GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52, Cảm biến bụi PM2.5 + Lcd1602 + 8051

GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52 là dùng Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F được sản xuất bởi hãng SHARP, được sử dụng để nhận biết nồng độ bụi trong không khí, nguyên lý hoạt động dựa trên LED phát hồng ngoại tích hợp bên trong cảm biến bụi, khi có bụi vào thì sẽ bị khúc xạ, làm giảm đi cường độ tia hồng ngoại ==> điện áp thay đổi.  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52

1.1 Vi điều khiển 8051 trong mạch cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

At89s52 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ 8051. At89s52 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 8KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (256x8KB SRAM) Với 32 chân có thể sử dụng cho các kết nối vào hoặc ra i/O, 32 thanh ghi, 3 bộ timer/counter có thể lập trình, có các gắt nội và ngoại (2 lệnh trên một vector ngắt), giao thức truyền thông nối tiếp USART, SPI. Khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn.

b. Chức năng của At89s52:

Chân Port 0

Tất cả các cổng của AT89S52 là 8-bit có nghĩa là mỗi port có 8 chân đa chức năng. Các chân đầu vào / đầu ra này có thể được cấu hình cho các chức năng khác bằng cấu hình cách các thanh ghi cấu hình.  Nếu chúng ở trạng thái mức thấp, chúng hoạt động như các chân đầu vào trở kháng cao hai chiều. Nhưng nếu chúng được kéo lên mức cao, chúng được sử dụng làm chân đầu ra digital. Các chân Port0 cũng được sử dụng để cập nhật các byte thấp trong code đến bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển AT89S52 và cũng được sử dụng để xác nhận code đã được cập nhật. Khi sử dụng các chân này để lập trình, chúng ta cần kết nối các chân này với các điện trở kéo lên bên ngoài.

Chân Port 1

Tương tự như port 0, Port1 cũng có các chân dữ liệu 2 chiều 8 bit với các điện trở kéo lên bên trong. Một số chân GPIO này được sử dụng giao tiếp lập trình hệ thống trong mạch và một số được sử dụng làm chức năng thay thế cho ba chân bộ định thời / bộ đếm 16 bit.

Chân Port 2

Giống như Port 1, Port2 cũng có các chân dữ liệu 2 chiều 8 bit với các điện trở kéo lên bên trong. Một số chân GPIO này được sử dụng để giao tiếp lập trình hệ thống trong mạch và một số chân được sử dụng làm chức năng thay thế cho ba chân Bộ định thời / Bộ đếm 16 bit. Các chân Port2 cũng được sử dụng để cập nhật các byte cao trong code lên bộ nhớ chương trình bên trong của vi điều khiển AT89S52 và cũng được sử dụng để xác nhận code đã được cập nhật. Khi sử dụng các chân này để lập trình, chúng ta cần kết nối các chân này với các điện trở kéo lên bên ngoài.

Chân port 3

Port 3 cũng là một cổng 8-bit và có 8 chân GPIO. Ngoài chức năng nhập / xuất, các chân này còn có một số tính năng đặc biệt.  Cổng 3 cũng được sử dụng để truyền dữ liệu nối tiếp UART, ngắt ngoài và thực hiện các thao tác đọc / ghi bộ nhớ dữ liệu bên ngoài.

Tất cả các chân này là chân dữ liệu hai chiều và tương thích với chuẩn TTL. Chúng có thể là nguồn dòng sink hay source và tất cả đều có điện trở kéo lên bên trong để xác định đúng trạng thái.

Các chức năng khác

• Reset: Chân 9 là chân reset mức thấp đang hoạt động. Xung mức thấp dài hơn độ dài xung tối thiểu sẽ tạo ra reset. Các xung ngắn không có khả năng tạo ra reset.
• VCC: Chân 10 là chân cấp nguồn cho bộ điều khiển này. Nguồn điện của cần phải có 5 V để đặt bộ điều khiển này trong điều kiện đang chạy. 
• GND: Chân 11 là chân nối đất.
• AREF: Chân 32 là chân tham chiếu tương tự chủ yếu được sử dụng cho bộ chuyển đổi A / D .
• AVCC: Chân 30 là AVCC là chân điện áp cung cấp cho PORTA và ADC. Nó được kết nối với VCC thông qua bộ lọc thông thấp khi có ADC. Tuy nhiên, trong trường hợp không có ADC, AVCC được kết nối bên ngoài với VCC. 
• Chân 12 & 13: Một bộ dao động tinh thể được kết nối với các chân này. Atmega16 hoạt động ở tần số bên trong 1MHZ; bộ dao động được thêm vào để tạo ra xung clock và tần số cao.

1.2 Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F

Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F được sản xuất bởi hãng SHARP, được sử dụng để nhận biết nồng độ bụi trong không khí, nguyên lý hoạt động dựa trên LED phát hồng ngoại tích hợp bên trong cảm biến bụi, khi có bụi vào thì sẽ bị khúc xạ, làm giảm đi cường độ tia hồng ngoại ==> điện áp thay đổi.

b. Thông số kỹ thuật Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F

• Nguồn: 5VDC
• Dòng tiêu thụ: 10mA
• Ngõ ra: analog với tỉ lệ 0.5V ~ 0.1mg/m3
• Nhiệt độ hoạt động: -40 ~ 85 độ C

c. Các chân tín hiệu Cảm biến bụi GP2Y1010AU0F

•  1. V-Vcc         : chân cấp nguồn 3.3VDC
• 2. LED-GND  : chân cấp nguồn âm 0VDC
• 3. LED            : chân kích led cho phép đọc
• 4. S-GND        : chân cấp nguồn 0V
• 5. Vo                : Chân đọc Analog
• 6. Vcc              : Chân cấp nguồn 3.3V

1.3 LCD1602 cho mạch cảm biến bụi PM2.5 GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

Màn hình Oled 1.3 inch giao tiếp I2C cho khả năng hiển thị đẹp, sang trọng, rõ nét vào ban ngày và khả năng tiết kiệm năng lượng tối đa với mức chi phí phù hợp, màn hình sử dụng giao tiếp I2C cho chất lượng đường truyền ổn định và rất dễ giao tiếp chỉ với 2 chân GPIO. Màn hình OLED SH1106 với kích thước 1.3 inch, cho khả năng hiển thị hình ảnh tốt với khung hình 128×64 pixel. Ngoài ra, màn hình còn tương thích với hầu hết các vi điều khiển hiện nay thông qua giao tiếp SPI. Màn hình sử dụng driver SH1106 cùng thiết kế nhỏ gọn sẽ giúp bạn phát triển các sản phẩm DIY hoặc các ứng dụng khác một cách nhanh chóng.

Màn hình Oled chuẩn truyền I2C

Màn hình Oled chuẩn truyền SPI

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp sử dụng: 2.2~5.5VDC
• Công suất tiêu thụ: 0.04w
• Góc hiển thị: lớn hơn 160 độ
• Số điểm hiển thị: 128×64 điểm.
• Độ rộng màn hình: 1.3 inch.
• Màu hiển thị: Trắng / Xanh Dương.
• Giao tiếp: I2C hoặc SPI tùy loại
• Driver: SH1106
• Kích thước 1.3 inch (128x64px)
• Góc nhìn tối đa: 160°
• Nhiệt độ làm việc: -30°V đến 80°C
• Tương thích với hầu hết các board như: Arduino, ESP8266, ESP32, STM32,

Lưu ý khi dùng Oled 1.3in Hiện trên thị trường sẽ có: +  2 loại chính là 0.96in và 1.3in +  2 mã số là SH1106 và SH1306 +  2 chuẩn truyền SPI và I2C Vì thế việc lựa chọn đúng đối tượng để lập trình mới có thể hiển thị được thông tin mong muốn.

1.4 Chip ADC0804 cho đề tài cảm biến bụi PM2.5 GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

Chip ADC0804 là bộ chuyển đổi tương tự số thuộc họ ADC800 của hãng National Semiconductor. Chip có điện áp nuôi +5V và độ phân giải 8 bit. Ngoài độ phân giải thì thời gian chuyển đổi cũng là một tham số quan trọng khi đánh giá bộ ADC. Thời gian chuyển đổi được định nghĩa là thời gian mà bộ ADC cần để chuyển một đầu vào tương tự thành một số nhị phân. Đối với ADC0804 thì thời gian chuyển đổi phụ thuộc vào tần số đồng hồ được cấp tới chân CLK và CLK IN và không bé hơn 110µs. ADC0804 là IC được sử dụng để biến đổi đầu vào analog thành đầu ra digital. Bộ chuyển đổi analog sang digital tám bit này có hai mươi chân. IC này chủ yếu được sử dụng trong các vi điều khiển như Raspberry Pi, … Để kích hoạt module ADC này không cần đồng hồ bên ngoài, module này có đồng hồ riêng. Các bộ vi điều khiển trước đây không bao gồm bộ chuyển đổi digital analog được sử dụng phần cứng riêng biệt cho mục đích này nhưng hiện tại vi điều khiển bao gồm bộ chuyển đổi ADC.

b. Thông số kỹ thuật

Datasheets	ADC0801-05
Product Photos	20-DIP Pkg 20-DIP
Standard Package	18
Category	Integrated Circuits (ICs)
Family	Data Acquisition – Analog to Digital Converters (ADC)
Series	–
Packaging	Tube
Number of Bits	8
Sampling Rate (Per Second)	10k
Data Interface	Parallel
Number of Converters	1
Voltage Supply Source	Single Supply
Operating Temperature	0°C ~ 70°C
Mounting Type	Through Hole
Package / Case	20-DIP (0.300″, 7.62mm)
Supplier Device Package	20-DIP
Number of Inputs and Type	1 Differential, Unipolar
Dynamic Catalog	8 Bit
Other Names	*ADC0804LCN/NOPB ADC0804LCNNOPB

C. Chức năng các chân

Chân 1 (chân CS : Chip Seclect) : là chân chọn chíp tích cực ở mức thấp nghĩa là muốn chân này làm việc thì ta phải nối mass còn không làm việc thì ta nối lên V+.

Chân 20 (V+) là chân cấp nguồn cho Ic .Bất kìa một Ic nào muốn hoạt động thì ta phải cấp nguồn nuôi cho nó và Ic DAC 0804 cũng vậy .và nó được cấp nguồn là 5V.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52 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

#include <SPI.h>
#include <Adafruit_GFX.h>
#include <Adafruit_SSD1306.h>
 
#define SCREEN_WIDTH 128 // OLED display width, in pixels
#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED display height, in pixels
 
// Declaration for SSD1306 display connected using software SPI (default case):
#define OLED_MOSI   9
#define OLED_CLK   10
#define OLED_DC    11
#define OLED_CS    12
#define OLED_RESET 13
 
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_WIDTH, SCREEN_HEIGHT,
  OLED_MOSI, OLED_CLK, OLED_DC, OLED_RESET, OLED_CS);
 
int measurePin = A5;
int ledPower = 7;
  
float voMeasured = 0;
float calcVoltage = 0;
float dustDensity = 0;
  
void setup(){
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ledPower,OUTPUT);
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC);
  display.clearDisplay();
  display.display();
}
  
void loop(){
  digitalWrite(ledPower,LOW);
  delayMicroseconds(280);
 
  voMeasured = analogRead(measurePin);
 
  delayMicroseconds(40);
  digitalWrite(ledPower,HIGH);
  delayMicroseconds(9680);
 
  calcVoltage = voMeasured*(5.0/1024);
  dustDensity = 0.17*calcVoltage-0.1;
 
  if ( dustDensity < 0)
  {
    dustDensity = 0.00;
  }
  
  Serial.println("Raw Signal Value (0-1023):");
  Serial.println(voMeasured);
 
  Serial.println("Voltage:");
  Serial.println(calcVoltage);
 
  Serial.println("Dust Density:");
  Serial.println(dustDensity);
   
  display.setTextSize(1);
  display.setTextColor(WHITE);
  display.setCursor(85,22);
  display.println("Dust");
  display.setCursor(85,38);
  display.println("Density");
  display.setTextSize(3);
  display.setCursor(0,13);
  display.println(dustDensity);
  display.setCursor(6,43);
  display.setTextSize(2);
  display.println("ug/m3");
  display.display();
  display.clearDisplay();
  
  delay(1000);
}

3. Hoạt động của mạch cảm biến bụi GP2Y1010AU0F

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52 trả về để đọc giá trị analog, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu và xuất tín hiệu giá trị bụi pm2.5 ra màn hình LCD1602 hiển thị thông tin có người hoặc không có người theo yêu cầu của người lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp At89s52 các bạn xem video:

Chúc các bạn thành công…!!!