[ { 5V } 整合型 1602 LCD ] 使用單晶片 ( AT89S51 ) 偵測環境溫溼度 ( DHT-11 ) 與環境光源強度 ( BH1750 )

本篇網頁中所使用到的零件可到下面商品網址訂購：

• {5V}整合型{ 4/8BIT,IIC,4SPI }1602英文字型LCD螢幕 (附排針與可變電阻,16x2,藍底白色,LED背光)-可用於Arduino,單晶片,8051,AVR)


• DHT11 - 溫濕度感測器 (可用於 Raspberry Pi, Arduino, 單晶片, 8051, AVR)


• ROHM BH1750 光強度感測 ( 照度計 ) 模組 - 使用 I2C 通訊 ( 可用於 Raspberry Pi, Arduino, 單晶片, 8051, AVR )

使用單晶片偵測環境溫溼度與環境光源強度

環境溫溼度與光的強度偵測時常用在氣候偵測或是 DIY 製作上，配合使用整合型 1602 LCD 可以非常方便的將所取得的數值或是文字直接顯示在這一片液晶螢幕上，不要再使用 UART 將資料取出了！

在這篇網頁中，您將看到：

• 讓單晶片 8051 動作的基本電路
• 如何同時控制兩個 I2C 裝置 ( BH1750 環境光源強度偵測模組和整合型 LCD [ IIC 模式 ] )
• 如何取得單線式通訊的 DHT-11 感測器的溫、濕度值

網頁中所提供的三個單晶片 AST89S51, Keil C 專案檔會放置在雲端硬碟中 ( display_lcd+dht11+bh1750 )，並完成設置與編譯完成可直接使用 .hex 燒錄，有購買的請使用所提供的資料下載連結自行下載，目錄中包含三個專案檔，內容有：

1. 讀取 DHT-11 溫溼度值並顯示在整合型 LCD 螢幕上
   display_lcd+dht11.uvproj
2. 讀取 BH1750 光源強度值 ( Lux ) 並顯示在整合型 LCD 螢幕上
   display_lcd+bh1750.uvproj
3. 讀取 DHT-11 溫溼度值和 BH1750 光源強度值 ( Lux ) 並顯示在整合型 LCD 螢幕上
   display_lcd+dht11+bh1750.uvproj

資料夾目錄

主要的 Keil C 專案檔是 display_lcd+dht11+bh1750.uvproj ，是綜合其他兩個專案檔而來的，但建議由 1 至 3 的順序來了解程式的寫作方式。

不管是使用哪一個 Keil C 專案檔，請依照下面所提供的電路圖接線再燒錄程式在單晶片中就可以做測試。

網頁中程式所使用的電路接線圖

在下面的三個程式碼中，預設使用的 AT89S51 頻率是 12 MHz，每個 Keil C 專案檔所使用的檔案會根據所使用的感測器而有所不同，除了含有的 main() 函式檔案之外，分別是：

• I2C.h 和 I2C.c：AT89S51 I2C 通訊程式的宣告與實作
• dht11.h 和 dht11.c：讀取 DHT-11 溫溼度值的函式宣告與實作
• bh1750.h 和 bh1750.c：讀取 BH1750 光強度值得函式宣告與實作

LCD 使用 I2C 模式控制，基本的 LCD 的操作函式直接宣告與實作在主檔案裡。

專案檔如果沒有做什麼修改，直接使用已經編譯好的 .hex 檔就可以燒錄了；若是有做修改，選擇 Project / Rebuild all target files 就可以再次編譯並輸出 .hex 檔。

讀取 DHT-11 溫溼度值並顯示在整合型 LCD 螢幕上：

使用 Keil C 直接打開 display_lcd+dht11.uvproj 專案檔，在左邊的 Project 視窗會顯示出所使用到的檔案 ( dht11.c、I2C.c 和 display_lcd+dht11.c )。

AT89S52 + 整合型 LCD ( I2C 模式 )+ DHT-11 溫溼度感測器

DHT-11 的 DATA 接腳接上 4K7 的提升電阻再接到單晶片上的 P2^1 接腳上，溫溼度的資料由此接腳做讀取。如要修改為不同接腳，請在 dht11.c 中做修改即可，如下：

1 // 指定連接到 DHT11 data pin 的接腳 
2 sbit dhtpin = P2^1;

顯示溫溼度值的主程式如下：

 1 void main()
 2 {
 3  unsigned char dhtbuf[5];
 4  unsigned char chrbuf[17];  // LCD 顯示的組字陣列
 5  char percentage = 0x25;  // %
 6  
 7  // LCD 初始化
 8  initLCD();
 9  delay(100);
10  clearLCD();
11  delay(150);
12  
13  for( ;; )
14  {
15   // DHT11, temperature, humidity sensor
16   if( DHT11_read(dhtbuf) == 1 )
17   {
18    sprintf( chrbuf, "**T=%2dC,RH=%2d%c**", \
19     (int)dhtbuf[2], (int)dhtbuf[0], percentage);
20    displayCharAtLCD(1, 1, chrbuf, 16);
21   }
22   
23   delay(1000); // 0.991015 sec, @ AT89S51, 12MHz
24  }
25 }

如果接線沒有問題的話，一插上電之後，就會先清除螢幕，然後將溫溼度值顯示在 LCD 最上面那一行，每隔一秒鐘更新一次。

要注意到的是，LCD 初始化與清除螢幕上的字之後，一定要讓 LCD 有時間完成動作，因此需要加入延遲時間，不然 LCD 會無法動作！

使用 AT89S51 讀取 DHT-11 溫溼度值並顯示在 LCD

讀取 BH1750 光源強度值 ( Lux ) 並顯示在整合型 LCD 螢幕上：

使用 Keil C 直接打開 display_lcd+bh1750.uvproj 專案檔，在左邊的 Project 視窗會顯示出所使用到的檔案 ( bh1750.c、I2C.c 和 display_lcd+bh1750.c )。

AT89S52 + 整合型 LCD ( I2C 模式 )+ DBH1750 光強度感測模組

BH1750 與 LCD 都是使用 I2C 通訊，因此兩個裝置的 SDA 與 SCL 可以並接在一起，再分別接到單晶片的 P1^6 和 P1^7 接腳上，就可以使用單晶片兩隻接腳控制兩個裝置。如要修改為不同接腳，請在 I2C.c 中做修改，如下：

1 sbit SCL = P1^7;
2 sbit SDA = P1^6;

顯示光強度值的主程式如下：

 1 void main()
 2 {
 3  unsigned char chrbuf[17];  // LCD 顯示的組字陣列
 4  
 5  // BH1750 初始化指令
 6  unsigned char bhinsts[2] = { 0x01, 0x10 }; 
 7  
 8  // LCD 初始化
 9  initLCD();
10  delay(100);
11  clearLCD();
12  delay(150);
13 
14  // BH1750 初始化
15  BH1750_init( IIC_BH1750_ADDR, bhinsts, 2);
16  delay(150);
17  
18  for( ;; ) 
19  {
20   // BH1750, Ambient light sensor  
21   sprintf( chrbuf, "***Light:%5.0fLx", BH1750_read() );
22   displayCharAtLCD(2, 1, chrbuf, 16);
23   
24   delay(1000); // 0.991015 sec, @ AT89S51, 12MHz
25  }
26 }

如果接線沒有問題的話，一插上電之後，就會先清除螢幕，然後將現在所偵測到的光強度值顯示在 LCD 最下面那一行，每隔一秒鐘更新一次，使用手電筒或是移動 BH1750 對著不同光源，就可以感測到不同的光強度值。

使用 AT89S51 讀取 BH1750 光強度值並顯示在 LCD

相對應的光源強度值，可參考 wiki 這篇說明：Lux。網頁中有一個表格，分別列出在不同環境下所對應的亮度值 ( Lux )，可用來作為實際值的對照。


讀取 DHT-11 溫溼度值和 BH1750 光源強度值 ( Lux ) 並顯示在整合型 LCD 螢幕上

使用整合型 LCD 作為電子實驗的好處是接線簡潔，並且可以與 I2C 裝置共用一組通訊線。於此之外，解開束縛的整合型 LCD 更可以擴展成適用 SPI 通訊以及一般傳統式的 4-BIT 與 8-BIT 通訊模式 ( 如何解開束縛，請參考 雲端硬碟 datasheet 目錄下的 "整合型 JLX1602A 液晶螢幕資料手冊_watermark_proteuslcd.pdf"，文件中有這部分的說明。當然，使用上有問題可直接通過電子郵件做討論 )。

一旦解開束縛，在 I2C 模式下：可以調整四個 I2C 通訊位址；在 SPI 模式下，可以使用 CS ( 預設是開啟，無法手動關閉 ) 的功能；4-BIT 和 8-BIT 通訊。共四種可供選擇的通訊控制模式。

使用 Keil C 直接打開 display_lcd+bh1750.uvproj 專案檔，在左邊的 Project 視窗會顯示出所使用到的檔案 ( dht11.c、bh1750.c、I2C.c 和 display_lcd+dht11-bh1750.c )。

在前面的例子裡，並沒有針對 I2C 通訊做過討論，這是因為留在這邊做討論會比較合適，因為在這個例子裡，使用了兩個使用 I2C 通訊做控制的裝置。

在 I2C 通訊，使用 7 個 bit 做定址，這意味著一組 I2C 通訊線只能控制 128 個裝置。而由於每個 I2C 裝置都應具有讀與寫的功能，因此在通訊時會把位址先向左移一位，留下最右邊 ( Bit 0 ) 作為讀寫的指定位元。例如，BH1750 的 I2C 位址是 0x23  ( 所以寫用 0x46 讀用 0x47 ，8-Bit數值傳送對裝置讀寫的指令 )，詳細的操作看 displayEnvironment.c 就會清楚。

AT89S52 + 整合型 LCD ( I2C 模式 ) + DHT-11 溫溼度感測器 + DBH1750 光強度感測模組

結合溫溼度與光強度兩個程式之後，主程式的程式碼如下：

 1 void main()
 2 {
 3  unsigned char dhtbuf[5];
 4  unsigned char chrbuf[17];  // LCD 顯示的組字陣列
 5  char percentage = 0x25;  // %
 6  
 7  // BH1750 初始化指令
 8  unsigned char bhinsts[2] = { 0x01, 0x10 }; 
 9  
10  // LCD 初始化
11  initLCD();
12  delay(100);
13  clearLCD();
14  delay(150);
15 
16  // BH1750 初始化
17  BH1750_init( IIC_BH1750_ADDR, bhinsts, 2);
18  delay(150);
19  
20  for( ;; )
21  {
22   // DHT11, temperature, humidity sensor
23   if( DHT11_read(dhtbuf) == 1 )
24   {
25    sprintf( chrbuf, "**T=%2dC,RH=%2d%c**", 
26     (int)dhtbuf[2], (int)dhtbuf[0], percentage);
27    displayCharAtLCD(1, 1, chrbuf, 16);
28   }
29   
30   // BH1750, Ambient light sensor  
31   sprintf( chrbuf, "***Light:%5.0fLx", BH1750_read() );
32   displayCharAtLCD(2, 1, chrbuf, 16);
33   
34   delay(1000); // 0.991015 sec, @ AT89S51, 12MHz
35  }
36 }

如果接線沒有問題的話，一插上電之後，就會先清除螢幕，然後將現在所偵測到的溫溼度值與光強度值分別顯在 LCD 的上下兩行，每隔一秒鐘更新一次。

使用 AT89S51 讀取 BH1750 溫溼度值和 BH1750 光強度值並顯示在 LCD

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這網頁是專門為了 5V 整合型 LCD 寫的，但若是您的單晶片是使用 3V3 的，同樣的也可以很容易的將程式碼移植過去，只不過 3V3 整合型 LCD 預設就是發送 Raspberry Pi 的測試程式碼，因此在購買之後可以指定發送的程式碼是單晶片或是 Raspberry Pi。

Keil C 專案檔裡，針對不同裝置使用上都有相對應的程式碼，這些檔案都可以分開或是整合做使用，請再自行參考所提供的資料連結中的檔案及資料。

ps: 程式碼裡面所使用的指令格式請參考所附資料手冊上第 16 頁的表格。