一、TSL2561光強傳感器

??TSL2561是一款高速、低功耗、寬量程、可編程靈活配置的光強度數字轉換芯片，特性如下，適合利用樹莓派開發板或STM32型單片機來進行編程開發，了解詳細芯片手冊點擊 : datasheet
◇ 可編程配置許可的光強度上下閾值，當實際光照度超過該閾值時給出中斷信號；
◇ 數字輸出符合標準的SMBus(TSL2560)和I2C(TSL2561)總線協議；
◇ 模擬增益和數字輸出時間可編程控制；
◇ 1.25 mm×1.75 mm超小封裝，在低功耗模式下，功耗僅為0.75 mW；
◇ 自動抑制50 Hz/60 Hz的光照波動，

• 引腳功能

• 內部結構和作業原理
  TSL256x 是第二代周圍環境光強度傳感器,其內部結構如下圖所示，*通道0和通道1是兩個光敏二極管,其中通道0對可見光和紅外線都敏感,而通道1僅對紅外線敏感，積分式A/D轉換器對流過光敏二極管的電流進行積分,并轉換為數字量,在轉換結來后將轉換結果存入芯片內部通道0和通道1各自的暫存器中，當一個積分周期完成之后,積分式A/D轉換器將自動開始下一個積分轉換程序，微控制器和TSL2560可通過標準的SMBus(System Management Bus)V1.1或V2.0實作,TSL2561則可通過I2C總線協議訪問，
  

• 硬體設計
  TSL2561能夠通過I2C總線訪問,所以硬體介面電路很簡單，假如所選用的微控制器帶有I2C總線控制器,則將該總線的時鐘線和資料線直接和TSL2561的I2C總線的SCL和SDA分別相連;假如微控制器內部沒有上拉電阻,則還需要再用2個上拉電阻接到總線上，假如微控制器不帶I2C總線控制器,則將TSL2561的I2C總線的SCL和SDA和普通I/O口連接即可:但編程時需要模擬I2C總線的時序來訪問TSL2561,INT引腳接微控制器的外部中斷，硬體連接如下圖所示，
  

• 軟體設計
  微控制器能夠通過I2C總線協議對TSL2561進行讀寫，寫資料時,先發送器件地址,然后發送要寫的資料，TSL2561的寫操作程序如下:先發送一組器件地址;然后寫命令碼,命令碼是指定接下來寫暫存器的地址00h~0fh和寫暫存器的方式,是以位元組、字或塊(幾個字)為單位進行寫操作的:最后發送要寫的資料,根據前而命令碼規定寫暫存器的方式,能夠連續發送要寫的資料,內部寫暫存器會自動加1，

• TSL2561模塊與樹莓派的連接
  
  直接按照以上引腳圖去逐一連接芯片的四個管腳（除去INT）即可，其中電源引腳應接在3.3V引腳上

二、使能內核I2C驅動模塊

??TSL2561資料傳輸的原理遵循IIC（I2C）總線協議，僅依靠一條時鐘線和一條資料總線即可完成光強資料的傳輸，有關I2C總線協議的詳細內容見上篇博客：I2C總線

1. 配置內核啟動后自動加載I2C驅動

pi@raspberrypi:~ $ sudo raspi-config

該配置會將/boot/config.txt 檔案中的下面這個選項打開：
dtparam=i2c_arm=on

2.安裝i2c的相關驅動
重啟樹莓派之后會發現系統啟動之后會自動安裝i2c的相關驅動

pi@raspberrypi:~ $ sudo reboot
pi@raspberrypi:~ $ sudo apt-get install i2c-tools
pi@raspberrypi:~ $ lsmod | grep i2c

查看設備地址命令：

pi@raspberrypi:~ $ sudo i2cdetect -y 1

具體如圖

使用i2cdetect命令可以查看到SHT21溫濕度傳感器設備地址0x39，

三、TSL2561暫存器的訪問

??對TSL256x的控制是通過對其內部的16個暫存器的讀寫來實作的,其地址如下表所列，TSL2561啟動、暫存器訪問、資料的讀取都是通過寫命令控制字的方法來實作的，TSL2561的用戶手冊里面給出了對應暫存器的名稱、用途和訪問方法：

上面是TSL2561內部所有暫存器的型別以及對應的地址，而讀取光強僅需利用其中的命令暫存器（command）、控制暫存器（control）和資料暫存器（Ch,Dh,Eh,Fh），資料暫存器中的值經過位運算和加法運算之后，便可生成對應ADC通道（ADC channel）內的采樣值，所以沒必要單獨介紹資料暫存器，直接套公式即可，即：

• Channel_0 = DATA0HIGH<<8 + DATA0LOW;
• Channel_1 = DATA1HIGH<<8 + DATA1LOW;

1.命令暫存器

• CMD設定為1才可以正常訪問
• ADDRESS位有3位，對應著上一張圖片里面資料暫存器的地址，
  例如要訪問資料暫存器Ch，就應該將命令暫存器設定為10001100B，即0x8c，當不需要訪問資料暫存器時，ADDRESS直接寫為0000B（0x0）即可，由此可見，命令暫存器在TSL2561內部的地址是0x80，

2.控制暫存器

• TSL2561的啟動取決于控制暫存器中的POWER位，其他位是保留位，無需考慮操作，直接置0即可，
• POWER位置為11B，即0x03是啟動
• POWER位置為00B，即0x00是關閉

3.光強度值的計算
寫入控制暫存器控制字使得TSL2561成功啟動，并且正常讀取到四個資料暫存器中的值之后，就可以按照用戶手冊中的計算公式進行光強計算了：

TSL2561有兩種封裝型別，我使用的芯片屬于圖中所述的第二種，所以計算光強時就使用第二種封裝型別里面的公式就行了，芯片的封裝型別在購買來之前的包裝袋上有說明，

四、C語言獲取光強代碼

程式代碼主要基于用戶空間使用i2c_dev來進行編程，詳情了解點擊 i2c_dev 博客

（1）代碼模塊

根據暫存器的功能不同，單獨設計功能模塊，便于函式在其他地方的呼叫，也使主函式更加簡潔.

• 打開設備對應節點模塊
• 啟動/關停模塊
• 讀寫模塊
• 光強計算模塊
• 主函式

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

#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/i2c.h>
#include <linux/i2c-dev.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define TSL2561_I2C_ADDR                0x39   /*   設備地址為0x39 */ 
#define CONTROL_REG                     0x80   /*   命令暫存器在TSL2561內部的地址是0x80 */
#define REG_COUNT                       4      /*   暫存器數量 */ 
#define POWER_UP                        0x03   /*   上電 */
#define POWER_DOWN                      0x00   /*   斷電 */

#define ON  1  /*用于啟動或關閉*/
#define OFF 0

/*datasheet中4個資料暫存器的地址是依次遞增，所以運用列舉即可*/
enum
{
    /*   Channel_0 = DATA0HIGH<<8 + DATA0LOW */
    DATA0LOW = 0x8c,
    DATA0HIGH,

    /*   Channel_1 = DATA1HIGH<<8 + DATA1LOW */
    DATA1LOW,
    DATA1HIGH,
};

int  s_tsl_fd = -1;

static const int  regs_addr[REG_COUNT]={DATA0LOW, DATA0HIGH, DATA1LOW, DATA1HIGH};

/*初始化模塊：打開對應的設備節點*/
int tsl2561_init(void)
{
    if( (s_tsl_fd = open("/dev/i2c-1", O_RDWR)) < 0 )
    {
        printf("open /dev/i2c-1 error!\n");
        return -1;
    }
    printf("open /dev/i2c-1 successfully! s_tsl_fd = %d\n", s_tsl_fd);

    return s_tsl_fd;
}

/*啟動模塊：上電/斷電*/
int tsl2561_power(int cmd)
{
    struct i2c_msg               msg;
    struct i2c_rdwr_ioctl_data   data;
    unsigned char                buf[2];

    /*設定 i2c_msg 的結構體*/
    msg.addr = TSL2561_I2C_ADDR;   /*從機地址*/
    msg.flags = 0;                 /*讀寫標志*/
    msg.len = 1;                   /*資料長度*/
    msg.buf = buf;                 /*msg里的buf為指向buf[]的資料指標*/

    /*設定 i2c_rdwr_ioctl_data 的結構體*/
    data.msgs = &msg;              /*msgs為指向 i2c_msgs 的指標*/
    data.nmsgs = 1;                /*訊息個數*/

    /*寫入命令暫存器地址,開始i2c層通信*/
    msg.buf[0] = CONTROL_REG;
    if( ioctl(s_tsl_fd, I2C_RDWR, &data) < 0 )
    {
        printf("%s() ioctl failure: %s\n", __func__, strerror(errno));
        return -1;
    }
    
    /*通過ON/OFF進行上電/斷電*/
    if(cmd)
    {
        msg.buf[0] = POWER_UP;
    }
    else
    {
        msg.buf[0] = POWER_DOWN;
    }

    /*再次寫入命令，進行通信*/
    if( ioctl(s_tsl_fd, I2C_RDWR, &data) < 0 )
    {
        printf("%s() ioctl failure: %s\n", __func__, strerror(errno));
        return -1;
    }

    return 0;
}


/*讀寫模塊：寫入命令字，讀取暫存器資料*/
int tsl2561_read_reg(unsigned char regaddr, unsigned char *regval)
{
    struct i2c_msg                  msg;
    struct i2c_rdwr_ioctl_data      data;
    unsigned char                   buf[2];

    msg.addr= TSL2561_I2C_ADDR;
    msg.flags=0;
    msg.len= 1;
    msg.buf= buf;
    msg.buf[0] = regaddr;

    data.nmsgs= 1;
    data.msgs= &msg;

    if( ioctl(s_tsl_fd, I2C_RDWR, &data) < 0 )
    {
        printf("%s() ioctl failure: %s\n", __func__, strerror(errno));
        return -1;
    }

    memset(buf, 0, sizeof(buf));

    msg.addr= TSL2561_I2C_ADDR;
    msg.flags=I2C_M_RD;
    msg.len= 1;
    msg.buf= buf;

    data.nmsgs= 1;
    data.msgs= &msg;


    if( ioctl(s_tsl_fd, I2C_RDWR, &data) < 0 )
    {
        printf("%s() ioctl failure: %s\n", __func__, strerror(errno));
        return -1;
    }

    *regval = msg.buf[0];

    return 0;

}

/*光強獲取模塊：啟動tsl2561，讀寫資料暫存器，拿到值進行光強計算 */
float tsl2561_get_lux( float *lux)
{
    int                 i;
    unsigned char       reg_data[REG_COUNT];
    unsigned char       buf;

    int                 chn0_data = 0;
    int                 chn1_data = 0;

    float               div = 0.0;
    //float               lux = 0.0;

    tsl2561_power(ON);

    sleep(1);

    for(i=0; i<REG_COUNT; i++)
    {
        tsl2561_read_reg(regs_addr[i], &reg_data[i]);   /*                                                                                                            
將定義的全域變數陣列regs_addr[REG_COUNT]利用回圈依次傳入，拿到的資料依次填入定義的區域變數reg_data[REG_COUNT]*/
    }


    /*將拿到的資料套公式計算*/
    chn0_data = reg_data[1]*256 + reg_data[0]; /*  Channel0 = DATA0HIGH<<8 + DATA0LOW  */
    chn1_data = reg_data[3]*256 + reg_data[2]; /*  channel1 = DATA1HIGH<<8 +  DATA1LOW */

    if( chn0_data<=0 || chn1_data<0 )
    {
        *lux = 0.0;
        goto OUT;
    }
    div = (float)chn1_data / (float)chn0_data;

    if( div>0 && div<=0.5 )
         *lux = 0.304*chn0_data-0.062*chn0_data*pow(div,1.4);

    else if( div>0.5 && div<=0.61 )
        *lux = 0.0224*chn0_data-0.031*chn1_data;

    else if( div>0.61 && div<=0.8 )
        *lux = 0.0128*chn0_data-0.0153*chn1_data;

    else if( div>0.8 && div<=1.3 )
        *lux = 0.00146*chn0_data-0.00112*chn1_data;

    else if( div>1.3 )
        *lux = 0.0;

    //printf("TSLl2561 get lux: [%.3f]\n", *lux);

OUT:
    tsl2561_power(OFF);
    return 0;

}

int main(int argc, char **argv)
{
    float              lux = 0.0;


    tsl2561_init();

    tsl2561_get_lux(&lux);

    printf("TSLl2561 get lux: [%.3f]\n", lux);

    return 0;
}

• 運行結果
  

（2）注意事項

• 編譯加-lm
  使用math.h中宣告的庫函式還有一點特殊之處，gcc命令列必須加-lm選項，因為數學函式位于libm.so庫檔案中（這些庫檔案通常位于/lib目錄下），-lm選項告訴編譯器，我們程式中用到的數學函式要到這個庫檔案里找，
• 列印檔案描述符的值
  呼叫open()打開檔案而回傳的檔案描述符的值，列印觀察是否為正常值，如果是012，那么系統則會報錯不能使用ioctl(),因為因為0是標準輸入，1是標準輸出，2是標準出錯,檔案描述符的正確與否會導致相關API的呼叫失敗，