RF UART giao tiếp STM32, Thu phát RF UART 433Mhz HC-12 + LCD1602

RF UART giao tiếp STM32 sử dụng Mạch thu phát RF UART SI4463 433Mhz HC-12 khoảng cách 1Km có thể dễ dàng cài đặt và sử dụng, giao tiếp bằng giao thức UART với khoảng cách xa 1km (lý tưởng theo thông số nhà SX), dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa,… module hoạt động ở tần số 433MHz. 

• Phone : 0967.551.477
• Zalo    : 0967.551.477
• FB      : Huỳnh Nhật Tùng
• Email : dientunhattung@gmail.com
• Địa Chỉ: 106/14 Đường số 51, Phường 14, Gò Vấp, Tp HCM
• Chi tiết: Nhận làm mạch và đồ án Điện tử  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM trong mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,F1,F2,F3,F4….. Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz. Giá thành cũng khá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng. Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C.

Thông tin khác

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. Sơ lược về STM32:

• 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug.
• 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình.
• Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1.
• Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2.
• Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.
• Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup.
• Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader.
• Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2.

1.2 Module Thu phát RF UART giao tiếp STM32 truyền nhận không dây

a. Giới thiệu Thu phát RF UART

Mạch thu phát RF UART SI4463 433Mhz HC-12 khoảng cách 1Km có thể dễ dàng cài đặt và sử dụng, giao tiếp bằng giao thức UART với khoảng cách xa 1km (lý tưởng theo thông số nhà SX), dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa,… module hoạt động ở tần số 433MHz.

b. Thông số kỹ thuật Thu phát RF UART giao tiếp STM32

• Điện áp: 3.2 – 5.5V
• Khoảng cách hoạt động : khoảng 600m, có thể đạt 1000m. Tốc độ truyền: 5000bps trong không khí.
• Dòng cấp: 16mA (ở chế độ chờ).
• Tần số hoạt động: 433.4 – 473.0MHz công suất phát tối đa 100mW (có thể cài đặt)
• Kích thước: 27.8mm × 14.4mm × 4mm
• Cài đặt mặc định: chế độ FU3, tốc độ 9600bps, kênh CH001 (433.4MHz)
• Giao tiếp UART

c. Sơ đồ chân vào chức năng Thu phát RF UART

• SET   : Cho phép cài đặt các thông tin khi mức thấp
• TX     : Truyền UART
• RX     : Nhận UART
• GND  : nguồn 0V
• VCC  : nguồn 5V

d. Ứng dụng Thu phát RF UART giao tiếp STM32

• Module RF HC-12 bản nâng cấp của HC-11 sử dụng chip thu phát sóng SI4438 từ Texas Instrument và khuếch đại nâng phạm vi hoạt động lên 1000m theo điều kiện lý tưởng.
• Ngõ ra giao tiếp UART dễ dàng ứng dụng vào các thiết bị điều khiển từ xa, xe điều khiển từ xa, thu thập thông tin cảm biến từ khoảng cách xa.
• Module RF HC-12 hoạt động ở dải tần 433MHz, là lựa chọn thay thế cho các module Bluetooth.
• Điều khiển và kiểm soát từ xa
• Thu thập data
• Nhà thông minh
• Kiểm soát công nghiệp
• AGV Robot
• Bàn phím, chuột không dây
• Game controller
• Điều khiển từ xa
• Nhà thông minh và tự động hóa
• Hệ thống giám sát không dây
• Hệ thống cảm biến tiết kiệm điện
• Internet of Things

e. Cách sử dụng Thu phát RF UART

• Các module phải có cùng kênh sóng, địa chỉ, kênh và địa chỉ phải khác 0.
• Để cài đặt module, đưa module vào chế độ AT command: nối chân SET xuống mass trước khi cấp nguồn, sau đó cấp nguồn, module sẽ tự động reset về các thông số gốc: Baurate: 9600, stop bits:1, parity: none.
• Để cài đặt Baurate của module dùng lệnh: AT+Bxxxx (trong đó xxxx là số baudrate, ví dụ 9600, 38400, 115200, … )
• Để cài đặt kênh sóng dùng: AT+Cxxx (trong đó xxx là số kênh từ 000 đến 127)
• Để cài đặt địa chỉ dùng: AT+Axxx (trong đó xxx là địa chỉ từ 000 đến 255)
• Để cài đặt công suất phát sóng dùng: AT+Px (trong đó x từ 1 đến 8, mặc định là 8 ~ 10 dBm)
• Sau khi cài đặt xong nối chân SET lên VCC hoặc để hở để về chế độ hoạt động bình thường: tất cả dữ liệu truyền qua UART vào module sẽ được truyền đến tất cả các module khác có cùng kênh sóng và địa chỉ, và truyền ra bằng UART.

f. Dãy tần hoạt động và bảng giá trị tốc độ Baund

• Dải tần làm việc không dây của nó là từ 433,4 MHz đến 473,0 MHz
• Nó có tổng cộng 100 kênh với bước 400 KHz giữa mỗi kênh
• Công suất truyền từ -1dBm (0,79mW) đến 20dBm (100mW)
• Độ nhạy nhận từ -117dBm (0,019pW) đến -100dBm (10pW).

1.3 LCD1602 cho đề tài mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp STM32

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

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 RF UART 433MHz giao tiếp STM32 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

Bên phát RF UART 433MHz

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial HC12(10, 11); // HC-12 TX Pin, HC-12 RX Pin
long adc;
void setup() {
Serial.begin(9600); // Serial port to computer
HC12.begin(9600); // Serial port to HC12

}

void loop()
{
adc=analogRead(A2);
adc=adc*5000/1023;
adc=adc/2; 
HC12.write(adc); // Send that data to HC-12
}

Bên thu RF UART 433MHz

#include <SoftwareSerial.h>

SoftwareSerial HC12(10, 11); // HC-12 TX Pin, HC-12 RX Pin
long adc;
void setup() {
Serial.begin(9600); // Serial port to computer
pinMode(D3,OUTPUT);
analogWrite(D3,0);
HC12.begin(9600); // Serial port to HC12

}

void loop() 
{
while (HC12.available()) 
{ 
adc= HC12.read(); // Send the data to Serial monitor
analogWrite(D3,adc);
}
}

3. Hoạt động của mạch truyền nhận dữ liệu không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp STM32

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển đưa tín hiệu ban đầu cho lcd16x2 hiển thị thông tin người dùng, lúc này vi điều khiển kiểm tra có Thu phát RF 433Mhz HC-12 được sử dụng không, nếu không có thì sẽ báo lỗi và chờ đến khi được gắn vào, ngược lại thì vi điều khiển cho phép truyền hoặc nhận tùy theo bên thu hoặc bên phát đã được quy định từ trước. Khi nhận được tín hiệu từ bên phát gửi qua bên thu thông qua việc nút nhấn thì Thu phát RF UART đưa dữ liệu vào vi điều khiển xử lý và xuất ra ngoài màn hình để hiển thị theo những gì đã được quy định bên mạch phát. 

4. Cụ thể hoạt động của mạch truyền nhận không dây bằng Thu phát RF UART giao tiếp STM32:

Chúc các bạn thành công…!!!