BH1750 传感器实战教学 —— 硬件设计篇
前言
前面刚写了一篇 《BH1750 光照传感器文档详解 及 驱动设计》，今天来写一篇简单的传感器实战教学。
文章如下：BH1750 光照传感器文档详解 及 驱动设计
那有些朋友就疑惑了，在上一篇文章其实我们基本都测试成功了，驱动也写了，还有必要在写一篇吗？
如果是用 STM32 做的一个普通产品，确实没有必要再过多说明，但是我们本次的应用稍微特殊一点，需要在一个 51 内核的低功耗无线芯片上使用这个传感器。
硬件上除了低功耗的设计不能少，I2C通讯还需要做电平转换，软件上产品的驱动也需要修改移植。
这种针对有现成驱动和参考资料的传感器实际应用，也有很多初学者不太明白，本文的目的就在于给新人做个实际应用示例，便于大家以后在对面不同应用的时候知道怎么处理。
我是 矜辰所致，全网同名，尽量用心写好每一系列文章，不浮夸，不将就，认真对待学知识的我们，矜辰所致，金石为开！
插一句，技术群在 CSDN 文章结尾后面的的推广，讨论学习。
目录
- 前言
- 一、整体说明
- 二、 AD 绘制 BH1750 封装库
- 三、 原理图设计
- 3.1 BH1750 小板子
- 3.2 芯片板
- 3.3 传感器供电
- 方式一：低静态电流 LDO
- 方拾二：MOS 管开关
- 3.4 传感器通讯电平转换
- 结语
一、整体说明
我们上文提到的测试是使用市面上现成的模块，我们只需要连接 4 根线即可完成测试。 但是本次实战，我们需要了自己设计电路图，而且要针对低功耗的应用，所以有些地方有必要说明。
本次采用的无线芯片为 Enocean 芯片，其实不是很通用，国内只有极少的的公司在使用他们的技术，但是这并不影响我们说明传感器的使用。
方案已经确定为 3.6V 的电池供电，需要尽可能的低功耗，处理芯片为 51 内核，I2C 电平为 1.8V。
本次的示例方案很简单，需要用心考虑的地方如下几点：
- BH1750 的 供电处理；
- BH1750 的 通讯处理；
- BH1750 驱动的移植；
二、 AD 绘制 BH1750 封装库
既然是实战，而且我们的 BH1750 是新接触的，要画原理图第一步当然是先画 BH1750 的原理图和 PCB 库了（因为本次是个人学习，所以对 AD 不算侵权 ）。
打开 AD ，我们可以打开自己的 库文件，如果没有自己的库文件，可以任何找一个，自己新建也可以，但是一般来说，如果要长期使用这个软件，还是建议自己有自己的一个库文件，这样也方便自己往后项目的设计：
根据下图进行操作，点击自己的原理图库，打开 SCH Library：
我们根据手册画好 BH1750 的原理图如下：
原理图库绘制完成我们还需要进行 PCB 封装的绘制，这时候又需要用到我们的传感器资料了， PCB 封装的设计需要参考下图：
我们需要用到 AD 自带的一个 封装管理工具，如下：
手册上面给我们的说明 BH1750 为 WSOF 封装，这里我们并没有对应的，但是我们可以选择一个合适的封装对应 SOP ，如下：
根据手册参数，填入适当数据，因为封装不是一致的，所以这里需要自己的判断，我填入的数据如下：
最后生成的封装如下，如果觉得不合适，我们还可以在此基础上微调，如下图：
保存 PCB 封装，最后我们把 PCB 封装和原理图关联起来：
最后重新加载一下我们使用的 PCB 库文件：
就可以在画原理图的时候使用这个封装了：
三、 原理图设计
原理图设计我们这里考虑的点上面已经说了，因为整体方案是简单的单品传感器，主要注意如何能够保证低功耗。
3.1 BH1750 小板子
考虑到光照传感器的性质（产品设计中外壳是不得不考虑的一个问题）：测量光照需要外壳透光，所以对一般的外壳来说，PCB的布局会是一个问题。
为了把这个问题简化，我们本次的示例计划把光照传感器单独做一块小板子，小板子的好处是更容易的适应各种外壳。
这里我们用到我们在手册中我们看过的参考电路了，直接使用推荐电路图即可，如下图：
使用小板子的好处是，以后即便不用这个芯片，这个小板子还是可以直接使用的。
3.2 芯片板
芯片板子，就是上面提到的我使用的 Enocean 芯片，一个最小系统，这里因为某些原因就 不放出原理图，但是也不会影响我们说明问题，因为芯片出来与传感器连接 的也只有 2 根线， SDA 和 SCL 。
供电是很简答的：
3.3 传感器供电
传感器供电问题是本文重点之一，本次方案供电为 3.6V 的电池供电，我们在资料中知道，传感器电压最大是可以达到 3.6V 的：
所以其实我们这里可以直接使用电池过来的电源。
但是这里我们要注意一个问题，传感器一直供电是有消耗的。一般低功耗的传感器大部分情况下是处于休眠状态，传感器并不需要一直工作者。我们可以使用一个简单的电路切断传感器的电源。
当然我们通过手册知道，BH1750 传感器在 Powerdown Current 模式下面的电流很低，最大才只有 1uA 的电流消耗，如下图：
1uA 的电流消耗其实算是很小了，因为我所用的芯片最小系统随眠模式的电流 大概是 5、6uA，但是这里写了一个条件， No input Light ，就是没光照的情况，但是我们传感器很多情况下，即便有光照我们也不需要他工作，所以这里电源控制电路是加定了。
电源控制电路怎么选，这里我不废话，直接推荐两种方式：
方式一：低静态电流 LDO
使用超低静态电流低压降线性稳压器控制 传感器的 电源，EN 引脚为供电开关引脚，如下图：
注意，此电路控制选用需要保证静态电路越低越好，因为 LDO 一直通电，他自己也有能量消耗。 但是这个电路的好处是可以提供稳定的电源，有些传感器的耐压值只有 3.3V ，甚至是 3.0V （使用 TPS78230），需要 LDO 降压。
方拾二：MOS 管开关
通过 MOS 管开关，可以直接切断传感器的供电，而且消耗极低，考虑到我们的 BH1750 传感器可以支持 3.6 V 的供电，我们本次采取这种方式 ：
注意，开关电路是由 一个 PMOS 和一个 NMOS 构成的！
而且还有一点，此方法成本低。
3.4 传感器通讯电平转换
传感器通讯，在《BH1750 光照传感器文档详解 及 驱动设计》文章中，我提到过，使用 STM32 的时候， BH1750 都不需要做电平转换， SDA 和 SCL 可以直接和 STM32 的 IO 口连接。
但是在我们本次设计中，使用的芯片 I2C 引脚电平为 1.8V，就是下图中的 DVDD 为1.8V的电平，所以需要电平转换，如下图：
电平转换电路的说明可参考我的另外一篇博文：结合实际聊聊电平转换电路（常用电平转换电路总结）
图中预留了两个端子（其实两个接口不相同），一个是为了接收头现成的传感器模块方便测试，另外一个就是给我们自己设计的传感器模块预留的。
这种预留的测试在实际产品的设计中是很有用的，再产品设计初版的时候，如果产品出问题，可以更快的查出问题所在。
至此，加上芯片最小系统，我们的一个低功耗的传感器就设计完成。
结语
本文我们通过一个简单的示例，手把手的说明了一个传感器的实际应用电路设计。
虽然简单，但是有一些细节还是值得新人们注意和学习。
本文作为实际的设计应用，把硬件设计部分给大家说清楚了，但是我们在单片机上移植 I2C 程序，还需要我们花一些时间，还是老样子，下一篇博文，会来更新 BH1750 传感器在单片机上的驱动移植篇。
本文就到这里，谢谢大家！ 另外，别忘了下面可以加我的技术群哦！
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