MLX90614 giao tiếp Arduino, Nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc

MLX90614 giao tiếp Arduino dùng Cảm biến nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 là loại cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc dùng chip MXL90614 sử dụng giao tiếp I2C có thể dễ dàng kết nối với bất cứ vi điều khiển nào.  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch đo cảm biến nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 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.

 

1.2 Cảm biến nhiệt độ MLX90614 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu MLX90614 giao tiếp Arduino

Cảm biến nhiệt hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 là loại cảm biến đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc dùng chip MXL90614 sử dụng giao tiếp I2C có thể dễ dàng kết nối với bất cứ vi điều khiển nào. Cảm biến nhiệt độ hồng ngoại đo nhiệt độ bằng cách phát hiện năng lượng hồng ngoại phát ra từ tất cả các vật liệu có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối (0 ° Kelvin). Thiết kế cơ bản nhất bao gồm một thấu kính để tập trung năng lượng hồng ngoại (IR) vào đầu đo, giúp chuyển đổi năng lượng thành tín hiệu điện có thể được hiển thị theo đơn vị nhiệt độ sau khi được bù nhiệt cho sự thay đổi nhiệt độ môi trường. Thiết kế này tạo điều kiện cho phép đo nhiệt độ từ khoảng cách xa mà không tiếp xúc với đối tượng cần đo.

b. Thông số kỹ thuật 

• Kích thước nhỏ, chi phí thấp
• 10k Kéo điện trở lên cho giao diện I2C với các jumper hàn tùy chọn
• Dễ tích hợp
• Nhiệt độ hoạt động :
• 40 … + 125 ° C cho nhiệt độ cảm biến và
• 70 … + 380 ° C đối với nhiệt độ đối tượng.
• Độ chính xác cao 0.5 ° C trên nhiệt độ rộng (0 … + 50 ° C )
• Độ phân giải đo lường là 0,02 ° C
• Tùy chỉnh đầu ra PWM để liên tục
• Chế độ ngủ để giảm tiêu thụ điện năng
• Các tùy chọn gói khác nhau cho các ứng dụng và tính linh hoạt của tính linh hoạt

c. Một số nội dung của cảm biến 

• Độ chính xác cao không tiếp xúc nhiệt độ
• Cảm biến độ nhạy nhiệt cho hệ thống điều khiển điều hòa không khí di động
• Yếu tố cảm biến nhiệt độ cho dân cư, thương mại và công nghiệp xây dựng điều hòa kính chắn gió defogging
• Phát hiện góc mù ô tô
• Kiểm soát nhiệt độ công nghiệp của các bộ phận chuyển động
• Kiểm soát nhiệt độ trong máy in và máy photocopy
• Thiết bị gia dụng có kiểm soát nhiệt độ
• Chăm sóc sức khỏe
• Giám sát chăn nuôi
• Phát hiện chuyển động
• Điều khiển nhiệt độ nhiều vùng – lên đến 127 bộ cảm biến có thể được đọc thông qua 2 dây phổ biến
• Relay / cảnh báo nhiệt
• Đo nhiệt độ cơ thể

d. Nguyên lý hoạt động

• Năng lượng hồng ngoại (IR) được phát ra từ tất cả các vật liệu có nhiệt độ trên 0°K. Bức xạ  hồng ngoại là một phần của Phổ điện từ và nằm giữa tần số ánh sáng khả kiến (Ánh sáng nhìn thấy) và sóng vô tuyến. Phần hồng ngoại của phổ kéo dài bước sóng từ 0,7μm đến 1000μm Trong dải sóng này, chỉ các tần số từ 0,7μm đến 20μm được sử dụng để đo nhiệt độ thực tế hàng ngày. Điều này là do cảm biến nhiệt độ IR hiện có không đủ nhạy để phát hiện lượng năng lượng rất nhỏ có sẵn ở bước sóng vượt quá 20μm.
• Năng lượng hồng ngoại di chuyển theo đường thẳng từ nguồn và có thể bị phản xạ và hấp thụ bởi các bề mặt vật chất trên đường đi của nó. Trong trường hợp hầu hết các vật thể rắn, một phần năng lượng hồng ngoại đập vào bề mặt vật thể sẽ bị hấp thụ và một phần sẽ bị phản xạ. Điều này cũng áp dụng cho các vật liệu trong suốt ,chẳng hạn như : thủy tinh, khí và nhựa mỏng nhưng ngoài ra, một số năng lượng IR cũng sẽ đi qua vật thể. Những hiện tượng này được gọi là Độ phát xạ của vật thể hoặc vật liệu.

e. Ứng dụng

• Độ chính xác cao không tiếp xúc nhiệt độ
• Cảm biến độ nhạy nhiệt cho hệ thống điều khiển điều hòa không khí di động
• Yếu tố cảm biến nhiệt độ cho dân cư, thương mại và công nghiệp xây dựng điều hòa kính chắn gió defogging
• Phát hiện góc mù ô tô
• Kiểm soát nhiệt độ công nghiệp của các bộ phận chuyển động
• Kiểm soát nhiệt độ trong máy in và máy photocopy
• Thiết bị gia dụng có kiểm soát nhiệt độ
• Chăm sóc sức khỏe
• Giám sát chăn nuôi
• Phát hiện chuyển động
• Điều khiển nhiệt độ nhiều vùng – lên đến 127 bộ cảm biến có thể được đọc thông qua 2 dây phổ biến
• Relay / cảnh báo nhiệt
• Đo nhiệt độ cơ thể

f. Các loại của cảm biến hồng ngoại không tiếp xúc theo Mã sau

1.3 LCD1602 cho đề tài đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 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

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 nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 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

/*
* Non-contact Thermometer with GY - 906 module
* Support for the MLX90614 sensor on the I2C bus
* SDA line = A4
* SCL line = A5
* Sensor supply with 5V
*/

#include <i2cmaster.h>
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd (8, 9, 4, 5, 6, 7);

int address = 0xb4; // Sensor address MLX90614
int erc = 0; // Variable holding the PEC value
int dataH = 0; // The second byte of data
int dataL = 0; // The first byte of data
double tempnalsb = 0.02; // Variable by which the digital value will be multiplied
double temperature = 0; // Variable holding the temperature
    
 void setup () {
  i2c_init (); // Initialization of the I2C bus
  lcd.begin (16, 2); // Initialize the display
   }

void loop () 
{
  i2c_start_wait (address + I2C_WRITE); // Start I2C communication in write mode
  i2c_write (0x07); // Write the value 0x07 (select the register Tobj1)
  i2c_rep_start (address + I2C_READ); // Restart I2C communication at the read address
  dataL = i2c_readAck (); // Read the first byte of data
  dataH = i2c_readAck (); // Read the second byte of data
  erc = i2c_readNak (); // Read the third (unimportant) data byte
  i2c_stop (); // End of I2C transmission
  
  temperature = (double) (((dataH & 0x007F) << 8) + dataL); // Create a 16-bit variable consisting of two one-byte variables
  temperature = temperature * tempnalsb; // For one bit 0.02 K, the result of this operation is the temperature in Kelvin
  
  temperature = temperature - 273.15; // Conversion to Celsius degrees
  
  lcd.setCursor (0,0); // Display (first LCD line)
  lcd.print ("Object =");
  lcd.print (temperature);
  lcd.print ("");
  lcd.write (0xDF); // Degree sign
  lcd.print ("C");
  
  i2c_start_wait (address + I2C_WRITE);
  i2c_write (0x06); // Select the ambient temperature register
  i2c_rep_start (address + I2C_READ);
  dataL = i2c_readAck ();
  dataH = i2c_readAck ();
  erc = i2c_readNak ();
  i2c_stop ();
  
  temperature = (double) (((dataH & 0x007F) << 8) + dataL);
  temperature = temperature * tempnalsb;
  temperature = temperature - 273.15;
   
  lcd.setCursor(0,1); // Display (second LCD line)
  lcd.print ("Ambient =");
  lcd.print (temperature);
  lcd.print ("");
  lcd.write (0xDF);
  lcd.print ("C");

delay (200); // Delay 200ms
}

3. Hoạt động của mạch đọc nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 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 nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 giao tiếp Arduino gửi vào. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị nhiệt độ thân nhiệt ra ngoài màn hình LCD1602 để hiển thị giá trị theo yêu cầu đã được lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch đo nhiệt độ hồng ngoại không tiếp xúc MLX90614 giao tiếp Arduino

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 Vi xử lý, Lập trình vi điều khiển Pic – 8051 – Avr – Phần 4 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

Chúc các bạn thành công…!!!