Đồ án, Review Đồ án

DHT21 giao tiếp Arduino, Cảm biến Nhiệt độ, độ ẩm + LCD1602 + Arduino

Posted on by Điện tử Nhật Tùng
DHT21 giao tiếp Arduino dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo các đại lượng điện có thể đo được. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được cấu tạo đa dạng khác nhau, chủ yếu là bằng kim loai Platinum có giá trị điện trở 100Ohm ở nhiệt độ 0 độ C, điện trở sẽ bị thay đổi khi thay đổi nhiệt độ và độ ẩm. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ và độ ẩm có nhiều hình dạng khác nhau, cảm biến nhiệt độ có hình dáng khớp với đầu dò nhiệt, hoạt động dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Điện trở của kim loại sẽ tăng lên hoặc giảm đi tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường.  
Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tử Phone : 0967.551.477 Zalo    : 0967.551.477 FB      : Huỳnh Nhật Tùng Email : dientunhattung@gmail.com Địa Chỉ: 171/25 Lê Văn Thọ, P8, Gò Vấp, Tp HCM Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch Cảm biến DHT21 giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch cảm biến  DHT21 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Arduino Uno R3 (Dip) có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

Các chức năng khác

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…). Mach-dieu-khien-dong-co-buoc-DC-step-Arduino-uno-r3-1 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, … các ứng dụng của vi điều khiển

b. Chức năng của Arduino R3:

  • 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
  • Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

Các chức năng khác

  • Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).  Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
  • LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
  • Arduino Uno R3 có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V  → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
Mach-dieu-khien-dong-co-buoc-DC-step-Arduino-uno-r3-2 BH1750 giao tiếp Arduino  

1.2 Cảm biến DHT21 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu DHT21 giao tiếp Arduino

DHT21 giao tiếp Arduino là thiết bị dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo được. Cảm biến nhiệt độ và độ ẩm được cấu tạo đa dạng khác nhau, chủ yếu là bằng kim loai Platinum có giá trị điện trở 100Ohm ở nhiệt độ 0 độ C, điện trở sẽ bị thay đổi khi thay đổi nhiệt độ và độ ẩm. Cấu tạo của cảm biến nhiệt độ và độ ẩm có nhiều hình dạng khác nhau, cảm biến nhiệt độ có hình dáng khớp với đầu dò nhiệt, hoạt động dựa trên mối quan hệ giữa vật liệu kim loại và nhiệt độ. Điện trở của kim loại sẽ tăng lên hoặc giảm đi tùy thuộc vào nhiệt độ của môi trường. Cảm biến độ ẩm, nhiệt độ DHT21 AM2301 Temperature Humidity Sensor được sử dụng để đo độ ẩm và nhiệt độ của không khí, cảm biến có độ bền và độ ổn định cao, sử dụng giao tiếp 1-wire giao tiếp với Vi điều khiển dễ dàng chỉ với 1 dây tín hiệu duy nhất, thích hợp với các ứng dụng cần đo độ ẩm, nhiệt độ trong nông nghiệp, nhà thông minh,…
cam-bien-do-am-nhiet-do-dht21-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602

b. Thông số kỹ thuật DHT11 giao tiếp Arduino

  • Kích thước sản phẩm: 13.8×26.7×58.8 mm
  • Sai số nhiệt độ: ±0.3 độ C
  • Sai số độ ẩm: 3%
  • Kết nối dây
  • Dây vàng: đường truyền dữ liệu DATA
  • Dây đỏ:  Nguồn VCC: 3- 3.5V
  • Dây đen: Nối đất GND
  • Nguồn điện áp hoạt động: 3.3 – 5V
  • Dải nhiệt độ đo được: -40 – 80 độ C
  • Dải độ ẩm đo được: 0 – 99%
Lưu ý: Xin lưu ý chỉ sử dụng cảm biến trong môi trường độ ẩm thuần là hơi nước, các môi trường đặc biệt ủ kín như ủ tỏi đen, ủ yếm khí…sẽ sinh ra nấm và vi khuẩn bám lên bề mặt cảm biến làm hư hỏng cảm biến.

1.3 LCD1602 cho cảm biến DHT21 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu DHT21 giao tiếp Arduino

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.
lcd-16x02-cảm biến sht10 module sim900a

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

Số chânKý hiệu chânMô tả chân
1VssCấp điện 0v
2VccCấp điện 5v
3V0Chỉnh độ tương phản
4RSLựa chọn thanh ghi địa chỉ hay dữ liệu
5RWLựa chọn thanh ghi Đọc hay Viết
6ENCho phép xuất dữ liệu
7D0Đường truyền dữ liệu 0
8D1Đường truyền dữ liệu 1
9D2Đường truyền dữ liệu 2
10D3Đường truyền dữ liệu 3
11D4Đường truyền dữ liệu 4
12D5Đường truyền dữ liệu 5
13D6Đường truyền dữ liệu 6
14D7Đường truyền dữ liệu 7
15AChân dương đèn màn hình
16KChân âm đèn màn hình
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

hinh-lcd1602-bang-gia-tri-cảm biến DHT11 giao tiếp Pic16F
  • 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

bảng mã ascii hiển thị ký tự cho lcd1602 - DHT11 giao tiếp Pic16F
 

g. Bảng địa chỉ cho LCD

hinh-lcd1602-dia-chi DHT11 giao tiếp Pic16F

1.4 Module I2C LCD DHT21 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Để sử dụng các loại LCD có driver là HD44780 (LCD 1602, LCD 2004,… ) cần có ít nhất 6 chân của MCU kết nối với các chân RS, EN, D7, D6, D5 và D4 để có thể giao tiếp với LCD. Nhưng với mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD, các bạn chỉ cần 2 chân (SDA và SCL) của MCU kết nối với 2 chân (SDA và SCL) của module là đã có thể hiển thị thông tin lên LCD. Ngoài ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module. Lưu ý : Các phiên bản cũ địa chỉ của bus i2c là 0X27, loại mới là 0x3F i2c-lcd-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602

b. Thông số kỹ thuật

  • Điện áp hoạt động: 3 – 6V
  • Giao tiếp: I2C
  • Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit address set)
  • Jump Chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
  • Biến trở xoay độ tương phản cho LCD
  • Kích thước: 41.5 x 19 x 15.3mm
  • Trọng lượng: 5g

c. Các chân tín hiệu

  • Dây đỏ: VCC
  • Dây đen: GND
  • Dây vàng: SCL
  • Dây xanh lá: SDA

d. Cách sử dụng

  • Thông thường, để điều khiển và hiển thị được kí tự từ vi điều khiển xuất ra màn hình 16×02 bạn cần tới 7-8 dây nối đến chân vi điều khiển. Điều này gây ra rất nhiều phiền toái: đi sai dây, mạch rườm ra, khó viết code…
  • Những điều này được mạch điều khiển màn hình khắc phục hoàn toàn vì số lượng dây tín hiệu giảm còn duy nhất: 2 dây. Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch. Bạn chỉ việc gửi các mã lệnh cùng nội dung hiển thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian để xử lý các tiến trình phức tạp khác.

e. Tính năng nỗi bật

  • Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển.
  • Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.
  • Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu.
  • Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến DHT21 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.

Sử dụng một chương trình cho hai DHT11 và DHT22 và DHT21

Phần cứng

cam-bien-do-am-nhiet-do-dht21-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-2

Phần mềm

Thư viện I2C LCD tại đâu: https://github.com/HuanVo/LiquidCrystal_I2C
/* This code is to work with DHT21 AM2301 and LCD i2c screen
 * It displays the temperature/humidity/heatindex in Fahrenheit/%RH/Fahrenheit
 * Refer to www.surtrtech.com for more details
 */

#include <DHT.h>                //Libraries needed for the module and screen
#include <LiquidCrystal_I2C.h>

#define DHTPIN 2               //Declaring the DHT pin (digital) and type
#define DHTTYPE DHT21 

#define I2C_ADDR 0x27 //I2C adress, you should use the code to scan the adress first (0x27) here
#define BACKLIGHT_PIN 3 // Declaring LCD Pins
#define En_pin 2
#define Rw_pin 1
#define Rs_pin 0
#define D4_pin 4
#define D5_pin 5
#define D6_pin 6
#define D7_pin 7

LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR,En_pin,Rw_pin,Rs_pin,D4_pin,D5_pin,D6_pin,D7_pin);  //Declaring both the LCD and DHT

DHT dht(DHTPIN, DHTTYPE);


void setup() {
  dht.begin();
  lcd.begin (16,2);
  lcd.setBacklightPin(BACKLIGHT_PIN,POSITIVE);
  lcd.setBacklight(HIGH); //Lighting backlight
  lcd.home ();
  lcd.print("Huynhnhattung.com"); //Give your module a delay before starting to read
  delay(2000);
}

void loop() {
  float h = dht.readHumidity();                 //Read humidity
  float f = dht.readTemperature(true);          //Read temperature in Fahrenheit remove "true" between brackets to change it to Celsius
  float hif = dht.computeHeatIndex(f, h);       //Add "false" for celsius but the temperature "f" should be celsius too which is not the case here
  
  lcd.clear();                                  //Clearing the screen and printing both T and H values then the HI value
  lcd.print("Temp: ");
  lcd.setCursor(6,0);
  lcd.print(f);
  lcd.setCursor(10,0);
  lcd.print(" F");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print("humi: ");
  lcd.setCursor(6,1);
  lcd.print(h);
  lcd.setCursor(10,1);
  lcd.print(" %RH");
  delay(2000);
  lcd.clear();
  lcd.print("Heat index:");
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print(hif);
  lcd.setCursor(6,1);
  lcd.print("F");
  delay(1000);
}

3. Hoạt động của mạch cảm biến DHT21 giao tiếp Arduino

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd1602 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu được gửi vào từ cảm biến dht21 nhiệt độ, độ ẩm. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị nhiệt độ, độ ẩm ra ngoài màn hình để hiển thị giá trị.

4. Cụ thể hoạt động của mạch Cảm biến DHT21 giao tiếp Arduino các bạn xem video:

c

Ngoài ra còn nhiều Phần và các môn khác

Đồ án điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 1 Mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 2 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 Tổng hợp File ĐỒ ÁN Điện tử cơ bản Tổng hợp File ĐỒ ÁN Viễn thông Tổng hợp File ĐỒ ÁN PLC Tổng hợp File ĐỒ ÁN Cung cấp điện

Sẽ còn các phần khác nữa nhé.

Chúc các bạn thành công…!!!

Điện tử Nhật Tùng

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *