HS1101 giao tiếp Arduino là Cảm Biến Độ Ẩm HS1101 được thiết kế dựa trên các tế bào điện dung đặc biệt. Nó giống như một loại tụ điện biến dung theo độ ẩm. Giá trị độ nhạy của nó có thể được ứng dụng trong các văn phòng, điều hòa không khí trong cabin xe, hệ thống điều hòa trong nhà,… với độ chính xác lên đến 2%RH, ngoài ra nó còn dùng kết hợp với cảm biến DS18B20 dùng đo nhiệt độ.Cảm biến độ ẩm HS1101 Humidity Sensor được sử dụng để đo độ ẩm môi trường, cảm biến hoạt động như 1 tụ điện khi độ ẩm tăng điện dung của cảm biến sẽ tăng, ngược lại khi độ ẩm giảm giá trị điện dung sẽ giảm tương ứng, cảm biến có chất lượng tốt, độ bền cao.Cảm biến độ ẩm HS1101 là linh kiện điện tử thuộc loại cảm biến độ ẩm, về cơ bản HS1101 là một tụ biến dung theo độ ẩm, giá trị của HS1101 thay đổi khi độ ẩm thay đổi.
Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tửPhone : 0967.551.477Zalo : 0967.551.477FB : Huỳnh Nhật TùngEmail : dientunhattung@gmail.comĐịa Chỉ: 171/25 Lê Văn Thọ, P8, Gò Vấp, Tp HCMChi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử
Table of Contents
1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến HS1101 giao tiếp Arduino
1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch đọc cảm HS1101 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…).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 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.
LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
VIN: Chân này dùng để cấp nguồn ngoài (điện áp cấp từ 7-12VDC).
5V: Điện áp ra 5V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 500mA).
3V3: Điện áp ra 3.3V (dòng điện trên mỗi chân này tối đa là 50mA).
GND: Là chân mang điện cực âm trên board.
IOREF: Điệp áp hoạt động của vi điều khiển trên Arduino UNO và có thể đọc điện áp trên chân IOREF. Chân IOREF không dùng để làm chân cấp nguồn.
e.Bộ nhớ
Vi điều khiển ATmega328:
32 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
2 KB cho SRAM: (Static Random Access Menory): giá trị các biến khai báo sẽ được lưu ở đây. Khai báo càng nhiều biến thì càng tốn nhiều bộ nhớ RAM. Khi mất nguồn dữ liệu trên SRAM sẽ bị mất.
1 KB cho EEPROM: (Electrically Eraseble Programmable Read Only Memory): Là nơi có thể đọc và ghi dữ liệu vào đây và không bị mất dữ liệu khi mất nguồn.
f. Các chân đầu vào và đầu ra
Trên Board Arduino Uno có 14 chân Digital được sử dụng để làm chân đầu vào và đầu ra và chúng sử dụng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead(). Giá trị điện áp trên mỗi chân là 5V, dòng trên mỗi chân là 20mA và bên trong có điện trở kéo lên là 20-50 ohm. Dòng tối đa trên mỗi chân I/O không vượt quá 40mA để tránh trường hợp gây hỏng board mạch.Ngoài ra, một số chân Digital có chức năng đặt biệt:
Serial: 0 (RX) và 1 (TX): Được sử dụng để nhận dữ liệu (RX) và truyền dữ liệu (TX) TTL.
Ngắt ngoài: Chân 2 và 3.
PWM: 3, 5, 6, 9 và 11 Cung cấp đầu ra xung PWM với độ phân giải 8 bit bằng hàm analogWrite ().
SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK). Các chân này hỗ trợ giao tiếp SPI bằng thư viện SPI.
LED: Có 1 LED được tích hợp trên bảng mạch và được nối vào chân D13. Khi chân có giá trị mức cao (HIGH) thì LED sẽ sáng và LED tắt khi ở mức thấp (LOW).
TWI/I2C: A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.
1.2 Cảm biến HS1101 giao tiếp Arduino
a. Giới thiệu
HS1101 giao tiếp Arduino là Cảm Biến Độ Ẩm HS1101 được thiết kế dựa trên các tế bào điện dung đặc biệt. Nó giống như một loại tụ điện biến dung theo độ ẩm. Giá trị độ nhạy của nó có thể được ứng dụng trong các văn phòng, điều hòa không khí trong cabin xe, hệ thống điều hòa trong nhà,… với độ chính xác lên đến 2%RH, ngoài ra nó còn dùng kết hợp với cảm biến DS18B20 dùng đo nhiệt độ.Cảm biến độ ẩm HS1101 Humidity Sensor được sử dụng để đo độ ẩm môi trường, cảm biến hoạt động như 1 tụ điện khi độ ẩm tăng điện dung của cảm biến sẽ tăng, ngược lại khi độ ẩm giảm giá trị điện dung sẽ giảm tương ứng, cảm biến có chất lượng tốt, độ bền cao.Cảm biến độ ẩm HS1101 là linh kiện điện tử thuộc loại cảm biến độ ẩm, về cơ bản HS1101 là một tụ biến dung theo độ ẩm, giá trị của HS1101 thay đổi khi độ ẩm thay đổi.
b. Thông số kỹ thuật
Điện áp hoạt động: 5~10V.
Giao tiếp: ngõ ra analog.
Dải đo của độ ẩm: 1 đến 99%RH.
Nhiệt độ hoạt động: -40 đến 100oC.
c. Nguyên lý hoạt động
Cảm biến HS1101 là linh kiện điện tử thuộc loại cảm biến điện dung. Khi độ ẩm thay đổi điện dung của cảm biến thay đổi. Nguyên lý của mạch là tạo ra dao động và tần số thay đổi theo điện dung thay đổi của HS1101. Mạch sử dụng IC555 để tạo dao động .Sơ đồ mạch:Giá trị điện dung thay đổi thì làm thay đổi tần số đầu ra của linh kiện điện tử IC555. Bài toán của chúng ta bây giờ chính là đo tần số của IC555 sau đó tham chiếu đến datasheet của linh kiện điện tử HS1101 để tìm ra độ ẩm hiện tại.
1.3 LCD1602 cho mạch đọc cảm biến HS1101 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
Số chân
Ký hiệu chân
Mô tả chân
1
Vss
Cấp điện 0v
2
Vcc
Cấp điện 5v
3
V0
Chỉnh độ tương phản
4
RS
Lựa chọn thanh ghi địa chỉ hay dữ liệu
5
RW
Lựa chọn thanh ghi Đọc hay Viết
6
EN
Cho phép xuất dữ liệu
7
D0
Đường truyền dữ liệu 0
8
D1
Đường truyền dữ liệu 1
9
D2
Đường truyền dữ liệu 2
10
D3
Đường truyền dữ liệu 3
11
D4
Đường truyền dữ liệu 4
12
D5
Đường truyền dữ liệu 5
13
D6
Đường truyền dữ liệu 6
14
D7
Đường truyền dữ liệu 7
15
A
Chân dương đèn màn hình
16
K
Chân 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
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 HS1101 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
Sơ đồ nguyên lý. Kết bối từ chân OUT vào chân ngắt ngoài vi điều khiển để lập trình được dễ hơn
Phần mềm
#include <avr\io.h>
#include <math.h>
#define cbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) &= ~_BV(bit))
#define sbi(sfr, bit) (_SFR_BYTE(sfr) |= _BV(bit))
#define POWER_PIN 2
unsigned int count_transitions(int ms);
void setup()
{
Serial.begin(9600);
}
void loop()
{
float RH_raw, RH_corrected, Tc, Tc_dew_point;
while(1)
{
RH_raw = measure_RH();
Tc = measTemperature(5);
RH_corrected = calc_RH_corrected(RH_raw, Tc);
Tc_dew_point = calc_dew_point(Tc, RH_corrected);
print_float(RH_corrected, 1);
Serial.print(" ");
print_float(Tc, 2);
Serial.print(" ");
print_float(Tc_dew_point, 2);
Serial.println();
delay(1000);
}
}
float calc_dew_point(float Tc, float RH)
{
const float a = 17.27, b = 237.7;
float x, Tc_dew;
x = (a * Tc) / (b + Tc) + log(RH/100.0);
Tc_dew = (b * x) / (a - x);
return(Tc_dew);
}
float measure_RH(void)
{
long RH_count;
float RH_raw;
pinMode(POWER_PIN, HIGH);
digitalWrite(POWER_PIN, HIGH); // power up the 555 cicuit
delay(500); // allow some time for the 555 to stabilize
RH_count = count_transitions(1000);
//Serial.println(RH_count); // for debugging
RH_raw = 557.7 - 0.0759 * RH_count;
digitalWrite(POWER_PIN, LOW); // turn off the 555
return(RH_raw);
}
float calc_RH_corrected(float RH_raw, float Tc)
{
float T_diff, RH_corrected;
T_diff = Tc - 25.00;
RH_corrected = (1.0 + 0.001 * T_diff) * RH_raw;
return(RH_corrected);
}
unsigned int count_transitions(int ms)
{
// configure Counter 1
cbi(TCCR1A, WGM11);
cbi(TCCR1A, WGM10);
cbi(TCCR1B, WGM12); // WGM12::WGM10 000 - Normal mode
sbi(TCCR1B, CS12); // CS12::CS10 111 - External clock, count on rising edge.
sbi(TCCR1B, CS11);
sbi(TCCR1B, CS10);
TCNT1 = 0x0000; // note that TCNT1 is 16-bits
delay(ms);
// not sure if should turn off the counter
return(TCNT1);
}
float measTemperature(int analog_channel)
{
int ADVal;
float RThermistor, Tc;
ADVal = analogRead(analog_channel);
RThermistor = calcRthermistor(ADVal);
Tc = calcTc(RThermistor);
return(Tc);
}
float calcRthermistor(int ADVal)
{
float Rtherm;
if (ADVal <=0) // avoid trouble conditions
{
ADVal = 10;
}
Rtherm = 10.0e3 / (1024.0 /((float) ADVal) - 1.0);
return(Rtherm);
}
float calcTc(float RTherm)
{
const float A_const = 3.354016e-3;
const float B_const = 2.569107e-4;
const float C_const = 2.626311e-6;
const float D_const = 0.675278e-7;
float x, TKelvin, Tc;
x = log(RTherm / 10.0e3);
TKelvin = 1.0 / (A_const + B_const * x
+ C_const * square(x) + D_const * cube(x));
Tc = TKelvin - 273.15;
return(Tc);
}
float square(float x)
{
return(x * x);
}
float cube(float x)
{
return(square(x) * x);
}
void print_float(float f, int num_digits)
{
int f_int;
int pows_of_ten[4] = {1, 10, 100, 1000};
int multiplier, whole, fract, d, n;
multiplier = pows_of_ten[num_digits];
if (f < 0.0)
{
f = -f;
Serial.print("-");
}
whole = (int) f;
fract = (int) (multiplier * (f - (float)whole));
Serial.print(whole);
Serial.print(".");
for (n=num_digits-1; n>=0; n--) // print each digit with no leading zero suppression
{
d = fract / pows_of_ten[n];
Serial.print(d);
fract = fract % pows_of_ten[n];
}
}
3. Hoạt động của mạchđọc cảm biến HS1101 giao tiếp Arduino
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 độ ẩm HS1101 giao tiếp arduino trả về giá trị điện áp theo ADC đọc được, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu kích hoạt máy bơm khi vượt giới hạn và xuất tín hiệu 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 đọc cảm biến HS1101 giao tiếp Arduino các bạn xem video:
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, … 
