G2 02 - Đọc nhiệt độ và độ ẩm

Linh kiện cần chuẩn bị

• 1 ESP32-S3 DevKit.
• 1 robot base Gen 1 dùng làm nền gắn cảm biến; bài này chưa cần chạy motor.
• 1 cảm biến SHT31 I2C, địa chỉ mặc định thường là 0x44.
• 1 LED trạng thái và 1 điện trở 220 ohm nếu không dùng LED có sẵn trên board.
• 1 buzzer chủ động để báo lỗi đọc cảm biến.
• Dây jumper, breadboard nhỏ hoặc shield nối dây.
• Nguồn USB ổn định hoặc pin đã sạc.
• Máy tính có Arduino IDE hoặc Arduino CLI, cáp USB data, Serial Monitor.
• Bảng ghi dữ liệu gồm: thời gian, nhiệt độ, độ ẩm, trạng thái đọc, ghi chú điều kiện đo.

Code của bài chỉ dùng ESP32-S3, SHT31, LED, buzzer và Serial Monitor. Không dùng WiFi, OLED/TFT hay cảm biến khác trong bài này.

Bài này giúp bạn làm được gì?

Bạn sẽ đọc nhiệt độ và độ ẩm bằng SHT31, kiểm tra dữ liệu có hợp lệ hay không, rồi in log để nhóm có thể ghi bảng đo thật.

Kết quả cuối bài:

• ESP32-S3 đọc được nhiệt độ theo độ C.
• ESP32-S3 đọc được độ ẩm theo phần trăm.
• Code phát hiện được lỗi I2C hoặc lỗi CRC.
• Serial Monitor có hai chế độ log: dễ đọc và CSV.
• Nhóm có ít nhất 20 dòng dữ liệu nhiệt độ/độ ẩm thật.

Mục tiêu bài học

Sau bài này, bạn có thể:

• Nối SHT31 đúng chân SDA/SCL.
• Giải thích vì sao cảm biến I2C cần địa chỉ.
• Đọc dữ liệu SHT31 bằng Wire.h mà không cần thư viện ngoài.
• Kiểm tra lỗi dữ liệu trước khi tin vào con số.
• Tạo bảng dữ liệu nhiệt độ/độ ẩm để dùng trong G2 05.

Kiến thức rất ngắn

SHT31 gửi dữ liệu theo 2 phần: nhiệt độ và độ ẩm. Mỗi phần có thêm CRC để kiểm tra dữ liệu có bị lỗi trong lúc truyền không.

Nếu code không kiểm tra lỗi, robot có thể lấy một con số sai rồi đưa ra cảnh báo sai. Vì vậy bài này không chỉ đọc dữ liệu, mà còn học cách hỏi: dữ liệu này có đáng tin không?

Sơ đồ khối hệ thống

SHT31
  -> I2C SDA/SCL
  -> ESP32-S3 đọc raw bytes
  -> kiểm CRC
  -> đổi sang độ C và %
  -> Serial Monitor / CSV
  -> LED, buzzer báo trạng thái

Pin map đề xuất

Chức năng	Chân ESP32-S3	Ghi chú
SHT31 VIN	3V3	Không dùng 5V nếu breakout không hỗ trợ
SHT31 GND	GND	Phải chung GND với ESP32
SHT31 SDA	GPIO8	Dữ liệu I2C
SHT31 SCL	GPIO9	Xung clock I2C
LED trạng thái	GPIO2	Nháy khi đọc OK
Buzzer	GPIO15	Kêu 2 nhịp khi đọc lỗi

Thực hành từng bước

Bước 1: Kiểm tra dây I2C

Tắt nguồn trước khi cắm dây. Nối VIN -> 3V3, GND -> GND, SDA -> GPIO8, SCL -> GPIO9. Không để dây SCL/SDA vắt qua bánh xe hoặc motor vì sau này robot sẽ chạy.

Bước 2: Upload code đọc SHT31

Mở Serial Monitor 115200 baud. Log bình thường sẽ giống:

sht31 t_ms=3000 ok=YES temp_c=29.4 humidity_pct=68.2 mode=KEY_VALUE

Nếu thấy ok=NO, chưa vội sửa thuật toán. Hãy kiểm tra dây và nguồn trước.

Bước 3: Tác động nhẹ để thấy dữ liệu đổi

• Đặt cảm biến cách tay 5-10 cm, quan sát dữ liệu.
• Thổi nhẹ gần cảm biến trong 1-2 giây, độ ẩm thường tăng.
• Không chạm tay trực tiếp vào chip cảm biến vì nhiệt từ tay làm dữ liệu nhảy mạnh.

Bước 4: Bật CSV để ghi bảng

Gửi trong Serial Monitor:

CSV ON

Robot in header:

t_ms,temp_c,humidity_pct,ok,error_count

Copy 20 dòng vào bảng. Khi muốn quay lại log dễ đọc, gửi:

CSV OFF

Code mẫu hoàn chỉnh

Code đầy đủ nằm trong file:

code/g2-02-doc-nhiet-do-va-do-am/g2-02-doc-nhiet-do-va-do-am.ino

Phần chuyển đổi dữ liệu SHT31:

uint16_t rawT = ((uint16_t)buffer[0] << 8) | buffer[1];
uint16_t rawH = ((uint16_t)buffer[3] << 8) | buffer[4];
temperatureC = -45.0 + 175.0 * rawT / 65535.0;
humidityPct = 100.0 * rawH / 65535.0;

Giải thích code theo từng khối

Khối code	Vai trò	Dấu hiệu đúng
Wire.begin()	Mở bus I2C trên GPIO8/GPIO9	SHT31 trả lời ở địa chỉ 0x44
crc8()	Kiểm tra dữ liệu nhận được	Lỗi dây thường làm ok=NO
readSht31()	Gửi lệnh đo và đọc 6 byte	Có nhiệt độ/độ ẩm hợp lý
csvMode	Chuyển giữa log dễ đọc và CSV	CSV ON, CSV OFF hoạt động
errorCount	Đếm số lần đọc lỗi	Tăng khi rút cảm biến hoặc sai dây

Kiểm thử robot thật

Test	Thao tác	Kết quả mong đợi	Pass?
1	Boot với SHT31 đã nối	ok=YES trong 5 giây đầu
2	Thổi nhẹ gần cảm biến	Độ ẩm tăng rồi giảm dần
3	Che cảm biến bằng tay ở khoảng cách gần	Nhiệt độ thay đổi nhẹ
4	Gửi CSV ON	Có header CSV và dòng dữ liệu
5	Rút SDA rồi reset	ok=NO, buzzer báo lỗi
6	Cắm lại dây đúng	ok=YES trở lại

Bảng dữ liệu mẫu cần ghi

Lần đo	Thời gian ms	Nhiệt độ C	Độ ẩm %	Điều kiện đo	Nhận xét
1				Bình thường
2				Thổi nhẹ
3				Để yên 30 giây

Lỗi thường gặp và cách sửa

Lỗi	Nguyên nhân hay gặp	Cách sửa
ok=NO liên tục	Sai SDA/SCL, thiếu nguồn hoặc sai địa chỉ	Kiểm tra pin map, đo 3.3V, thử địa chỉ 0x44
Dữ liệu nhảy mạnh	Cầm tay vào cảm biến hoặc đặt gần hơi nóng	Gắn cảm biến thoáng, không chạm chip
Độ ẩm luôn 0 hoặc 100	Dữ liệu raw lỗi hoặc CRC fail bị bỏ qua	Chỉ dùng dữ liệu khi ok=YES
Serial không hiện gì	Sai baud hoặc cáp không phải data	Chọn 115200 baud, đổi cáp
Buzzer kêu khi vẫn có số	Code đang phát hiện CRC/I2C lỗi ngắt quãng	Rút ngắn dây I2C, cắm chắc jumper

Checklist debug

• SHT31 dùng 3.3V và GND chung.
• SDA/SCL đúng GPIO8/GPIO9.
• Serial có ok=YES.
• Có ít nhất 20 dòng dữ liệu thật.
• Biết giải thích khi nào không nên tin dữ liệu.

Thử thách nhỏ

Thêm cảnh báo Serial khi humidity_pct > 80. Chỉ in cảnh báo khi ok=YES, không cảnh báo khi cảm biến lỗi.

Checklist hoàn thành

• Đọc được nhiệt độ và độ ẩm từ SHT31.
• Có xử lý lỗi I2C/CRC.
• Có log dạng dễ đọc và CSV.
• Có bảng dữ liệu thật.
• Sẵn sàng chuyển sang cảm biến ánh sáng ở G2 03.

Bài tiếp theo

G2 03 sẽ dùng mạch LDR đơn giản để đo ánh sáng, sau đó phân vùng dữ liệu thành DARK, NORMAL, BRIGHT.

---

Điều hướng bài học

Bài tiếp theo: G2 03 - Đọc ánh sáng và phân vùng dữ liệu

Bài trước: G2 01 - Robot cảm nhận môi trường là gì