Si7021 giao tiếp At89s52, Cảm biến Nhiệt độ, độ ẩm + LCD1602 + 8051

Si7021 giao tiếp At89s52 dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo các đại lượng điện có thể đo được. Cảm biến độ ẩm nhiệt độ Si7021 Temperature Humidity Sensor được sản xuất bởi hãng Silicon Labs sử dụng giao tiếp i2c với độ chính xác và độ bền cao, ứng dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp như theo dõi độ ẩm nhiệt độ nhà kính, trồng nấm, nuôi chim yến,…  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch Cảm biến Si7021 giao tiếp At89s52

1.1 Vi điều khiển 8051 trong mạch cảm biến  Si7021 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. 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 At89s52:

 

Số chân	Tên chân	Đặc điểm
32-39	Port 0	8 chân Địa chỉ và Dữ liệu / GPIO
1-8	Port 1	8 chân GPIO
21-28	Port 2	8 chân GPIO
10-17	Port 3	8 chân GPIO
9	RST	Chân Reset
18	XTAL2	Chân đầu ra của bộ tạo dao động bên ngoài
19	XTAL1	Chân đầu vào bộ tạo dao động bên ngoài
20	GND	Chân nối đất
40	VCC	Chân cấp điện
31	EA / VPP	Kích hoạt truy xuất bên ngoài / chân cấp nguồn kích hoạt Flash
30	ALE / PROG	Chân chốt địa chỉ / Chân lập trình flash
29	PSEN	Chân cho phép lưu chương trình

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.

Số chân	Chức năng
P1.0	T2
P1.1	T2EX
P1.5	MOSI
P1.6	MISO
P1.7	SCK

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.

Số chân	Chức năng
P3.0	RXD
P3.1	TXD
P3.2	INT0
P3.3	INT1
P3.4	T0
P3.5	T1
P3.6	WR
P3.7	RD

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 Si7021 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu Si7021 giao tiếp At89s52

Si7021 giao tiếp At89s52 dùng để cảm nhận, biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo các đại lượng điện có thể đo được. Cảm biến độ ẩm nhiệt độ Si7021 Temperature Humidity Sensor được sản xuất bởi hãng Silicon Labs sử dụng giao tiếp i2c với độ chính xác và độ bền cao, ứng dụng trong các lĩnh vực nông nghiệp như theo dõi độ ẩm nhiệt độ nhà kính, trồng nấm, nuôi chim yến,…

b. Thông số kỹ thuật DHT11 giao tiếp At89s52

• IC chính: Si7021
• Điện áp sử dụng: 1.9~3.6VDC
• Dòng điện tiêu thụ: max 150uA
• Dòng chờ: 60nA
• Khoảng độ ẩm đo được: 0~80%RH, sai số max 3%RH
• Khoảng nhiệt độ đo được: -10~85 độ C, sai số max 0.4 độC
• Giao tiếp: i2c
• Kích thước: 15.6 x 15.7mm
• Thời gian chuyển đổi nhiệt độ 7ms
• Thời gian chuyển đổi độ ẩm 17ms

Lưu ý: Xin lưu ý chỉ sử dụng cảm biến trong môi trường độ ẩm thuần là hơi nước, các môi trường đặc biệt ủ kín như ủ tỏi đen, ủ yếm khí…sẽ sinh ra nấm và vi khuẩn bám lên bề mặt cảm biến làm hư hỏng cảm biến.

1.3 LCD1602 cho cảm biến Si7021 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu Si7021 giao tiếp At89s52

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

1.4 Module I2C LCD Si7021 giao tiếp At89s52

a. Giới thiệu

Để sử dụng các loại LCD có driver là HD44780 (LCD 1602, LCD 2004,… ) cần có ít nhất 6 chân của MCU kết nối với các chân RS, EN, D7, D6, D5 và D4 để có thể giao tiếp với LCD. Nhưng với mạch chuyển đổi giao tiếp I2C cho LCD, các bạn chỉ cần 2 chân (SDA và SCL) của MCU kết nối với 2 chân (SDA và SCL) của module là đã có thể hiển thị thông tin lên LCD. Ngoài ra có thể điều chỉnh được độ tương phản bởi biến trở gắn trên module. Lưu ý : Các phiên bản cũ địa chỉ của bus i2c là 0X27, loại mới là 0x3F

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp hoạt động: 3 – 6V
• Giao tiếp: I2C
• Địa chỉ mặc định: 0x27, có thể mắc vào I2C bus tối đa 8 module (3bit address set)
• Jump Chốt: Cung cấp đèn cho LCD hoặc ngắt
• Biến trở xoay độ tương phản cho LCD
• Kích thước: 41.5 x 19 x 15.3mm
• Trọng lượng: 5g

c. Các chân tín hiệu

• Dây đỏ: VCC
• Dây đen: GND
• Dây vàng: SCL
• Dây xanh lá: SDA

d. Cách sử dụng

• Thông thường, để điều khiển và hiển thị được kí tự từ vi điều khiển xuất ra màn hình 16×02 bạn cần tới 7-8 dây nối đến chân vi điều khiển. Điều này gây ra rất nhiều phiền toái: đi sai dây, mạch rườm ra, khó viết code…
• Những điều này được mạch điều khiển màn hình khắc phục hoàn toàn vì số lượng dây tín hiệu giảm còn duy nhất: 2 dây. Bằng việc sử dụng giao tiếp I2C, việc điều khiển trực tiếp màn hình được chuyển sang cho IC xử lý nằm trên mạch. Bạn chỉ việc gửi các mã lệnh cùng nội dung hiển thị, do vậy giúp vi điều khiển có nhiều thời gian để xử lý các tiến trình phức tạp khác.

e. Tính năng nỗi bật

• Giao tiếp I2C chỉ sử dụng duy nhất 2 dây tín hiệu: SDA và SCL giúp tiết kiệm chân trên vi điều khiển.
• Tốc độ truyền dữ liệu lên đến 400Kbps.
• Dữ liệu truyền nhận đảm bảo tính toàn vẹn vì sử dụng cơ chế phản hồi (ACK) trên mỗi byte dữ liệu.
• Có khả năng kết nối nhiều thiết bị với nhau: trên mạch có sẵn các mối hàn A0, A1, A2 để thay đổi địa chỉ của module.

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến Si7021 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

Thư viện I2C LCD tại đâu: https://github.com/HuanVo/LiquidCrystal_I2C

#include <Wire.h>
 
const int ADDR =0x40;
int X0,X1,Y0,Y1,Y2,Y3;
double X,Y,X_out,Y_out1,Y_out2;
 
void setup()
{ 
  Serial.begin(9600);   
  Wire.begin();                                   
  delay(100);  
  Wire.beginTransmission(ADDR);
  Wire.endTransmission();                        
}
 
void loop()
{
  /**Send command of initiating temperature measurement**/
  Wire.beginTransmission(ADDR);
  Wire.write(0xE3);
  Wire.endTransmission();
 
  Serial.print("Temp");
  Serial.print("\t");
  Serial.println("Humidity");
 
  /**Read data of temperature**/
  Wire.requestFrom(ADDR,2);
 
  if(Wire.available()<=2);
  {
    X0 = Wire.read();
    X1 = Wire.read();
    X0 = X0<<8;
    X_out = X0+X1;
  }
 
  /**Calculate and display temperature**/
  X=(175.72*X_out)/65536;                        
  X=X-46.85;
  Serial.print(X);
  Serial.print("C");
  Serial.print("\t");
 
  /**Send command of initiating relative humidity measurement**/
  Wire.beginTransmission(ADDR);                     
  Wire.write(0xE5);
  Wire.endTransmission(); 
 
  /**Read data of relative humidity**/
  Wire.requestFrom(ADDR,2);
  if(Wire.available()<=2);
  {
    Y0 = Wire.read();
    Y2=Y0/100; 
    Y0=Y0%100;
    Y1 = Wire.read();
    Y_out1 = Y2*25600;
    Y_out2 = Y0*256+Y1;
  }

  /**Calculate and display relative humidity**/
  Y_out1 = (125*Y_out1)/65536;                     
  Y_out2 = (125*Y_out2)/65536;
  Y = Y_out1+Y_out2;
  Y=Y-6;
  Serial.print(Y);
  Serial.println("%");                     
 delay(300); 
Serial.println(); 
delay(1000);
 
}

3. Hoạt động của mạch cảm biến Si7021 giao tiếp At89s52

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 Si7021 nhiệt độ, độ ẩm. Khi nhận được tín hiệu vi điều khiển xử lý và gửi giá trị nhiệt độ, độ ẩm ra ngoài màn hình để hiển thị giá trị.

4. Cụ thể hoạt động của mạch Cảm biến Si7021 giao tiếp At89s52 các bạn xem video:

c

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 Thiết kế mạch điện tử, Lập trình vi điều khiển tổng hợp File đồ án – Phần 3 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…!!!