RF UART giao tiếp Arduino, Thu phát RF UART 433Mhz HC-12 + LCD1602

RF UART giao tiếp Arduino sử dụng Mạch thu phát RF UART SI4463 433Mhz HC-12 khoảng cách 1Km có thể dễ dàng cài đặt và sử dụng, giao tiếp bằng giao thức UART với khoảng cách xa 1km (lý tưởng theo thông số nhà SX), dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa,… module hoạt động ở tần số 433MHz. 

• Phone : 0967.551.477
• Zalo    : 0967.551.477
• FB      : Huỳnh Nhật Tùng
• Email : dientunhattung@gmail.com
• Địa Chỉ: 106/14 Đường số 51, Phường 14, Gò Vấp, Tp HCM
• Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Arduino Nano có chức năng tương tự như Arduino Duemilanove nhưng khác nhau về dạng mạch. Nano được tích hợp vi điều khiển ATmega328P, giống như Arduino UNO. Sự khác biệt chính giữa chúng là bảng UNO có dạng PDIP (Plastic Dual-In-line Package) với 30 chân còn Nano có sẵn trong TQFP (plastic quad flat pack) với 32 chân. Trong khi UNO có 6 cổng ADC thì Nano có 8 cổng ADC. Bảng Nano không có giắc nguồn DC như các bo mạch Arduino khác, mà thay vào đó có cổng mini-USB. Cổng này được sử dụng cho cả việc lập trình và bộ giám sát nối tiếp. Tính năng hấp dẫn của arduino Nano là nó sẽ chọn công xuất lớn nhất với hiệu điện thế của nó. Arduino Nano là phiên bản nhỏ gọn của Arduino Uno R3 sử dụng MCU ATmega328P-AU dán, vì cùng MCU nên mọi tính năng hay chương trình chạy trên Arduino Uno đều có thể sử dụng trên Arduino Nano, một ưu điểm của Arduino Nano là vì sử dụng phiên bản IC dán nên sẽ có thêm 2 chân Analog A6, A7 so với Arduino Uno.

Chức năng khác

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

b. Chức năng của Arduino Nano:

Chân ICSP

• Các chân: 1, 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 và 16 Như đã đề cập trước đó, Arduino Nano có 14 ngõ vào/ra digital. Các chân làm việc với điện áp tối đa là 5V. Mỗi chân có thể cung cấp hoặc nhận dòng điện 40mA và có điện trở kéo lên khoảng 20-50kΩ. Các chân có thể được sử dụng làm đầu vào hoặc đầu ra, sử dụng các hàm pinMode (), digitalWrite () và digitalRead ().

Các chức năng khác

• Ngoài các chức năng đầu vào và đầu ra số, các chân này cũng có một số chức năng bổ sung.
• Chân 1, 2: Chân nối tiếp Hai chân nhận RX và truyền TX này được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp TTL. Các chân RX và TX được kết nối với các chân tương ứng của chip nối tiếp USB tới TTL.
• Chân 6, 8, 9, 12, 13 và 14: Chân PWM Mỗi chân số này cung cấp tín hiệu điều chế độ rộng xung 8 bit. Tín hiệu PWM có thể được tạo ra bằng cách sử dụng hàm analogWrite ().
• Chân 5, 6: Ngắt Khi chúng ta cần cung cấp một ngắt ngoài cho bộ xử lý hoặc bộ điều khiển khác, chúng ta có thể sử dụng các chân này. Các chân này có thể được sử dụng để cho phép ngắt INT0 và INT1 tương ứng bằng cách sử dụng hàm attachInterrupt (). Các chân có thể được sử dụng để kích hoạt ba loại ngắt như ngắt trên giá trị thấp, tăng hoặc giảm mức ngắt và thay đổi giá trị ngắt.

Chức năng khác

• Khi bạn không muốn dữ liệu được truyền đi không đồng bộ, bạn có thể sử dụng các chân ngoại vi nối tiếp này. Các chân này hỗ trợ giao tiếp đồng bộ với SCK. Mặc dù phần cứng có tính năng này nhưng phần mềm Arduino lại không có. Vì vậy, bạn phải sử dụng thư viện SPI để sử dụng tính năng này.
• Chân 16: Led Khi bạn sử dụng chân 16, đèn led trên bo mạch sẽ sáng.
• Chân 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 và 26 : Ngõ vào/ra tương tự Như đã đề cập trước đó UNO có 6 chân đầu vào tương tự nhưng Arduino Nano có 8 đầu vào tương tự (19 đến 26), được đánh dấu A0 đến A7. Điều này có nghĩa là bạn có thể kết nối 8 kênh đầu vào tương tự để xử lý. Mỗi chân tương tự này có một ADC có độ phân giải 1024 bit (do đó nó sẽ cho giá trị 1024). Theo mặc định, các chân được đo từ mặt đất đến 5V. Nếu bạn muốn điện áp tham chiếu là 0V đến 3.3V, có thể nối với nguồn 3.3V cho chân AREF (pin thứ 18) bằng cách sử dụng chức năng analogReference (). Tương tự như các chân digital trong Nano, các chân analog cũng có một số chức năng khác.
• Chân 23, 24 như A4 và A5: chuẩn giao tiếp I2C

Chức năng khác

• Khi giao tiếp SPI cũng có những nhược điểm của nó như cần 4 chân và giới hạn trong một thiết bị. Đối với truyền thông đường dài, cần sử dụng giao thức I2C. I2C hỗ trợ chỉ với hai dây. Một cho xung (SCL) và một cho dữ liệu (SDA). Để sử dụng tính năng I2C này, chúng ta cần phải nhập một thư viện có tên là Thư viện Wire.
• Chân 18: AREF : Điện áp tham chiếu cho đầu vào dùng cho việc chuyển đổi ADC.
• Chân 28 : RESET: Đây là chân reset mạch khi chúng ta nhấn nút rên bo. Thường được sử dụng để được kết nối với thiết bị chuyển mạch để sử dụng làm nút reset.
• Chân 13, 14, 15 và 16: Giao tiếp SPI

1.2 Module Thu phát RF UART giao tiếp Arduino truyền nhận không dây

a. Giới thiệu Thu phát RF UART

Mạch thu phát RF UART SI4463 433Mhz HC-12 khoảng cách 1Km có thể dễ dàng cài đặt và sử dụng, giao tiếp bằng giao thức UART với khoảng cách xa 1km (lý tưởng theo thông số nhà SX), dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa,… module hoạt động ở tần số 433MHz.

b. Thông số kỹ thuật Thu phát RF UART giao tiếp Arduino

• Điện áp: 3.2 – 5.5V
• Khoảng cách hoạt động : khoảng 600m, có thể đạt 1000m. Tốc độ truyền: 5000bps trong không khí.
• Dòng cấp: 16mA (ở chế độ chờ).
• Tần số hoạt động: 433.4 – 473.0MHz công suất phát tối đa 100mW (có thể cài đặt)
• Kích thước: 27.8mm × 14.4mm × 4mm
• Cài đặt mặc định: chế độ FU3, tốc độ 9600bps, kênh CH001 (433.4MHz)
• Giao tiếp UART

c. Sơ đồ chân vào chức năng Thu phát RF UART

• SET   : Cho phép cài đặt các thông tin khi mức thấp
• TX     : Truyền UART
• RX     : Nhận UART
• GND  : nguồn 0V
• VCC  : nguồn 5V

d. Ứng dụng Thu phát RF UART giao tiếp Arduino

• Module RF HC-12 bản nâng cấp của HC-11 sử dụng chip thu phát sóng SI4438 từ Texas Instrument và khuếch đại nâng phạm vi hoạt động lên 1000m theo điều kiện lý tưởng.
• Ngõ ra giao tiếp UART dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa.
• Module RF HC-12 hoạt động ở dải tần 433MHz, là lựa chọn thay thế cho các module Bluetooth.
• Điều khiển và kiểm soát từ xa
• Thu thập data
• Nhà thông minh
• Kiểm soát công nghiệp
• AGV Robot
• Bàn phím, chuột không dây
• Game controller
• Điều khiển từ xa
• Nhà thông minh và tự động hóa
• Hệ thống giám sát không dây
• Hệ thống cảm biến tiết kiệm điện
• Internet of Things

e. Cách sử dụng Thu phát RF UART

• Các module phải có cùng kênh sóng, địa chỉ, kênh và địa chỉ phải khác 0.
• Để cài đặt module, đưa module vào chế độ AT command: nối chân SET xuống mass trước khi cấp nguồn, sau đó cấp nguồn, module sẽ tự động reset về các thông số gốc: Baurate: 9600, stop bits:1, parity: none.
• Để cài đặt Baurate của module dùng lệnh: AT+Bxxxx (trong đó xxxx là số baudrate, ví dụ 9600, 38400, 115200, … )
• Để cài đặt kênh sóng dùng: AT+Cxxx (trong đó xxx là số kênh từ 000 đến 127)
• Để cài đặt địa chỉ dùng: AT+Axxx (trong đó xxx là địa chỉ từ 000 đến 255)
• Để cài đặt công suất phát sóng dùng: AT+Px (trong đó x từ 1 đến 8, mặc định là 8 ~ 10 dBm)
• Sau khi cài đặt xong nối chân SET lên VCC hoặc để hở để về chế độ hoạt động bình thường: tất cả dữ liệu truyền qua UART vào module sẽ được truyền đến tất cả các module khác có cùng kênh sóng và địa chỉ, và truyền ra bằng UART.

f. Dãy tần hoạt động và bảng giá trị tốc độ Baund

• Dải tần làm việc không dây của nó là từ 433,4 MHz đến 473,0 MHz
• Nó có tổng cộng 100 kênh với bước 400 KHz giữa mỗi kênh
• Công suất truyền từ -1dBm (0,79mW) đến 20dBm (100mW)
• Độ nhạy nhận từ -117dBm (0,019pW) đến -100dBm (10pW).

1.3 LCD1602 cho đề tài mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Màn hình text LCD1602 xanh lá sử dụng driver HD44780, có khả năng hiển thị 2 dòng với mỗi dòng 16 ký tự, màn hình có độ bền cao, rất phổ biến, nhiều code mẫu và dễ sử dụng thích hợp cho những người mới học và làm dự án.

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp hoạt động là 5 V.
• Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
• Chữ đen, nền xanh lá
• Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
• Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
• Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
• Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu
• Có bộ ký tự được xây dựng hổ trợ tiếng Anh và tiếng Nhật, xem thêm HD44780 datasheet để biết thêm chi tiết.

c. Sơ đồ chân LCD 16×2

Trong 16 chân của LCD được chia ra làm 3 dạng tín hiệu như sau:

• Các chân cấp nguồn: Chân số 1 là chân nối mass (0V), chân thứ 2 là Vdd nối với nguồn+5V. Chân thứ 3 dùng để chỉnh contrast thường nối với biến trở.
• Các chân điều khiển: Chân số 4 là chân RS dùng để điều khiển lựa chọn thanh ghi. ChânR/W dùng để điều khiển quá trình đọc và ghi. Chân E là chân cho phép dạng xung chốt.
• Các chân dữ liệu D7÷D0: Chân số 7 đến chân số 14 là 8 chân dùng để trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển và LCD.

d. Địa chỉ ba vùng nhớ 

• Bộ điều khiển LCD có ba vùng nhớ nội, mỗi vùng có chức năng riêng. Bộ điều khiển phải khởi động trước khi truy cập bất kỳ vùng nhớ nào. a. Bộ nhớ DDRAM
• Bộ nhớ chứa dữ liệu để hiển thị (Display Data RAM: DDRAM) lưu trữ những mã ký tự để hiển thị lên màn hình. Mã ký tự lưu trữ trong vùng DDRAM sẽ tham chiếu với từng bitmap kí tự được lưu trữ trong CGROM đã được định nghĩa trước hoặc đặt trong vùng do người sử dụng định nghĩa. b. Bộ phát kí tự ROM – CGROM
• Bộ phát kí tự ROM (Character Generator ROM: CGROM) chứa các kiểu bitmap cho mỗi kí tự được định nghĩa trước mà LCD có thể hiển thị, như được trình bày bảng mã ASCII. Mã kí tự lưu trong DDRAM cho mỗi vùng kí tự sẽ được tham chiếu đến một vị trí trong CGROM. Ví dụ: mã kí tự số hex 0x53 lưu trong DDRAM được chuyển sang dạng nhị phân 4 bit cao là DB[7:4] = “0101” và 4 bit thấp là DB[3:0] = “0011” chính là kí tự chữ ‘S’ sẽ hiển thị trên màn hình LCD. c. Bộ phát kí tự RAM – CGRAM
• Bộ phát kí tự RAM (Character Generator RAM: CG RAM) cung cấp vùng nhớ để tạo ra 8 kí tự tùy ý. Mỗi kí tự gồm 5 cột và 8 hàng.

e. Các lệnh điều khiển của LCD

• Lệnh thiết lập chức năng giao tiếp “Function set”:
  • Bit DL (data length) = 1 thì cho phép giao tiếp 8 đường data D7 ÷ D0, nếu bằng 0 thì cho phép giao tiếp 4 đường D7 ÷ D4.
  • Bit N (number of line) = 1 thì cho phép hiển thị 2 hàng, nếu bằng 0 thì cho phép hiển thị 1 hàng.
  • Bit F (font) = 1 thì cho phép hiển thị với ma trận 5×8, nếu bằng 0 thì cho phép hiển thị với ma trận 5×11.
  • Các bit cao còn lại là hằng số không đổi.

• Lệnh xoá màn hình “Clear Display”: khi thực hiện lệnh này thì LCD sẽ bị xoá và bộ đếm địa chỉ được xoá về 0.

• Lệnh di chuyển con trỏ về đầu màn hình “Cursor Home”: khi thực hiện lệnh này thì bộ đếm địa chỉ được xoá về 0, phần hiển thị trở về vị trí gốc đã bị dịch trước đó. Nội dung bộ nhớ RAM hiển thị DDRAM không bị thay đổi.
• Lệnh thiết lập lối vào “Entry mode set”: lệnh này dùng để thiết lập lối vào cho các kí tự hiển thị,
  • Bit I/D = 1 thì con trỏ tự động tăng lên 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị, khi I/D = 0 thì con trỏ sẽ tự động giảm đi 1 mỗi khi có 1 byte dữ liệu ghi vào bộ hiển thị.
  • Bit S = 1 thì cho phép dịch chuyển dữ liệu mỗi khi nhận 1 byte hiển thị.

• Lệnh điều khiển con trỏ hiển thị “Display Control”: 

  • Bit D: cho phép LCD hiển thị thì D = 1, không cho hiển thị thì bit D = 0.
  • Bit C: cho phép con trỏ hiển thị thì C= 1, không cho hiển thị con trỏ thì bit C = 0.
  • Bit B: cho phép con trỏ nhấp nháy thì B= 1, không cho con trỏ nhấp nháy thì bit B = 0.
  • Với các bit như trên thì để hiển thị phải cho D = 1, 2 bit còn lại thì tùy chọn, trong thư viện thì cho 2 bit đều bằng 0, không cho phép mở con trỏ và nhấp nháy, nếu bạn không thích thì hiệu chỉnh lại.
• Lệnh di chuyển con trỏ “Cursor /Display Shift”: lệnh này dùng để điều khiển di chuyển con trỏ hiển thị dịch chuyển 
  • Bit SC: SC = 1 cho phép dịch chuyển, SC = 0 thì không cho phép.
  • Bit RL xác định hướng dịch chuyển: RL = 1 thì dịch phải, RL = 0 thì dịch trái. Nội dung bộ nhớ DDRAM vẫn không đổi.
  • Vậy khi cho phép dịch thì có 2 tùy chọn: dịch trái và dịch phải.
• Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự “Set CGRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM phát kí tự.
• Lệnh thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM hiển thị “Set DDRAM Addr”: lệnh này dùng để thiết lập địa chỉ cho bộ nhớ RAM lưu trữ các dữ liệu hiển thị.
• Hai lệnh cuối cùng là lệnh đọc và lệnh ghi dữ liệu LCD.

f. Bảng mã ASCII sử dụng cho LCD

g. Bảng địa chỉ cho LCD

2. Hướng dẫn đồ án RF UART 433MHz giao tiếp Arduino hiển thị LCD1602

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

Bên phát RF UART 433MHz

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial HC12(10, 11); // HC-12 TX Pin, HC-12 RX Pin
long adc;
void setup() {
Serial.begin(9600); // Serial port to computer
HC12.begin(9600); // Serial port to HC12

}

void loop()
{
adc=analogRead(A2);
adc=adc*5000/1023;
adc=adc/2; 
HC12.write(adc); // Send that data to HC-12
}

Bên thu RF UART 433MHz

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial HC12(10, 11); // HC-12 TX Pin, HC-12 RX Pin
long adc;
void setup() {
Serial.begin(9600); // Serial port to computer
pinMode(D3,OUTPUT);
analogWrite(D3,0);
HC12.begin(9600); // Serial port to HC12

}

void loop() 
{
while (HC12.available()) 
{ 
adc= HC12.read(); // Send the data to Serial monitor
analogWrite(D3,adc);
}
}

3. Hoạt động của mạch truyền nhận dữ liệu không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp Arduino

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd 16×2 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển kiểm tra có Thu phát RF 433Mhz HC-12 được sử dụng không, nếu không có thì sẽ báo lỗi và chờ đến khi được gắn vào, ngược lại thì vi điều khiển cho phép truyền hoặc nhận tùy theo bên thu hoặc bên phát đã được quy định từ trước. Khi nhận được tín hiệu từ bên phát gửi qua bên thu thông qua việc nút nhấn thì Thu phát RF UART đưa dữ liệu vào vi điều khiển xử lý và xuất ra ngoài màn hình để hiển thị theo những gì đã được quy định bên mạch phát. 

4. Cụ thể hoạt động của mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp Arduino:

Chúc các bạn thành công…!!!