YF-S201 giao tiếp STM32, Cảm biến lưu lượng nước + LCD1602 + STM

YF-S201 giao tiếp STM32 là dùng Cảm biến lưu lượng nước là cảm biến lưu lượng nước thường dùng trong các máy bơm nước hồ cá, máy bơm mini, máy nước nóng.v.v…. Cảm biến hoạt động dựa tên cánh quạt nước và cảm biến Hall bên trong, khi nước chảy qua làm quạt nước quay ==> cảm biến Hall ==> xung vuông ( từ NPN). Cảm biến lưu lượng nước máy pha coffee là loại cảm biến có độ chính xác cao, có tiết diện ống vào và ra chỉ 6mm, chuyên dùng để đo đạc các lưu lượng nhỏ trong các máy như pha chế rượu, coffee,…  

1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến lưu lượng YF-S201 giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM trong mạch đọc cảm biến lưu lượng YF-S201 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 Cảm biến lưu lượng YF-S201 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu cảm biến lưu lượng

• Cảm biến lưu lượng nước là cảm biến lưu lượng nước thường dùng trong các máy bơm nước hồ cá, máy bơm mini, máy nước nóng.v.v…. Cảm biến hoạt động dựa tên cánh quạt nước và cảm biến Hall bên trong, khi nước chảy qua làm quạt nước quay ==> cảm biến Hall ==> xung vuông ( từ NPN). Cảm biến lưu lượng nước máy pha coffee là loại cảm biến có độ chính xác cao, có tiết diện ống vào và ra chỉ 6mm, chuyên dùng để đo đạc các lưu lượng nhỏ trong các máy như pha chế rượu, coffee,…

b. Thông số kỹ thuật YF-S201 giao tiếp STM32

• Nguồn : 5 – 24V
• Dòng tiêu thụ  : < 10mA.
• Chịu áp lực đến : 1.75Mpa
• Lưu lượng đo : 1 – 30 (L/min)
• Nhiệt độ hoạt động : < 120 độ C
• Độ ẩm : 35% – 90% RH
• Kích thước : 61 x 36 x 34mm

c. Công thức tính lưu lượng

• Q = F / 7.5
• F : tần số ( Hz)
• Q: lưu lượng : (L/min)
• 7.5 : hằng số

Số xung/phut = 7.5×60 = 450.

d. Chức năng các chân YF-S201 giao tiếp STM32

• Màu đỏ : nguồn : 5 – 24V
• Dây đen : GND (mass).
• Dây vàng :  tín hiệu.

e. Nguyên lý hoạt động cảm biến lưu lượng nước YF-S201

Cảm biến lưu lượng nước bao gồm một van nhựa mà nước có thể đi qua. Một rôto nước cùng với một cảm biến hiệu ứng Hall chỉ định chiều hướng và đo lưu lượng nước. Khi chảy qua van, nước làm quay rôto. Bằng cách này, chúng ta có thể quan sát sự thay đổitrong tốc độ của động cơ. Sự thay đổi này được tính là đầu ra dưới dạng tín hiệu xung bởi cảm biến hiệu ứng Hall từ đó chúng ta có thể đo tốc độ dòng chảy. Khi quạt chuyển động được quay do dòng nước chảy, nó sẽ quay rôto gây ra điện áp. Điện áp cảm ứng này được đo bằng cảm biến hiệu ứng Hall và hiển thị trên màn hình LCD.

f. Ứng dụng cảm biến lưu lượng nước YF-S201

1.3 LCD16x2 cho mạch đọc cảm biến lưu lượng YF-S201 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

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 cảm biến lưu lượng YF-S201 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

volatile int flow_frequency; // Measures flow sensor pulses
// Calculated litres/hour
 float vol = 0.0,l_minute;
unsigned char flowsensor = 2; // Sensor Input
unsigned long currentTime;
unsigned long cloopTime;
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 9);
void flow () // Interrupt function
{
   flow_frequency++;
}
void setup()
{
   pinMode(flowsensor, INPUT);
   digitalWrite(flowsensor, HIGH); // Optional Internal Pull-Up
   Serial.begin(9600);
   lcd.begin(16, 2);
   attachInterrupt(digitalPinToInterrupt(flowsensor), flow, RISING); // Setup Interrupt
   lcd.clear();
   lcd.setCursor(0,0);
   lcd.print("Water Flow Meter");
   lcd.setCursor(0,1);
   lcd.print("Circuit Digest");
   currentTime = millis();
   cloopTime = currentTime;
}
void loop ()
{
   currentTime = millis();
   // Every second, calculate and print litres/hour
   if(currentTime >= (cloopTime + 1000))
   {
    cloopTime = currentTime; // Updates cloopTime
    if(flow_frequency != 0){
      // Pulse frequency (Hz) = 7.5Q, Q is flow rate in L/min.
      l_minute = (flow_frequency / 7.5); // (Pulse frequency x 60 min) / 7.5Q = flowrate in L/hour
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Rate: ");
      lcd.print(l_minute);
      lcd.print(" L/M");
      l_minute = l_minute/60;
      lcd.setCursor(0,1);
      vol = vol +l_minute;
      lcd.print("Vol:");
      lcd.print(vol);
      lcd.print(" L");
      flow_frequency = 0; // Reset Counter
      Serial.print(l_minute, DEC); // Print litres/hour
      Serial.println(" L/Sec");
    }
    else {
      Serial.println(" flow rate = 0 ");
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
      lcd.print("Rate: ");
      lcd.print( flow_frequency );
      lcd.print(" L/M");
      lcd.setCursor(0,1);
      lcd.print("Vol:");
      lcd.print(vol);
      lcd.print(" L");
    }
   }
}

3. Hoạt động của mạch đọc cảm biến lưu lượng YF-S201

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 lưu lượng trả xung về, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu 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 lưu lượng YF-S201 giao tiếp STM32:

Chúc các bạn thành công…!!!