Đồ án, Review Đồ án

ZMCT103C giao tiếp STM32, Cảm biến đo dòng điện + LCD1602 + STM

Posted on by Điện tử Nhật Tùng
cam-bien-do-dong-dien-5a-5ma-zmct103c-giao-tiep-stm32-hien-thi-lcd1602

ZMCT103C giao tiếp STM32 là dùng Cảm biến dòng HMCT103C 5A/5mA thường được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử và ứng dụng trong các mạch chống trộm, phát hiện dòng điện AC. ZMCT103C Cảm Biến Dòng 5A là cảm biến để do dòng điện, được sử dụng trong các mạch điện tử cũng như đời sống hằng ngày…

 
Liên hệ làm Đồ án và Mạch điện tử

 

1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM32 trong mạch đọc cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C 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. review-do-an-stm-stm32f103

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, … các ứng dụng của vi điều khiển

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.
review-do-an-stm-stm32f103-nguyen-bang

c.Thông số kỹ thuật STM32

  • Vi điều khiển: STM32F103C8T6.
  • Điện áp cấp 5VDC qua cổng Micro USB sẽ được chuyển đổi thành 3.3VDC qua IC nguồn và cấp cho Vi điều khiển chính.
  • Tích hợp sẵn thạch anh 8Mhz.
  • Tích hợp sẵn thạnh anh 32Khz cho các ứng dụng RTC.
  • Ra chân đầy đủ tất cả các GPIO và giao tiếp: CAN, I2C, SPI, UART, USB,…
  • Tích hợp Led trạng thái nguồn, Led PC13, Nút Reset.
  • Kích thước: 53.34 x 15.24mm
  •  Sử dụng với các mạch nạp:
    • ST-Link Mini
    • J-link
    • USB TO COM
  • Kết nối chân khi nạp bằng ST-Link Mini
  • Nạp theo chuẩn SWD
    • TCK — SWCLK
    • TMS — SWDIO
    • GND — GND
    • 3.3V — 3.3V

d. Cấu hình 

  • ARM 32-bit Cortex M3 với clock max là 72Mhz.
  • Bộ nhớ:
    • 64 kbytes bộ nhớ Flash(bộ nhớ lập trình).
    • 20kbytes SRAM.
  • Clock, reset và quản lý nguồn.
    • Điện áp hoạt động 2.0V -> 3.6V.
    • Power on reset(POR), Power down reset(PDR) và programmable voltage detector (PVD).
    • Sử dụng thạch anh ngoài từ 4Mhz -> 20Mhz.
    • Thạch anh nội dùng dao động RC ở mode 8Mhz hoặc 40khz.
    • Sử dụng thạch anh ngoài 32.768khz được sử dụng cho RTC.
  • Trong trường hợp điện áp thấp:
    • Có các mode :ngủ, ngừng hoạt động hoặc hoạt động ở chế độ chờ.
    • Cấp nguồn ở chân Vbat bằng pin để hoạt động bộ RTC và sử dụng lưu trữ data khi mất nguồn cấp chính.
  • 2 bộ ADC 12 bit với 9 kênh cho mỗi bộ.
    • Khoảng giá trị chuyển đổi từ 0 – 3.6V.
    • Lấy mẫu nhiều kênh hoặc 1 kênh.
    • Có cảm biến nhiệt độ nội.
  • DMA: bộ chuyển đổi này giúp tăng tốc độ xử lý do không có sự can thiệp quá sâu của CPU.
    • 7 kênh DMA.
    • Hỗ trợ DMA cho ADC, I2C, SPI, UART.
  • 7 timer.
    • 3 timer 16 bit hỗ trợ các mode IC/OC/PWM.
    • 1 timer 16 bit hỗ trợ để điều khiển động cơ với các mode bảo vệ như ngắt input, dead-time..
    • 2 watdog timer dùng để bảo vệ và kiểm tra lỗi.
    • 1 sysTick timer 24 bit đếm xuống dùng cho các ứng dụng như hàm Delay….
  • Hỗ trợ 9 kênh giao tiếp bao gồm:
    • 2 bộ I2C(SMBus/PMBus).
    • 3 bộ USART(ISO 7816 interface, LIN, IrDA capability, modem control).
    • 2 SPIs (18 Mbit/s).
    • 1 bộ CAN interface (2.0B Active)
    • USB 2.0 full-speed interface
  • Kiểm tra lỗi CRC và 96-bit ID.

e.Bộ nhớ

Vi điều khiển ATmega328:
  • 64 KB bộ nhớ Plash: trong đó bootloader chiếm 0.5KB.
  • 20 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.

1.2 Cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C giao tiếp STM32

a. Giới thiệu cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C giao tiếp STM32

Cảm biến dòng HMCT103C 5A/5mA thường được sử dụng nhiều trong các mạch điện tử và ứng dụng trong các mạch chống trộm, phát hiện dòng điện AC. ZMCT103C Cảm Biến Dòng 5A là cảm biến để do dòng điện, được sử dụng trong các mạch điện tử cũng như đời sống hằng ngày… cam-bien-do-dong-dien-5A-5mA-ZMCT103C-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-3

b. Thông số kỹ thuật ZMCT103C

  • Dòng đầu vào: 5A
  • Dòng ra: 5mA
  • Tỷ lệ: 1000 : 1
  • Sai số góc pha: <20′ (100Ω)
  • Dải tuyến tính: 0~10A(100Ω)
  • Điện áp cách ly: 3000V
  • Sai số tuyến tính: ≤0.2%
  • Kiểu chân : Xuyên lỗ
  • Nhiệt độ hoạt động : -40~70 độ

c. Cách sử dụng cảm biến 5A/5mA ZMCT103C giao tiếp STM32

cam-bien-do-dong-dien-5A-5mA-ZMCT103C-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602

1.3 LCD162 cho mạch đọc cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C 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.
BH1750 giao tiếp Arduino lcd1602

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 chânKý hiệu chânMô tả chân
1VssCấp điện 0v
2VccCấp điện 5v
3V0Chỉnh độ tương phản
4RSLựa chọn thanh ghi địa chỉ hay dữ liệu
5RWLựa chọn thanh ghi Đọc hay Viết
6ENCho phép xuất dữ liệu
7D0Đường truyền dữ liệu 0
8D1Đường truyền dữ liệu 1
9D2Đường truyền dữ liệu 2
10D3Đường truyền dữ liệu 3
11D4Đường truyền dữ liệu 4
12D5Đường truyền dữ liệu 5
13D6Đường truyền dữ liệu 6
14D7Đường truyền dữ liệu 7
15AChân dương đèn màn hình
16KChân 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

hinh-lcd1602-bang-gia-tri-ACS712
  • 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

bảng mã ascii hiển thị ký tự cho lcd1602 ACS712 giao tiếp Arduino

 

g. Bảng địa chỉ cho LCD

hinh-lcd1602-dia-chi ACS712

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C 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

cam-bien-do-dong-dien-5A-5mA-ZMCT103C-giao-tiep-arduino-hien-thi-lcd1602-2

Phần mềm

int sensorTA12 = A0; // Analog input pin that sensor is attached to

float nVPP;   // Voltage measured across resistor
float nCurrThruResistorPP; // Peak Current Measured Through Resistor
float nCurrThruResistorRMS; // RMS current through Resistor
float nCurrentThruWire;     // Actual RMS current in Wire

void setup() 
 {
   Serial.begin(9600); 
   pinMode(sensorTA12, INPUT);
 }
 
 
 void loop() 
 {
   nVPP = getVPP();

   nCurrThruResistorPP = (nVPP/200.0) * 1000.0;
   nCurrThruResistorRMS = nCurrThruResistorPP * 0.707;  
   /* 
   Current Transformer Ratio is 1000:1...
   Therefore current through 200 ohm resistor
   is multiplied by 1000 to get input current
   */
   nCurrentThruWire = nCurrThruResistorRMS * 1000;
   Serial.print("Volts Peak : ");
   Serial.println(nVPP,3);

   Serial.print("Current Through Resistor (Peak) : ");
   Serial.print(nCurrThruResistorPP,3);
   Serial.println(" mA Peak to Peak");
   
   Serial.print("Current Through Resistor (RMS) : ");
   Serial.print(nCurrThruResistorRMS,3);
   Serial.println(" mA RMS");
   
   Serial.print("Current Through Wire : ");
   Serial.print(nCurrentThruWire,3);
   Serial.println(" mA RMS");
   Serial.println();
 }
 /************************************ 
In order to calculate RMS current, we need to know
the peak to peak voltage measured at the output across the
200 Ohm Resistor

The following function takes one second worth of samples
and returns the peak value that is measured
 *************************************/
float getVPP()
{
  float result;
  int readValue;             //value read from the sensor
  int maxValue = 0;          // store max value here
   uint32_t start_time = millis();
   while((millis()-start_time) < 1000) //sample for 1 Sec
   {
       readValue = analogRead(sensorTA12);
       // see if you have a new maxValue
       if (readValue > maxValue) 
       {
           /*record the maximum sensor value*/
           maxValue = readValue;
       }
   }  
   // Convert the digital data to a voltage
   result = (maxValue * 5.0)/1024.0; 
   return result;
 }

3. Hoạt động của mạch đọc cảm biến đo dòng 5A/5mA ZMCT103C

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 ZMCT103C giao tiếp STM32 quy đổi 5A/5mA trả về giá trị điện áp theo ADC đọc được, 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 đo dòng 5A/5mA ZMCT103C giao tiếp STM32:

Chúc các bạn thành công…!!!

 

Điện tử Nhật Tùng

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *