BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI BÀI TẬP LỚN Môn Đo lường và Cảm biến Chuyên ngành Kỹ thuật Điện, Điện tử ĐỀ TÀI XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO DÒNG ĐIỆN AC MAX 5A Sinh viên Lớp MSV Đặt vấn đề Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển Trong đó ngành kỹ thuật điện, điện tử đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong cuộc sống của con người Cùng với sự phát triển đó ngành công nghệ kỹ thuật điện điện tử cũng đã có những bước phát triển vượt bậc Trong thời đại hiện nay máy móc.
Trang 1BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
BÀI TẬP LỚN Môn: Đo lường và Cảm biến Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử
ĐỀ TÀI XÂY DỰNG THIẾT BỊ ĐO DÒNG ĐIỆN AC MAX 5A
Sinh viên: Lớp:
MSV:
Trang 2Nguồn điện xoay chiều 1 pha
Modun cảm biến ACS712Vi điều khiển (Arduino UNO)Khối hiển thị (LCD)
Khối nguồn cấp 1 chiều 5V
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển Trong đó ngành kỹ thuật điện, điện tử đã đạt được nhiều thành tựu to lớn trong cuộc sống của con người Cùng với sự phát triển đó ngành công nghệ kỹ thuật điện- điện tử cũng đã có những bước phát triển vượt bậc Trong thời đại hiện nay máy móc đã phát triển rất mạnh mẽ đi cùng với đó các thiết bị đo đạc hiển thị cũng rất cần thiết, nó giúp cho con người biết được các lượng điện áp dòng điện mà các máy móc đang tiêu thụ Để ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật hiện đại và
kiến thức đã học vào phục vụ đời sống em đã thực hiện đề tài: “Xây dựng thiết
bị đo dòng điện AC max 5A”.
I.1 Chức năng thiết bị
Do dòng điện xoay chiều của thiết bị điện đang hoạt động và hiển thị giá trị dòng điện trên LCD
I.2 Mục tiêu
Tạo ra mô hình đo và hiển thị dòng điện đang tiêu thụ max 5A của các thiết
bị điện đang chạy trên LCD, tạo được mô hình thí nghiệm giúp sinh viên nghiên cứu để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp đo dòng điện, nghiên cứu về cảm biến đo dòng điện
II NÔI DUNG THIẾT KẾ
II.1 Sơ đồ khối hệ thống
2
Trang 3II.2 Cảm biến ACS712(-05B)
Cảm biến đo dòng điện ACS712 (Hall Effect Current Sensor) dựa trên hiệu ứng Hall để đo dòng điện AC/DC, cảm biến có kích thước nhỏ gọn, dễ kết nối,
giá trị trả ra là điện áp Analog tuyến tính theo cường độ dòng điện cần đo nên rất
dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, thích hợp với các ứng dụng cần đo dòng AC/DC với độ chính xác cao
Hình 1: Modun cảm biến đo dòng điện ACS712
Trang 4 Mô tả về cảm biến ACS712
IC ACS 712 là một IC cảm biến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall ACS xuất ra 1 tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo sự thay đổi của dòng điện Ip được lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC), trong phạm vi đã cho
CF được dùng với mục đích chống nhiễu và có giá trị tùy thuộc vào từng mục đích sử dụng
Nguyên lí hoạt động
ACS712 là IC hoạt động dựa trên hiệu ứng HALL Khi có dòng điện chạy
qua chân 1, 2 đến chân 3, 4 sẽ tạo ra một từ trường Từ trường này tạo ra điện áp
tỉ lệ Nó được ứng dụng rộng rãi trong kỹ thuật điều khiển động cơ, xác định tải, bảo vệ quá dòng, hỗ trợ chuyển chế độ năng lượng
Lối ra của IC này là điện áp dương Bằng cách tăng độ dày của vật dẫn dòng điện, ACS712 cho phép hỗ trợ dòng điện cao gấp 5 lần dòng điện quy ước
Đặc tính quan trọng của ACS712 là sử dụng công nghệ ổn định (Chopper
Stabilitization) để làm giảm tối thiểu điện áp lệch tại chân Vout Độ lệch điện áp lối ra tại chân Vout phụ thuộc vào nhiệt độ và hiệu ứng nén khi đóng gói IC Công nghệ ổn định hoạt động dựa trên quá trình điều chế và giải điều chế Trong miền tần số, quá trình điều chế để tách các tín hiệu bị lệch do tác động của điện
áp một chiều Sau đó sử dụng bộ lọc thông thấp để tách những tín hiệu bị lọc
4
Hình 2: Sơ đồ nguyên lí cảm biến ACS712
6 FILTER Nối với tụ điện thiết lập băng thông
Trang 5 Ưu điểm của ACS712
+ Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp
+ Băng thông của thiết bị được thiết định thông qua chân FILTER mới + Thời gian tăng của đầu ra đáp ứng với đầu vào là 5µs
+ Điện trở dây dẫn trong là 1.2mΩ
+ Nguồn vận hành đơn là 5V
+ Độ nhạy đầu ra từ 63-190mV/A
+ Điện áp ra cực kỳ ổn định
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, cảm biến ACS712 được phân làm 3 loại:
+ACS712-05B (5A)
Ip: -5A – 5A
Độ nhạy: 180 -190 mV/A
+ACS712-20A (20A)
Ip: -20A – 20A
Độ nhạy: 96 – 104 mV/A
+ACS712-30A (30A)
Ip: -30A – 30A
Độ nhạy: 63 – 69mV/A
Trang 6II.3 Arduino UNO
Hình 3: Hình ảnh minh họa Arduino UNO
Giới thiệu chung.
Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Bảng mạch được trang bị các bộ chân đầu vào/ đầu ra Digital và Analog có thể giao tiếp với các bảng mạch mở rộng khác nhau
Arduino UNO có thể sử dụng 3 vi điều khiển họ 8bit AVR là ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não này có thể xử lí những tác vụ đơn giản như điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm một trạm đo nhiệt độ - độ ẩm và hiển thị lên màn hình LCD,…
Arduino UNO có thể được sử dụng trực tiếp bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tính gốc như là một bộ nạp chương trình
6
Trang 7 Ưu nhược điểm.
• Ưu điểm:
+ Là thư viện hỗ trợ đầy đủ
+ Có thể sử dụng ngay
+ Gồm các chức năng giúp đơn giản hóa công việc (khả năng chuyển đổi đơn vị tự động)
+ Có cộng đồng sử dụng lớn, rất nhiều ví dụ và đề tài mẫu để tham khảo
• Nhược điểm:
+ Kích thước lớn
+ Chi phí cao
II.4 LCD 20x4
Hình 4: Hình ảnh mô tả LCD 20X4
LCD (Liquid Crystal Display) được sử dụng trong rất nhiều các ứng dụng của Vi Điều Khiển LCD có rất nhiều ưu điểm so với các dạng hiển thị khác Nó
Trang 8đưa vào mạch ứng dụng theo nhiều giao thức giao tiếp khác nhau, tốn rất ít tài nguyên hệ thống và giá thành rẻ…
II.5 SƠ ĐỒ LẮP RÁP
Hình 5: Sơ đồ mạch đo dòng điện AC sử dụng Arduino
Cho nguồn xoay chiều 220V chạy qua cảm biến ACS712, khi mắc thêm bóng đèn nối tiếp với cảm biến ACS712 để đo giá trị dòng điện của bóng Lúc này chân viout của cảm biến sẽ cho ra tín hiệu tương tự (analog) và tín hiệu này sẽ được đưa vào bộ vi xử lí Arduino UNO thông qua chân A0 Sau đó tín hiệu tương tự (analog) thông qua bộ vi xử lí sẽ được chuyển thành tín hiệu số
(digital) và hiển thị giá trị của dòng điện trên LCD.
III KẾT QUẢ BÀI TẬP LỚN
Đề tài thực hiện được kết quả như mong muốn, mô hình đo chuẩn xác giá trị của dòng điện của thiết bị điện đang hoạt động nhưng vẫn còn 1 vài khuyết điểm
Hiểu thêm được công dụng của cảm biến và cách sử dụng,
Các hạn chế:
+ Chưa có sự hiểu biết rõ về lập trình hệ thống cho arduino
+ Chưa có đủ điều kiện để tiến hành lắp ráp mạch thực tế
8
