
        }
        else
        {
            GY302_SendACK(0);               //回应ACK
        }
    }
 
    GY302_Stop();                           //停止信号
    delay_us(5);
    dis_data = BUF[0];
    dis_data = ( dis_data<<8 ) + BUF[1];    //字节合成数据
    Value_GY_30 = (float)dis_data;
    return Value_GY_30;
}

 

完成数据的读取，剩下的就是初始化 GY-302 光感模块了，根据上文的指令集我们可以得出代码如下：

void GY302_Init(void)
{
    gy302_IO_Init();

    GY302_Start();                       //起始信号
    GY302_SendByte(SlaveAddress);        //发送设备地址+写信号
    GY302_SendByte(0x01);                //上电
    GY302_Stop();                        //停止信号
}

 

gy302.h 的代码如下：

#ifndef __GY302_H
#define __GY302_H

#include "stm32f1xx_hal.h"

#define GY302_I2C_SCL_SDA_CLK()     __HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE()
#define GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO      GPIOB
#define GY302_I2C_SCL_PIN           GPIO_PIN_10
#define GY302_I2C_SDA_PIN           GPIO_PIN_11

#define GY302_SCL_RESET()       HAL_GPIO_WritePin(GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO,GY302_I2C_SCL_PIN,GPIO_PIN_RESET)  //SCL
#define GY302_SCL_SET()         HAL_GPIO_WritePin(GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO,GY302_I2C_SCL_PIN,GPIO_PIN_SET)

#define GY302_SDA_RESET()       HAL_GPIO_WritePin(GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO,GY302_I2C_SDA_PIN,GPIO_PIN_RESET)  //SDA
#define GY302_SDA_SET()         HAL_GPIO_WritePin(GY302_I2C_SCL_SDA_GPIO,GY302_I2C_SDA_PIN,GPIO_PIN_SET)

#define SlaveAddress       0x46  //ADDR接GND时的器件地址

void GY302_Start(void);
void GY302_Stop(void);
void GY302_Init(void);
void GY302_SendACK(int ack);
uint32_t GY302_RecvACK(void);
void GY302_SendByte(uint8_t dat);
void GY302_Write_Cmd(uint8_t REG_Address);
uint8_t GY302_RecvByte(void);
uint32_t GY30_Value(void);


#endif

 

main.c 代码如下：

#include "sys.h"
#include "delay.h"
#include "oled.h"
#include "gy302.h"


int main(void)
{
    uint16_t Light = 0;
    uint8_t a,b,c,d,e;

    HAL_Init();                         /* 初始化HAL库 */
    stm32_clock_init(RCC_PLL_MUL9);     /* 设置时钟, 72Mhz */
    OLED_Init();                        /* oled初始化 */
    GY302_Init();                       /* GY-302初始化 */

    OLED_Fill(0x00);                    /* 清屏 */

    while(1)
    {
        Light = GY30_Value();                  //获取光照强度
        a = Light / 10000;
        b = (Light % 10000) / 1000;
        c = (Light % 1000) / 100;
        d = (Light % 100) / 10;
        e = Light % 10;

        OLED_Show_ChineseFont(0,0,0,16);
        OLED_Show_ChineseFont(16,0,1,16);
        OLED_Show_ChineseFont(32,0,2,16);
        OLED_Show_ChineseFont(48,0,3,16);
        OLED_ShowStr(64,0,":",16);
        OLED_Show_Char(0,2,a + '0',16);
        OLED_Show_Char(12,2,b + '0',16);
        OLED_Show_Char(24,2,c + '0',16);
        OLED_Show_Char(36,2,d + '0',16);
        OLED_Show_Char(48,2,e + '0',16);
        OLED_Show_Char(67,2,'l',16);
        OLED_Show_Char(75,2,'x',16);

        delay_ms(500);
    }
}

 

最终效果如下，这是正常状态：

打光状态下光照强度增加：

到这里我们就完成了 GY-302 光感模块的使用了，感谢各位看官的陪伴！

6. 小结

今天我们学习了 GY-302 光感模块，不仅为我们的技术锦上添花，还复习了有关于 I2C 通信的知识，真是一石二鸟！希望本文章能够为各位看官枯燥的项目学习中带来几分兴趣，感谢各位看官，peace and love！