Датчик освещённости BH1750 против фоторезистора: обзор и подключение

Задача: узнать, сколько вокруг света

Свет в самоделках измеряют постоянно: включить ночник, закрыть дверцу курятника, понять, что теплице хватит. Ходовых решения два — фоторезистор GL5528 и цифровой датчик BH1750 на шине I2C. Разница не в цене, а в том, что приходит на выход: «какое-то сопротивление» или готовые люксы, заявленные производителем. Разберём оба по паспортам и подключим к Arduino и ESP32.

Фоторезистор GL5528: дёшево, но без люксов

Фоторезистор — пластина сернистого кадмия, сопротивление которой падает при освещении. По datasheet серии GL55 (Senba) для типового GL5528: 8–20 кОм при 10 лк, 2–3,5 кОм при 100 лк, в темноте не меньше 1 МОм; спектральный пик 540 нм, время отклика 20 мс на нарастание и 30 мс на спад, рассеиваемая мощность 100 мВт, максимальное напряжение 150 В. Подключается делителем: резистор 10 кОм с фоторезистора на землю, средняя точка — на аналоговый вход.

Дальше начинаются проблемы:

• люксов на выходе нет. Разброс между экземплярами уже в два раза: у одного 9 кОм, у другого 19 при тех же 10 лк. Перевод в люксы — только индивидуальная калибровка по степенной зависимости (гамма 0,7);
• нелинейность: от сотен ом на ярком свету до мегаом в темноте, поэтому «отсчёт 512» сам по себе ничего не значит;
• инерция и гистерезис: после яркого света показания плывут секунды — мгновенные сравнения «было/стало» врут;
• температура: паспорт даёт лишь −30…+70 °C и оговаривает зависимость характеристик от истории освещения.

Для «день или ночь» этого обычно хватает. Как только нужны цифры — «ниже 200 лк», «постепенно темнеет» — начинается калибровка каждого экземпляра.

BH1750: люксы сразу из datasheet

BH1750FVI — цифровой датчик ROHM. Внутри фотодиод со спектральной чувствительностью, близкой к глазу человека (пик 560 нм), усилитель и 16-битный АЦП; результат отдаётся готовым числом по I2C. Ключевое из datasheet (BH1750FVI Technical Note, Rev.D):

• диапазон 1–65535 лк; с коррекцией времени интегрирования — от 0,11 до 100 000 лк;
• питание 2,4–3,6 В (абсолютный максимум 4,5 В), потребление 120 мкА, в power down 0,01 мкА;
• точность ±20 % (0,96–1,44 × фактической освещённости);
• режимы: 1 лк за 120 мс (макс 180), 0,5 лк за 120 мс, 4 лк за 16 мс (макс 24);
• подавление шума сети 50/60 Гц, ИК почти не влияет, шина до 400 кГц;
• два адреса: 0x23 при ADDR на земле, 0x5C при ADDR на питании.

Сводка по паспортам

Подключение к Arduino и ESP32

Берём готовый модуль (GY-302 и аналоги): на плате стоят стабилизатор и подтяжки, поэтому VIN вешается на 5 В у Arduino Uno/Nano или на 3V3 у ESP32. Провода одинаковые:

• Arduino Uno/Nano: SCL → A5, SDA → A4;
• ESP32: SCL → GPIO22, SDA → GPIO21;
• ADDR соединён с землёй → адрес 0x23; если переставить на питание — 0x5C.

Важно: 5 В идут на модуль, а не на микросхему — голый чип питается строго в пределах 2,4–3,6 В по datasheet.

Код: люксы одной функцией

Библиотека не обязательна — протокол укладывается в три команды:

#include <Wire.h>

const byte BH = 0x23;          // ADDR на GND; на питании — 0x5C

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  Wire.begin();                 // ESP32: Wire.begin(21, 22);
  Wire.beginTransmission(BH);
  Wire.write(0x10);             // 0x10 — непрерывно, H-разрешение (1 лк)
  Wire.endTransmission();
}

void loop() {
  delay(180);                   // паспортное время измерения, макс 180 мс
  Wire.requestFrom(BH, 2);      // запросить 2 байта результата
  if (Wire.available() == 2) {
    unsigned raw = (Wire.read() << 8) | Wire.read();
    float lux = raw / 1.2;      // поправка из datasheet
    Serial.print(lux, 0);
    Serial.println(" lx");
  }
}

В непрерывном режиме датчик обновляет результат каждые 120 мс, код читает два байта и делит на 1,2 — заводская поправка из datasheet. Для разовых измерений вместо 0x10 шлют 0x20 (One Time): после замера датчик сам уходит в power down на 0,01 мкА.

Частые ошибки

• Сканер I2C не видит датчик. Проверьте, что сканер показывает 0x23 или 0x5C; если оба молчат — обрыв SDA/SCL либо питание: по datasheet после подачи питания линия сброса должна пройти низкий уровень, поэтому дайте модулю секунду до первой команды.
• 5 В на голую микросхему. Рабочий диапазон 2,4–3,6 В, максимум 4,5 В. Модуль GY-302 спасает только потому, что на нём стоит стабилизатор.
• Показания завышены в 1,2 раза — забыли поделить сырой отсчёт на 1,2.
• Мусор на входе АЦП с фоторезистором. Слишком большое нижнее плечо делителя: вход подтекает ток, и при мегаомных значениях в темноте показания плавают. Берите 10 кОм.
• Калибровка «навсегда». Разброс между экземплярами в два раза плюс гистерезис — калибровка привязана к конкретному фоторезистору; замена детали её сбрасывает.
• Формула «люксы из интернета» для фоторезистора верна только для конкретного экземпляра при конкретной температуре.

Что выбрать

«День/ночь», подсветка, дверца курятника — хватает фоторезистора, если заранее ясно, что точность не нужна. Всё, где нужны числа — контроль света в теплице, логгер, ночник с порогом — BH1750: он дороже одного фоторезистора, но дешевле своей калибровки.

По шине I2C у нас уже есть разбор OLED-дисплея SSD1306, а история «аналог против цифрового» заканчивалась так же у датчика влажности почвы.

Информация собрана из открытых источников и паспортов производителей и не является истиной в последней инстанции. Характеристики, распиновку и совместимость проверяйте по документации конкретной партии модуля перед покупкой и подключением.