【Linux】树莓派控制光强传感器（C、python手把手教学）

本文分为三个部分：

1.光强传感器说明 2.程序解读 3.前期准备（放在最后一部分，供小白查阅借鉴，包括本文需要用到的wiringPi库函数）

一、光强传感器说明

1.TSL256x 是 TAOS 公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强传感器芯片。外部引脚仅由3.3v电源引脚、SDA引脚、SCL引脚、中断控制引脚、地引脚组成。

2.TSL256x 数据传输遵循I2C总线协议，它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息。I2C的具体细节，详见I2C总线介绍

3.TSL256x 有 2 种封装形式： 6LEAD CHIPSCALE 和 6LEAD TMB。封装形式不同，相应的光照度计算公式也不同，下图为这两种封装形式的引脚分布图。

脚 1 和脚 3： 分别是电源引脚和信号地。其工作电压范围是 2.7～3.5V。

脚 2： 器件访问地址选择引脚。由于该引脚电平不同，该器件有 3个不同的访问地址。具体关系如下图所示：
由上图所知：
当ADDR SEL接 GND 时I2C的访问地址为 0x29
当ADDR SEL 悬空 时I2C的访问地址为 0x39
当ADDR SEL接 VCC 时I2C的访问地址为 0x39

脚 4 和脚 6： I2C 或 SMBus 总线的时钟信号线和数据线。

脚 5： 中断信号输出引脚。当光强度超过用户编程配置的上或下阈值时，器件会输出一个中断信号。

** 树莓派的引脚图见 三、前期准备 部分**
（博客采用悬空的接法，访问地址为0x39，电源引脚接于3.3v）

4.设备检查
在接好线后开始下一步的准备工作，若树莓派上未安装i2c-tools的软件包，则先安装：

sudo apt-get install i2c-tools

观察设备地址：（按照版本不同有如下命令，在 v1 版本的树莓派上是 0，v2 版本上是 1）

sudo i2cdetect -y 0
sudo i2cdetect -y 1

或者使用 gpio 命令来调用 i2cdetect 命令，从而检测 I2C设备

gpio i2cdetect

结果如下图：可以观察到地址为0x39

我们还需要了解此命令，用来观察设备内部各个寄存器的值：(0x39要按照自己的地址更改)

sudo i2cdump -f -y 1 0x39

结果如下：( 此命令在后期调试代码的时候可能会有帮助 )

5.对TSL2561寄存器进行操作的说明
参照TSL2561的英文手册
关于命令寄存器：


红图中点标注处为重点，命令寄存器用于指定后续操作的目标寄存器的地址，所以要对其他寄存器操作时，要通过Command寄存器，由table 3与table可知，如果要对存储数据的寄存器（table 2中的DATA0LOW，DATA0HIGH，DATA1LOW，DATA1HIGH）进行读取操作，需要将命令寄存器分别设置为：0x8C,0x8D,0x8E,0x8F

关于控制寄存器：
TSL2561的开启与关闭与Control寄存器有关

由上图可知，把POWER位设置为11（即0x03）是开启，关闭是0（即0x00）；

6.光照强度的计算

从数据寄存器读取到的数值还需要进行转换才能得到想要的结果
首先

CH0 = 256 * DATA0HIGH + DATA0LOW
CH1 = 256 * DATA1HIGH + DATA1LOW

接着按照产品的封装形式对应不同的计算公式，具体见自己的产品包装说明。
(此博客采用第二种计算公式）Lux为所得到的最终光强结果。

二、程序解读

strerror()需要包含库函数有

#include <errno.h>
#include <string.h>

若有疑问请点击：此链接

wiringPiSetup()：
初始化 wiringPi，幵假定程序将使用 wiringPi 的管脚定义图。具体管脚映射，可以通过 gpio readall 命令来查看
int wiringPiI2CSetup(int devId);
该函数使用指定设备标示号来初始化 I2C 系统。参数 devId 是 I2C设备的地址，可以通过i2cdetect 命令可以查到该地址。该函数会获取树莓派的版本开依据此打开/dev 目录下对应的设备，函数的返回值是标准的 Linux 文件句柄，如果有错误，则返回-1

wiringPiSetup();
fd=wiringPiI2CSetup(I2C);

以下为打开TSL2561时的操作，注意要延时至少0.5s，此博客采样延时1s

 wiringPiI2CWrite(fd,CONTROL);
 wiringPiI2CWrite(fd,POWER_UP);
 sleep(1);

以下为读取数据寄存器中的数据操作
int wiringPiI2CRead(int fd)；
简单的设备读操作。一些设备可以直接读取，而不需要发送任何寄存器地址。
int wiringPiI2CWrite(int fd, int data)；

 for(i=0;i<datareg_num;i++)
 {
 	 wiringPiI2CWrite(fd,reg_addr[i]);
 	 reg_data[i]=wiringPiI2CRead(fd);
 }

接下来调用计算光强的函数进行计算：具体计算函数详见完整代码

 Lux=cal(reg_data);

若数据读取是无效的时候，返回值是-1，而Lux的定义是double类型，在将double类型与int类型做比较时需要如下操作

if(fabs(Lux+1)<0.00000001)
{
	printf("Data read error!\n");
}
else
{
	printf("The light intensity is %lf\n",Lux);
}

程序结束时，需要把TSL2561关闭，同打开操作类似：

 wiringPiI2CWrite(fd,CONTROL);
 wiringPiI2CWrite(fd,POWER_DOWN);

以下为完整C语言代码：（仅供测试使用）
若对里面的一些操作有些疑惑，请仔细查看第一部分的介绍
宏定义最好封装在头文件里，为了读者方便理解，本文没有封装

#include <stdio.h>
#include <wiringPi.h>
#include <wiringPiI2C.h>
#include <math.h>
#include <errno.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

#define I2C 0x39
#define datareg_num 4
#define DATA0LOW 0x8C
#define DATA0HIGH 0x8D
#define DATA1LOW 0x8E
#define DATAHIGH 0x8F
#define CONTROL 0x80
#define POWER_UP 0x03
#define POWER_DOWN 0x00

double cal(int* reg_data);		//计算光强函数声明

int main()
{
    int i;
    int fd;
    double Lux;
    int reg_data[4];
    int reg_addr[datareg_num]={DATA0LOW,DATA0HIGH,DATA1LOW,DATAHIGH};

    wiringPiSetup();
    fd=wiringPiI2CSetup(I2C);
    
    if(fd==-1)
    {
        printf("I2C initialization failed: %s",strerror(errno));
        return -1;
    }
    
    wiringPiI2CWrite(fd,CONTROL);		//TSL2561打开
    wiringPiI2CWrite(fd,POWER_UP);
    sleep(1);
    
    for(i=0;i<datareg_num;i++)			//读取数据寄存器数据
    {
    	wiringPiI2CWrite(fd,reg_addr[i]);
        reg_data[i]=wiringPiI2CRead(fd);
     }
     
     Lux=cal(reg_data);				//获取光强数据
      
     if(fabs(Lux+1)<0.00000001)
     {
     	printf("Data read error!\n");
     }
     else
     {
     	 printf("The light intensity is %lf\n",Lux);
     }
     
     wiringPiI2CWrite(fd,CONTROL);		//关闭TSL2561
     wiringPiI2CWrite(fd,POWER_DOWN);
     return 0;
}

double cal(int* reg_data)		//此代码按照第二种计算公式
{
    double CH0,CH1,div,Lux;
    CH0=256*reg_data[1]+reg_data[0];
    CH1=256*reg_data[3]+reg_data[2];
    if(CH0<=0 || CH1<0)
    {
        return -1；
     }
     div=CH1/CH0;
     if(0<div<=0.5)
     {
     	Lux=0.0304*CH0-0.062*CH0*pow(div,1.4);
     }
     else if(0.5<div<=0.61)
     {
     	Lux=0.0224*CH0-0.031*CH1;
     }
     else if(0.61<div<=0.8)
     {
     	Lux=0.0128*CH0-0.0153*CH1;
     }
     else if(0.8<div<=1.3)
     {
     	Lux=0.00146*CH0-0.00112*CH1;
     }
     else if(div>1.3)
     {
     	Lux=0;
     }
     return Lux;
}    	

编译命令：（文件名为TSL2561.c）

gcc TSL2561.c -o TSL2561 -lwiringPi -lm

运行：

./TSL2561

调试代码时，可以利用以下命令去观察设备寄存器内部的值：(观察对应的数据寄存器)

sudo i2cdump -f -y 1 0x39

另附python代码：(仅供测试使用）逻辑与C相同

#!/usr/bin/python
#encoding:utf-8

import wiringpi as wp
import time

I2C         =0x39
datareg_num =4
DATA0LOW    =0x8C
DATA0HIGH   =0x8D
DATA1LOW    =0x8E
DATA1HIGH   =0x8F
CONTROL     =0x80
POWER_UP    =0x33
POWER_DOWN  =0x00

fd=wp.wiringPiI2CSetup(I2C)

wp.wiringPiI2CWrite(fd,CONTROL)
wp.wiringPiI2CWrite(fd,POWER_UP)
time.sleep(1)

##read data

wp.wiringPiI2CWrite(fd,DATA0LOW)
data0_L=wp.wiringPiI2CRead(fd)

wp.wiringPiI2CWrite(fd,DATA0HIGH)
data0_H=wp.wiringPiI2CRead(fd)

wp.wiringPiI2CWrite(fd,DATA1LOW)
data1_L=wp.wiringPiI2CRead(fd)

wp.wiringPiI2CWrite(fd,DATA1HIGH)
data1_H=wp.wiringPiI2CRead(fd)

##calulate Lux
CH0=256*data0_H+data0_L
CH1=256*data1_H+data1_L

if(CH0==0 | CH1==0):
    Lux=0
else:
	div=float(CH1)/float(CH0)
	if div<=0.5:
		 Lux=0.034*float(CH0)-0.063*float(CH0)*(div**1.4)

	elif div>0.5 & div<=0.61:
		 Lux=0.0224*float(CH0)-0.031*CH1

	elif div>0.61 & div<=0.8:
		Lux=0.0128*float(CH0)-0.0153*CH1

	 elif div>0.8 & div<=1.3:
		 Lux=0.00146*float(CH0)-0.00112*CH1

	elif div>1.3:
		  Lux=0

print '%f' % Lux

wp.wiringPiI2CWrite(fd,CONTROL)
wp.wiringPiI2CWrite(fd,POWER_DOWN)

三、前期准备

1.引脚图：

关于wiringPi的部分：请看此链接的中的 三、前期准备 有详细说明

因本人水平有限，如果有误，欢迎指正，如需转载请附上本文链接并注明。