GP2Y1010AU0F giao tiếp Atmega, Cảm biến bụi PM2.5 + Lcd1602 + AVR

GP2Y1010AU0F giao tiếp Atmega 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 Atmega

1.1 Vi điều khiển AVR trong mạch cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp Atmega

a. Giới thiệu

Atmega16 là một chíp vi điều khiển được sản xuất bời hãng Atmel thuộc họ MegaAVR. Atmega16 là một bộ vi điều khiển 8 bit dựa trên kiến trúc RISC bộ nhớ chương trình 16KB ISP flash có thể ghi xóa hàng nghìn lần, 512B EEPROM, một bộ nhớ RAM vô cùng lớn trong thế giới vi xử lý 8 bit (1KB 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, I2C.

Ngoài ra có thể sử dụng bộ biến đổi số tương tự 10 bít (ADC/DAC) mở rộng tới 8 kênh, khả năng lập trình được watchdog timer, hoạt động với 5 chế độ nguồn, có thể sử dụng tới 6 kênh điều chế độ rộng xung (PWM), hỗ trợ bootloader.

b. Chức năng của Atmega:

• PORTA: Các chân từ 33 đến 40 thuộc PORTA. Nó hoạt động giống như đầu vào analog cho bộ chuyển đổi A / D. Tuy nhiên, trong trường hợp không có bộ chuyển đổi A / D, PORTA được sử dụng làm cổng I / O hai chiều 8 bit. Nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
• PORTB: Các chân từ 1 đến 8 thuộc về PORTB. Đây là các chân hai chiều I / O. Cổng này cũng bao gồm các điện trở kéo lên bên trong.
• PORTC: PORTC là cổng I / O hai chiều bao gồm 8 chân. Chân từ 22 đến 29 thuộc về cổng này, tương tự như các cổng khác, nó đi kèm với điện trở kéo bên trong.
• PORTD: Chân từ 14 đến 21 thuộc về cổng này. Đây là cổng hai chiều trong đó mỗi chân có thể được sử dụng làm chân đầu vào hoặc đầu ra. Tuy nhiên, có các tính năng bổ sung liên quan đến cổng này như ngắt, giao tiếp nối tiếp, bộ hẹn giờ và PWM.

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 Atmega

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 GP2Y1010AU0F giao tiếp Atmega

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.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến bụi GP2Y1010AU0F giao tiếp Atmega 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 Atmega 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 Atmega các bạn xem video:

Chúc các bạn thành công…!!!