Thiết kế, chế tạo máy sạc accu thông minh đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ kỹ thuật ô tô

Cấu tạo của bình accu axit Bình accu axit thông thường gồm có các bộ phận chính như vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn, dung dịch điện phân và các bộ phận phụ khác như nút đậy.. Phụ gia

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Tóm tắt ii

Mục lục iii

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu vii

Danh mục các hình viii

Danh mục các bảng x

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1

1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Lý do chọn đề tài 1

1.3 Mục tiêu đề tài 1

1.4 Giới hạn đề tài 2

1.5 Ý nghĩa thực hiện 2

1.6 Phương pháp nghiên cứu 2

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Tổng quát về accu 3

2.1.1 Cấu tạo của bình accu axit 3

2.1.1.1 Vỏ bình 4

2.1.1.2 Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực 4

2.1.1.3 Tấm ngăn 6

2.1.1.4 Dung dịch điện phân 7

2.1.1.5 Nắp, nút và cầu nối 8

2.1.2 Quá trình biến đổi hóa học trong accu 8

2.1.3 Các thông số của accu 10

2.1.3.1 Sức điện động của accu axit 10

2.1.3.2 Hiệu điện thế của accu 11

2.1.3.3 Điện trở trong của accu 11

2.1.3.4 Độ phóng điện của accu 11

2.1.3.5 Năng lượng accu 12

2.1.3.6 Công suất của accu 12

2.1.4 Các đặc tính của accu 12

2.1.4.1 Dung lượng của accu 12

2.1.4.2 Đặc tính phóng của accu 15

2.1.4.3 Đặc tính sạc của accu 16

2.2 Các phương pháp sạc accu 17

2.2.1 Phương pháp sạc accu với dòng không đổi 17

2.2.2 Phương pháp sạc accu với hiệu điện thế không đổi 18

2.2.3 Phương pháp sạc dòng – áp 18

2.2.4 Phương pháp sạc xung 19

2.2.4.1 Giới thiệu phương pháp sạc xung 19

2.2.4.2 Nguyên lý hoạt động của sạc xung 19

Chương 3 GIỚI THIỆU CÁC MODULE VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ 22

3.1 Arduino Mega 2560 22

3.1.1 Giới thiệu 22

3.1.2 Chức năng chân 23

3.1.3 Thông số kỹ thuật 25

3.1.3.1 Nguồn 25

3.1.3.2 Bộ nhớ 26

3.1.3.3 Input và Output 26

3.1.3.4 Giao tiếp 27

3.1.3.5 Lập trình 27

3.2 Cảm biến dòng 28

3.2.1 Giới thiệu cảm biến dòng 28

3.2.2 Cảm biến hiệu ứng Hall 29

3.2.3 Cảm biến dòng ACS756 100A 30

3.2.3.1 Giới thiệu 30

3.2.3.2 Thông số kỹ thuật 30

3.2.3.3 Ký hiệu chân 31

3.2.3.4 Nguyên lý hoạt động 32

3.3 Encoder Module KY-040 33

3.3.1 Giới thiệu 33

3.3.2 Thông số kỹ thuật 33

3.3.3 Ký hiệu chân 34

3.4 Module HC-05 34

3.4.1 Giới thiệu 34

3.4.2 Thông số kỹ thuật 35

3.4.3 Ký hiệu chân 36

3.4.4 Cách sử dụng 37

3.5 Module I2C LCD 38

3.5.1 Giới thiệu 38

3.5.2 Thông số kỹ thuật 38

3.5.3 Ký hiệu chân 39

3.5.4 Cách sử dụng 39

3.6 Thyristor BTW69-1200 41

3.6.1 Giới thiệu 41

3.6.2 Thông số kỹ thuật 41

3.6.3 Ký hiệu chân 42

Chương 4 GIỚI THIỆU MIT APP INVENTOR 2 43

4.1 Giới thiệu 43

4.2 Tính năng và nhược điểm MIT App Inventor 2 44

4.3 Cách sử dụng 45

4.3.1 Khởi chạy 45

4.3.3.1 Sử dụng Online 45

4.3.3.2 Sử dụng Offline 46

4.3.2 Tạo project mới 46

4.3.3 Các vùng làm việc 46

4.3.3.3 Palette 47

4.3.3.4 Viewer 47

4.3.3.5 Components 48

4.3.3.6 Properties 48

4.3.4 Sử dụng các đối tượng khi viết ứng dụng 49

4.3.4.1 Blocks 49

4.3.4.2 Xuất file apk 50

Chương 5 THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 52

5.1 Sơ đồ khối điều khiển máy sạc accu 52

5.2 Sơ đồ tổng thể của mạch 53

5.3 Lưu đồ thuật toán 54

5.4 Thiết kế ứng dụng giao tiếp Bluetooth 56

5.5 Hướng dẫn sử dụng máy 58

5.5.1 Thao tác trực tiếp trên máy 58

5.5.2 Điều khiển qua Bluetooth 60

Chương 6 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 63

6.1 Kết luận 63

6.2 Đề nghị 63

Danh mục tài liệu tham khảo 64

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

SoC: State of Charge

OCV: Open-Circuit Voltage

PWM: Pulse Width Modulation

UART: Universal Asynchronous Receiver/Transmitter

USB: Universal Serial Bus

ICSP: In-Circuit Serial Programming

AC: Alternating Current

DC: Direct Current

GND: Ground

I/O: Input/Output

SRAM: Static Random-Access Memory

EEPROM: Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory

SPI: Serial Peripheral Interface

FHSS: Frequency-Hopping Spread Spectrum

LED: Light-Emitting Diode

LCD: Liquid Crystal Display

OS: Operating System

Apk: Android Package Kit

VĐK: Vi điều khiển

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hỉnh 2.1 Cấu tạo của bình accu axit 3

Hình 2.2 Cấu tạo khối bản cực 4

Hình 2.3 Các tấm bản cực của accu 5

Hình 2.4 Các tấm ngăn 6

Hình 2.5 Ảnh hưởng của dung địch điện phân tới điện trở và sức điện động của accu 7

Hình 2.6 Đặc tính phóng của accu 15

Hình 2.7 Đặc tính sạc của accu 16

Hình 2.8 Phương pháp sạc xung 19

Hình 2.9 Thời gian của xung và dòng sạc đầu vào sạc cho accu 20

Hình 3.1 Arduino Mega 2560 22

Hình 3.2 Mặt dưới của Arduino Mega 2560 22

Hình 3.3 Chân thực tế Arduino Mega 2560 23

Hình 3.4 Chức năng chân Arduino Mega 2560 24

Hình 3.5 Giới thiệu cảm biến dòng 28

Hình 3.6 Cảm biến dòng ACS756 100A 30

Hình 3.7 Ký hiệu chân cảm biến dòng ACS756 100A 31

Hình 3.8 Sơ đồ nguyên lý cảm biến ACS756 100A 32

Hình 3.9 Encoder Module KY-040 33

Hình 3.10 Ký hiệu chân của Encoder Module KY-040 34

Hình 3.11 Module HC-05 34

Hình 3.12 Ký hiệu chân của HC-05 36

Hình 3.13 Kết nối chân HC-05 để sử dụng 37

Hình 3.14 Module I2C LCD 38

Hình 3.15 Ký hiệu chân của Module I2C LCD 39

Hình 3.16 Hàn mạch để kết nối I2C LCD 40

Hình 3.17 Thyristor BTW69-1200 41

Hình 3.18 Các chân của Thyristor BTW69-1200 42

Hình 4.1 Giao diện làm việc chính của App Inventor 2 44

Hình 4.2 Giao diện sau khi đăng nhập vào App Inventor 2 45

Hình 4.3 Tạo project mới trong App Inventor 2 46

Hình 4.4 Đặt tên cho project 46

Hình 4.5 Vùng làm việc Palette 47

Hình 4.6 Vùng làm việc Viewer 48

Hình 4.7 Vùng làm việc Components 48

Hình 4.8 Vùng làm việc Properties 49

Hình 4.9 Giao diện Blocks 50

Hình 4.10 Xuất file apk 50

Hình 4.11 Mã QR để tải file apk 51

Hình 5.1 Sơ đồ khối điều khiển máy sạc 52

Hình 5.2 Sơ đồ tổng thể của mạch 53

Hình 5.3 Lưu đồ thuật toán 55

Hình 5.4 Thiết kế giao diện người dùng trong Designer 57

Hình 5.5 Sử dụng các khối lệnh trong Blocks 57

Hình 5.6 Giao diện ứng dụng Accu Charger 58

Hình 5.7 Mặt chính của máy 58

Hình 5.8 Giao diện màn hình chờ 59

Hình 5.9 Xoay nút để chọn dung lượng 59

Hình 5.10 Giao diện màn hình khi đang sạc 60

Hình 5.11 Gian diện trước và sau khi kết nối Bluetooth với máy 60

Hình 5.12 Nhập dung lượng Accu 61

Hình 5.13 Giao diện màn hình khi đang sạc 62

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1 Quá trình sạc điện 9

Bảng 2.2 Quá trình phóng điện 9

Bảng 2.3 Mối liên hệ giữa SoC và OCV 14

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560 25

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật ACS756 100A 30

Bảng 3.3 Các chân cảm biến ACS756 100A 31

Bảng 3.4 Ký hiệu chân của Encoder Module KY-040 34

Bảng 3.5 Các chân của HC-05 36

Bảng 3.6 Thông số kỹ thuật Module I2C LCD 38

Bảng 3.7 Mô tả chân/điều khiển của Module I2C LCD 39

Bảng 3.8 Kết nối chân Module I2C LCD với vi điều khiển 40

Bảng 3.9 Thông số kỹ thuật Thyristor BTW69-1200 41

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Đặt vấn đề

Chúng ta đang sống trong một xã hội văn minh phát triển về mọi mặt mà đáng quan tâm nhất chính là khoa học kỹ thuật Ngày nay, mọi sản phẩm cũng như quá trình tạo ra sản phẩm đều được đẩy mạnh theo hướng điều khiển, tự động hóa Các loại thiết bị, máy móc phục vụ công nghiệp lẫn đời sống hàng ngày đều phải sử dụng điện năng, có thể là dùng hoàn toàn nguồn năng lượng điện hoặc một phần năng lượng điện kết hợp với năng lượng khác

Trong thực tế, có những lúc cần đến điện năng nhưng không thể lấy được từ lưới điện

Vì vậy chúng ta cần phải lấy năng lượng điện từ các nguồn điện dự trữ, điển hình là accu Nguồn điện một chiều accu có thể ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị công nghiệp cũng như dân dụng, chiếu sáng… và đặc biệt quan trọng trong xe máy, ô tô Tuy nhiên, accu là một thiết bị dự trữ điện năng, sẽ hết năng lượng sau một quá trình sử dụng nên chúng ta cần phải sạc lại cho accu để tiếp tục sử dụng

1.2 Lý do chọn đề tài

Trên mỗi chiếc ô tô, accu đóng vai trò cực kì quan trọng Accu cung cấp năng lượng điện thường trực cho nhiều hệ thống trên xe và đặc biệt là dùng để khởi động động cơ Tuy nhiên trong thực tế, không phải lúc nào accu trên xe cũng được sạc tốt, có một số trường hợp cần sạc accu trước khi lắp lên xe hoặc accu dự trữ Do đó, chúng em muốn tạo ra một máy sạc có thể sạc tốt, điều chỉnh đa dạng, giao tiếp điện thoại hướng tới điều khiển từ xa Cùng với tính năng sạc accu cơ bản, để giúp cho quá trình sử dụng thuận tiện hơn thì máy sạc accu phải cho người dùng nắm rõ được tình trạng của accu một cách trực tiếp hoặc thông qua điện thoại thông minh với phương thức giao tiếp Bluetooth Đó là lý do để chúng

em tìm hiểu và thi công đồ án tốt nghiệp mang tên: “Thiết kế, chế tạo máy sạc accu thông minh”

1.3 Mục tiêu đề tài

Mục tiêu thực hiện đề tài của nhóm là tạo ra một máy sạc accu thông minh với giao diện sử dụng thân thiện Các thông số trạng thái của accu sẽ được hiển thị trực tiếp cũng như gửi lên điện thoại Android Từ đó người dùng sẽ theo dõi được chính xác nhất tình trạng của accu

1.4 Giới hạn đề tài

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu bao gồm accu, phương pháp sạc và lập trình điều khiển Cụ thể là: phương pháp đo điện áp và dòng điện của bình accu, đọc dữ liệu để tính toán các thông số và điều khiển sạc bằng Arduino, kèm theo giao tiếp Bluetooth

1.5 Ý nghĩa thực hiện

Đề tài giúp giải quyết được vấn đề theo dõi tình trạng của accu trong quá trình sạc Các thông số của máy sạc sẽ được điều khiển tự động và liên tục Người dùng có thể dễ dàng điều khiển, quan sát và can thiệp trực tiếp nhằm đảm bảo việc vận hành và sử dụng

dễ dàng, an toàn hơn cho con người và tăng tuổi thọ accu

1.6 Phương pháp nghiên cứu

Để đề tài được hoàn thành, nhóm chúng em đã sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu, thông qua sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Nguyễn Trọng Thức và tìm kiếm thông tin trên mạng, sách giáo trình, các đồ án tốt nghiệp khóa trước… Từ đó có cơ sở lý thuyết để thực nghiệm, xây dựng mô hình và hoàn thành đề tài một cách tốt nhất

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Tổng quát về accu

Accu là nguồn hóa hoạt động trên cơ sở hai điện cực đó điện thế khác nhau, nó cung cấp dòng điện một chiều cho các thiết bị điện trong công nghiệp cũng như trong dân dụng Khi accu phóng hết dung lượng ta tiến hành sạc điện cho nó và sau đó accu lại tiếp tục phóng điện được Accu có thể thực hiện nhiều chu kỳ phóng sạc nên ta có thể sử dụng được lâu dài

Trong thực tế kỹ thuật có nhiều loại accu nhưng phổ biến và thường dùng nhất là hai loại accu: accu axit (accu chì) và accu kiềm

Tuy nhiên trong thực tế thông dụng nhất từ trước tới nay vẫn là accu axit vì so với accu kiềm thì accu axit có một vài tính năng tốt hơn như:

 Sức điện động cao (với accu axit là 2V, accu kiềm là 1,2V)

 Trong quá trình phóng, sự sụt áp của accu axit nhỏ hơn so với accu kiềm

 Giá thành của accu axit rẻ hơn so với accu kiềm

 Điện trở trong của accu axit nhỏ hơn so với accu kiềm.[1][2]

2.1.1 Cấu tạo của bình accu axit

Bình accu axit thông thường gồm có các bộ phận chính như vỏ bình, các bản cực, các tấm ngăn, dung dịch điện phân và các bộ phận phụ khác như nút đậy

Hình 2.1 Cấu tạo của bình accu axit

2.1.1.1 Vỏ bình

Vỏ bình accu axit hiện nay được chế tạo bằng nhựa êbônit hoặc anphantơpéc hay cao

su nhựa cứng Để tăng độ bền và khả năng chịu axit cho bình, khi chế tạo người ta ép vào bên trong bình một lớp lót chịu axit là polyclovinyl lớp lót này dày khoảng 0.6 mm Nhờ lớp lót này mà tuổi thọ của bình accu tăng lên từ 2 ÷ 3 lần

Phía trong vỏ bình tuỳ theo điện áp danh định của accu mà chia thành các ngăn riêng biệt và các vách ngăn này được ngăn cách bởi các ngăn kín và chắc

Mỗi ngăn được gọi là một ngăn accu đơn với điện áp danh định là 12V nên ta có sáu ngăn accu đơn

Ở đáy các ngăn có các sống đỡ khối bản cực tạo thành khoảng trống giữa đáy bình và mặt dưới của khối bản cực, nhờ đó mà tránh được hiện tượng chập mạch giữa các bản cực

do chất tác dụng bong ra rơi xuống đáy gây nên

Bên ngoài vỏ bình được đúc hình dạng gân chịu lực để tăng độ bền cơ và có thể được gắn các quai xách để việc di chuyển được dễ dàng hơn.[1][2]

2.1.1.2 Bản cực, phân khối bản cực và khối bản cực

Hình 2.2 Cấu tạo khối bản cực Bản cực gồm khung hình lưới và chất tác dụng Khung đúc bằng hợp kim chì (Pb) – antimon (Sb) với tỷ lệ (87 ÷ 95)% Pb + (5 ÷ 13)% Sb Phụ gia antimon thêm vào có tác dụng tăng độ cứng, giảm han gỉ và cải thiện tính đúc cho khung

Khung để giữa chất tác dụng và phân khối dòng điện khắp bề mặt bản cực Điều này

có ý nghĩa rất quan trọng đối với các bản cực dương vì điện trở của chất tác dụng (ôxit chì PbO2) lớn hơn rất nhiều so với điện trở của chì nguyên chất, do đó càng tăng chiều dày của khung thì điện trở trong của accu sẽ càng nhỏ

Khung đúc dạng khung bao quanh, có vấu để hàn nối các bản cực thành phân khối bản cực và có hai chân để tỳ lên các sống đỡ ở đáy bình accu Vì điện cốt của bản cực âm không phải là yếu tố quyết định vả lại chúng cũng ít bị han gỉ nên người ta thường làm mỏng hơn bản cực dương Đặc biệt là hai tấm bên của phân khối bản cực âm lại càng mỏng

vì chúng chỉ làm việc có một phía với các bản cực dương

Chất tác dụng được chế tạo từ bột chì, axit sunfuric đặc và khoảng 3% các muối của axit hữu cơ đối với bản cực âm, còn đối với các bản cực dương thì chất tác dụng được chế tạo từ các ôxit chì Pb3O4, PbO2 và dung dịch axit sunfuric đặc Phụ gia muối của axit hữu

cơ trong bản cực âm có tác dụng tăng độ xốp, độ bền của chất tác dụng, nhờ đó mà cải thiện được độ thấm sâu của dung dịch điện phân vào trong lòng bản cực đồng thời điện tích thực tế tham gia phản ứng hoá học cũng được tăng lên

Các bản sau khi được trát đầy chất tác dụng được ép lại, sấy khô và thực hiện quá trình tạo cực, tức là chúng được ngâm vào dung dịch axit sunfuric loãng và sạc với dòng điện một chiều với trị số nhỏ Sau quá trình như vậy chất tác dụng ở các bản cưc dương hoàn toàn trở thành PbO2 (màu gạch sẫm) Sau đó các bản cực dương được đem rửa, sấy khô và lắp ráp

Hình 2.3 Các tấm bản cực của accu

Những phân khối bản cực cùng tên trong một accu được hàn với nhau tạo thành các khối bản cực và được hàn nối ra các vấu cực làm bằng chì hình côn để nối ra tải tiêu thụ Với chú ý rằng, nếu ta muốn tăng dung lượng của accu thì ta phải tăng số tấm bản cực mắc song song trong một accu đơn Thường người ta lấy từ 5 ÷ 8 tấm Còn muốn tăng điện áp danh định của accu thì ta phải tăng số tấm bản cực mắc nối tiếp.[1][2]

2.1.1.3 Tấm ngăn

Hình 2.4 Các tấm ngăn Các bản cực âm và dương được lắp xen kẽ với nhau và cách điện với nhau bởi các tấm ngăn và để đảm bảo cách điện tốt nhất các tấm ngăn được làm rộng hơn so với các bản cực

Các tấm ngăn có tác dụng chống chập mạch giữa các bản cực âm và dương, đồng thời để đỡ các tấm bản cực khỏi bị bong rơi ra khi sử dụng accu Các tấm ngăn ở đây phải

là chất cách điện tốt, bền, dẻo, chịu được axit và có độ xốp thích hợp dể không ngăn cản chất điện phân thấm đến các bản cực

Các tấm ngăn hiện nay được chế tạo từ vật liệu polyvinyl xốp, mịn, dày khoảng từ 0.8 ÷ 1.2 mm và có dạng mặt phẳng hướng về phía bản cực âm còn một mặt có hình sóng hoặc gồ hướng về phía bản cực dương nhằm tạo điều kiện cho dung dịch điện phân dễ luân chuyển hơn đến các bản cực dương và dung dịch lưu thông tốt hơn.[1][2]

2.1.1.4 Dung dịch điện phân

Dung dịch điện phân trong bình accu là loại dung dịch axit sunfuric (H2SO4) được pha chế từ axit nguyên chất với nước cất theo nồng độ qui định tuỳ thuộc vào điều kiện khí hậu mùa và vật liệu làm tấm ngăn Nồng độ dung dịch axit sunfuric γ = (1.1 ÷ 1.3) g/cm3 Nồng độ dung dịch điện phân có ảnh hưởng lớn đến sức điện động của accu Hình dưới trình bày ảnh hưởng của dung dịch điện phân tới điện trở và sức điện động của accu

Hình 2.5 Ảnh hưởng của dung dịch điện phân tới điện trở và sức điện động của accu Nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng lớn đến nồng độ dung dịch điện phân Với các nước ở trong vùng xích đạo nồng độ dung dịch điện phân quy định không quá 1.1 g/cm3 Với các nước lạnh (vùng cực), nồng độ dung dịch điện phân cho phép tới 1.3 g/cm3 Trong điều kiện khí hậu nước ta thì mùa hè nên chọn nồng độ dung dịch khoảng (1.25 ÷ 1.26) g/cm3, mùa đông ta nên chọn nồng độ khoảng 1.27 g/cm3

Nồng độ quá cao sẽ làm chóng hỏng tấm ngăn, chóng hỏng bản cực, dễ bị sunfat hoá trong các bản cực nên tuổi thọ của accu cũng giảm đi rất nhanh Nồng độ quá thấp thì điện dung và điện áp định mức của accu giảm và ở các nước xứ lạnh thì dung dịch vào mùa đông dễ bị đóng băng

Những chú ý khi pha chế dung dịch điện phân cho accu:

 Không được dùng axit có thành phần tạp chất cao như loại axit kỹ thuật thông thường và nước không phải là nước cất vì dung dịch như vậy sẽ làm tăng cường

độ quá trình tự phóng điện của accu

 Các dụng cụ pha chế phải làm bằng thuỷ tinh, sứ hoặc chất dẻo chịu axit Chúng phải sạch, không chứa các muối khoáng, dầu mỡ hoặc chất bẩn,…

 Để đảm bảo an toàn trong khi pha chế, tuyệt đối không được đổ nước vào axít đặc mà phải đổ từ từ axit vào nước và dùng que thuỷ tinh khuấy đều.[2]

2.1.1.5 Nắp, nút và cầu nối

Nắp accu làm bằng nhựa êbônit hoặc bằng bakêlit Nắp có hai loại:

 Từng nắp riêng cho mỗi ngăn

 Nắp chung cho cả bình – loại này kết cấu phức tạp nhưng độ kín tốt

Trên nắp có lỗ để đổ dung dịch điện phân vào các ngăn và để kiểm tra mức dung dich điện phân, nhiệt độ và nồng độ dung dịch trong accu

Lỗ đổ được đậy kín bằng nút có ren để giữ cho dung dịch điện phân trong bình khỏi

bị bẩn và sánh ra ngoài Ở nút có lỗ nhỏ để thông khí từ trong bình ra ngoài lúc sạc accu Nắp một số loại accu có lỗ thông khí riêng nằm sát lỗ đổ, kết cấu như vậy rất thuận tiện cho việc điều chỉnh mức dung dịch trong bình accu Trong trường hợp này, ở nút không

có lỗ thông khí nữa

Cầu nối thường làm bằng chì, dùng để nối các ngăn accu đơn với nhau.[1]

2.1.2 Quá trình biến đổi hóa học trong accu

Trong accu thường xảy ra hai quá trình hoá học thuận nghịch mà đặc trưng là quá trình sạc và phóng điện

Khi sạc điện, nhờ nguồn điện sạc mà ở mạch ngoài các điện tử “e” chuyển động từ các bản cực dương đến các bản cực âm – đó là dòng điện sạc In

Khi phóng điện, dưới tác dụng của suất điện động riêng cuả của accu, các điện tử “e”

sẽ chuyển động theo hướng ngược lại và tạo thành dòng điện phóng Ip

Khi accu đã sạc no, chất tác dụng ở các bản cực dương là PbO2 còn tại các bản cực

âm là chì xốp Pb Khi phóng điện, các chất tác dụng ở hai bản cực đều trở thành sunfat chì PbSO4 có dạng tinh thể nhỏ

Bản cực âm Dung dịch điện phân Bản cực dương

Chất ban đầu Pb 2H2SO4 + 2H2O PbO2

Quá trình ion hóa SO42-, SO42-, 4H+ 4OH- Pb++++

 Ở cực âm:

 Toàn bộ quá trình xảy ra trong accu khi sạc điện là:

2PbSO4 + 2H2O  Pb + PbO2 + 2 H2SO4 (3)

Kết quả là tạo thành một điện cực Pb và một điện cực PbO2

Sự phóng điện của accu xảy ra khi nối hai điện cực Pb và PbO2 vừa thu được với tải, lúc này hoá năng được dự trữ trong accu sẽ chuyển thành điện năng

Ở các điện cực sẽ xảy ra các phản ứng ngược của (1) và (2), nghĩa là trong accu sẽ xảy ra phản ứng ngược của (3) Accu sẽ cung cấp dòng điện cho đến khi cả hai điện cực lại trở thành PbSO4 như ban đầu Sau đó, nếu muốn dùng tiếp người ta lại sạc điện cho accu và cứ thế quá trình tiếp diễn.[1][2]

2.1.3 Các thông số của accu

Mỗi ngăn của bình accu là một accu đơn có đầy đủ các tính chất đặc trưng cho cả bình Sở dĩ người ta nối tiếp nhiều ngăn lại thành bình accu là để tăng điện áp định mức của bình accu Do đó khi ngiên cứu đặc tính của bình accu ta chỉ cần khảo sát một bình accu đơn là đủ

2.1.3.1 Sức điện động của accu axit

Sức điện động của accu axit phụ thuộc chủ yếu vào điện thế trên các cực, tức là phụ thuộc vào đặc tính lý hoá của vật liệu làm các bản cực và dung dịch điện phân mà không phụ thuộc vào kích thước của các bản cực

 Sức điện động trong một ngăn

E0: Sức điện động tĩnh của accu đơn, tính bằng volt

𝛾(25𝑜 𝑐): Nồng độ dung dịch điện phân được tính bằng (g/cm3) quy về +250C Ngoài ra, sức điện động còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch điện phân.[1]

2.1.3.2 Hiệu điện thế của accu

Từ quá trình phóng điện, ta tính được sức điện động của accu:

Ep = Up + Ip raq

Trong đó:

Ip: Dòng điện phóng (A)

Up: Điện áp đo trên các cực của accu khi phóng điện (V)

raq: Điện trở trong của accu khi phóng điện Khi phóng điện hoàn toàn thì raq

= 0,02Ω

Từ quá trình sạc điện, ta tính được sức điện động En của accu:

En = Un – In.raq

Trong đó:

In: Dòng điện sạc (A)

Un: Điện áp đo trên các cực của accu khi sạc điện (V)

raq: Điện trở trong của accu khi sạc điện Khi sạc no thì raq = (0.0015 ÷ 0.001)Ω.[1]

2.1.3.3 Điện trở trong của accu

raq = rđiện cực + rbản cực + rtấm ngăn + rdung dịch

Điện trở trong của accu phụ thuộc chủ yếu vào điện trở của điện cực và dung dịch

Pb và PbO2 đều có độ dẫn điện tốt hơn PbSO4 Khi nồng độ dung dịch điện phân tăng, sự

có mặt của các ion H+ và SO42- cũng làm giảm điện trở dung dịch Vì vậy điện trở trong của accu tăng khi bị phóng điện và giảm khi sạc điện Điện trở trong của accu cũng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường Khi nhiệt độ thấp, các ion sẽ dịch chuyển chậm trong dung dịch nên điện trở tăng.[1]

2.1.3.4 Độ phóng điện của accu

Để đánh giá tình trạng của accu, ta sử dụng thông số độ phóng điện Độ phóng điện của accu tính bằng % và được xác định bởi công thức:

%𝑄 = 𝛾𝑛−𝛾đ(25𝑜𝑐)

𝛾𝑛− 𝛾𝑝 = 0.16𝑔/𝑐𝑚3

Trong đó:

𝛾𝑛: Nồng độ dung dịch lúc sạc no

𝛾𝑝: Nồng độ dung dịch lúc accu đã phóng hết

𝛾đ: Nồng độ dung dịch lúc đo đã quy về 25oC.[1]

2.1.3.5 Năng lượng accu

Năng lượng accu lúc phóng điện:

𝑊𝑝 = 3600.𝐼𝑝.𝑡𝑝

𝑛 ∑ 𝑈𝑛 𝑝𝑖𝑖

Qp : Năng lượng phóng của accu

Up: Điện thế phóng của accu

tn: Thời gian sạc của accu.[1]

2.1.3.6 Công suất của accu

2.1.4.1 Dung lượng của accu

Dung lượng phóng của phóng của accu là đại lượng đánh giá khả năng cung cấp năng lượng của accu cho phụ tải và được tính theo công thức :

Trong đó:

C p: Là dung lượng thu được trong quá trình phóng điện (Ah)

Ip : Dòng điện phóng ổn định (A) trong thời gian phóng điện t p (h)

Dung lượng sạc của accu là đại lượng đánh giá khả năng tích trữ năng lượng của accu

và được tính theo công thức:

Trong đó:

Cn: Là dung lượng thu được trong quá trình sạc điện (Ah)

In : Dòng điện sạc ổn định (A) trong thời gian sạc điện t n (h)

Phần trăm dung lượng accu SoC

SoC là đại lượng đặt trưng cho trạng thái của accu Xác định bằng tỉ số của dung lượng thực tế còn lại trong accu với dung lượng danh định của nhà sản xuất nhân cho 100 Đơn vị tính là %

Việc đo dòng điện I và hiệu điện thế U ta xác định trạng thái accu SoC

Viết tắt của SoC là State-of-Charge

Một accu được nạp đầy có 100% SoC, một accu phóng kiệt có 0% SoC SoC thay đổi theo tình trạng nạp và phóng của accu

Phương pháp xác định SoC: SoC được xác định theo hai phương pháp

 Phương pháp đo điện áp hở mạch OCV (Open-Circuit Voltage):

OCV là điện áp giữa 2 cực của accu khi không có tải tiêu thụ tức là accu ở trạng thái tĩnh không làm việc Accu axit chì cho thấy mối quan hệ tuyến tính tốt giữa OCV và SoC Mối quan hệ giữa OCV và SoC của accu axit chì được nhà sản xuất cung cấp theo bảng số liệu bên dưới, từ đó ta xác định được SoC theo điện áp bằng phương trình thực nghiệm

Bảng 2.3 Mối liên hệ giữa SoC và OCV

Uocv: là giá trị điện áp đo bằng phương pháp OCV

11.6 là hằng số, vì khi accu no U ocv = 12.6V thì (Uocv – 11,6) = 1 Khi đó, SoC [%] = 100%

 Phương pháp đếm Coulomb: là phương pháp tốt nhất để theo dõi nhanh những thay đổi trạng thái accu Nó được tính toán dựa vào sự tổ hợp dòng điện phóng

và nạp của accu

𝑆𝑜𝐶(𝑡) [%] = (𝑄(𝑡0)+ ∑ 𝑖𝑘(𝑡)

𝑡𝑔ℎ 𝑡=0

Trong đó:

k: là hằng số Peukert (k = 1.4 đối với accu axit chì)

𝑄(𝑡0): là dung lượng accu lúc bắt đầu tính tổ hợp, được xác định bằng phương pháp đo điện áp hở mạch

𝑄(𝑡0) = 𝑆𝑜𝐶

𝐶𝑛

SoC: được xác định bằng phương pháp OCV

𝐶𝑛: là dung lượng danh định của accu đã biết

Khi 𝑄(𝑡0) + ∑∞𝑡=0𝑖𝑘(𝑡) = 𝐶𝑛 tức là accu đã được nạp no

Nhược điểm duy nhất của phương pháp đo điện áp hở mạch là tất cả các tải điện phải tắt và accu quy phải được nghỉ vài chục phút đến cả giờ Vì thế để xác định được SoC một cách chính xác ta kết hợp cả 2 phương pháp trên.[2]

2.1.4.2 Đặc tính phóng của accu

Đặc tính phóng của accu là đồ thị biểu diễn mối quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện áp accu và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian phóng khi dòng điện phóng không thay đổi

Hình 2.6 Đặc tính phóng của accu

Từ đồ thị ta có các nhận xét sau:

Trong khoảng thời gian phóng từ tp = 0 cho tới thời điểm tp = tgh, sức điện động, điện

áp và nồng độ dung dịch điện phân giảm dần, tuy nhiên trong khoảng thời gian này độ dốc của các đồ thị là không lớn, ta gọi đó là giai đoạn phóng ổn định hay thời gian phóng điện cho phép tương ứng với mỗi chế độ phóng điện (dòng điện phóng) của accu

Từ thời điểm tgh trở đi, độ dốc của đồ thị thay đổi đột ngột nếu ta tiếp tục cho accu phóng điện sau tgh thì sức điện động, điện áp của accu sẽ giảm rất nhanh, mặt khác các tinh thể sunfat chì (PbSO4) tạo thành trong phản ứng sẽ có dạng thô, rắn, khó hoà tan (biến đổi

hoá học) trong quá trình sạc điện trở lại cho accu sau này Thời điểm tgh gọi là giới hạn phóng điện cho phép của accu, các giá trị Ep, Up, 𝛾 tại tgh gọi là các giá trị giới hạn phóng điện cho phép của accu

Sau khi đã ngắt mạch phóng một khoảng thời gian, các giá trị sức điện động, điện áp của accu, nồng độ của dung dịch điện phân lại tăng lên, ta gọi đó là thời gian hồi phục hay khoảng nghỉ của accu Thời gian phục hồi này phụ thuộc vào chế độ phóng điện của accu (dòng điện phóng và thời gian phóng)

Để đánh giá khả năng cung cấp điện của các accu có cùng điện áp danh nghĩa, người

ta quy định so sánh dung lượng phóng điện thu được của các accu khi tiến hành thí nghiệm

ở chế độ phóng điện cho phép là 20h (10h) Dung lượng phóng trong trường hợp này được

kí hiệu là C20 (C10).[1]

2.1.4.3 Đặc tính sạc của accu

Đặc tính sạc của accu là đồ thị biểu diễn quan hệ phụ thuộc của sức điện động, điện

áp accu và nồng độ dung dịch điện phân theo thời gian sạc khi trị số dòng điện sạc không thay đổi

Hình 2.7 Đặc tính sạc của accu

Từ đồ thị đặc tính sạc ta có nhận xét sau:

Trong khoảng thời gian sạc từ tn = 0 đến tn = ts, sức điện động, điện áp, nồng độ dung dịch điện phân tăng dần lên

Tới thời điểm tn = ts trên bề mặt các bản cực xuất hiện các bọt khí do dòng điện điện phân nước thành ôxy và hyđrô (còn gọi là hiện tượng sôi), lúc này điện thế giữa các cực của accu đơn tăng tới giá trị 2.4 V Nếu ta vẫn tiếp tục sạc giá trị này nhanh chóng tăng tới 2.7 V và giữ nguyên Thời gian sạc này gọi là thời gian sạc no, có tác dụng làm cho các phần chất tác dụng ở sâu trong lòng các bản cực được biến đổi hoàn toàn, nhờ đó sẽ làm tăng thêm dung lượng phóng điện của accu Trong sử dụng, thời gian sạc no cho accu thường kéo dài từ 2 ÷ 3 giờ, trong suốt thời gian đó, hiệu điện thế trên các cực của accu và nồng độ dung dịch điện phân là không thay đổi Như vậy, dung lượng thu được khi accu phóng điện luôn nhỏ hơn dung lượng cần thiết để sạc no accu

Sau khi ngắt mạch sạc, điện áp, sức điện động của accu, nồng độ dung dịch điện phân giảm xuống và ổn định Thời gian này cũng gọi là khoảng nghỉ của accu sau khi sạc Trị số dòng điện sạc ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng và tuổi thọ của accu Dòng điện sạc định mức đối với accu qui định bằng 0.05×C20 (0.01×C10).[1]

2.2 Các phương pháp sạc accu

2.2.1 Phương pháp sạc accu với dòng không đổi

Phương pháp sạc điện với dòng không đổi cho phép chọn dòng điện sạc thích hợp đối với từng loại accu, đảm bảo cho accu được sạc no Đây là phương pháp sử dụng trong các xưởng bảo dưỡng, sửa chữa để sạc điện cho các accu mới hoặc sạc điện cho các accu bị sunfat hoá

Với phương pháp sạc này các accu được mắc nối tiếp với nhau và phải thoả mãn điều kiện:

Trong đó:

Un: Điện áp sạc (V)

Naq: Số ngăn accu đơn mắc trong mạch sạc

Thông thường người ta sạc bằng dòng có cường độ I n = 0,1Qđm

Trong quá trình sạc, sức điện động của accu tăng dần, để duy trì dòng điện sạc không đổi ta phải bố trí trong mạch sạc biến trở Rbt Trị số giới hạn của biến trở được xác định theo công thức:

𝑅𝑏𝑡 =𝑈𝑛𝑔−2.6𝑁𝑎𝑞

0.5: Hệ số dự trữ

Ung: Hiệu điện thế nguồn sạc

Nhược điểm của phương pháp sạc với dòng sạc không đổi là thời gian sạc kéo dài và yêu cầu các accu đưa vào sạc phải có cùng cỡ dung lượng định mức

Để khắc phục nhược điểm thời gian sạc kéo dài người ta sử dụng phương pháp sạc với dòng điện sạc thay đổi hai hay nhiều nấc Trong trường hợp sạc hai nấc thì dòng địên sạc ở nấc thứ nhất chọn bằng (0.3 ÷ 0.5)×C20, và kết thúc sạc ở nấc một khi accu bắt đầu sôi Dòng điện sạc ở nấc thứ hai bằng 0.05×C20.[1][2]

2.2.2 Phương pháp sạc accu với hiệu điện thế không đổi

Phương pháp sạc accu với hiệu điện thế không đổi yêu cầu các accu được mắc song song với nguồn sạc Hiệu điện thế của nguồn sạc không thay đổi và được tính bằng từ 2.3

÷ 2.5 V cho một ngăn accu đơn Với điều kiện U ng > Uaccu

Hiệu điện thế của nguồn sạc phải được giữ ổn định với độ chính xác đến 3% và được theo dõi bằng volt kế

𝐼𝑛 =𝑈𝑛−𝐸𝑎𝑞

Dòng sạc lúc đầu sẽ rất lớn sau đó khi E aq tăng dần lên thì In giảm đi khá nhanh Phương pháp sạc với điện áp sạc không thay đổi có thời gian sạc ngắn, dòng điện sạc

tự động giảm dần theo thời gian Tuy nhiên dùng phương pháp này accu không được sạc

no Dòng điện sạc ban đầu rất lớn có thể gây hỏng accu, khi dòng sạc giảm về 0 thì accu chỉ sạc được 90% Vì vậy phương pháp sạc với điện áp không đổi chỉ là phương pháp sạc

bổ xung cho accu trong quá trình sử dụng

Để khắc phục những nhược điểm và tận dụng được hết những ưu điển của các phương pháp sạc trên, ta kết hợp hai phương pháp sạc lại thành phương pháp dòng – áp.[1][2]

2.2.3 Phương pháp sạc dòng – áp

Ban đầu ta sạc accu với dòng sạc không đổi với trị số qui định là In = 0.05C Tới khi thấy accu "sôi" – ứng với thời điểm hiệu điện thế giữa các cực của của accu đơn tăng tới giá trị 2.4V – tiếp tục sạc thì giá trị này nhanh chóng tăng tới giá trị là 2.7V Đến đây ta chuyển sang chế độ sạc ổn áp với giá trị điện áp sạc không đổi là Un = 2.7V Giai đoạn sạc

ổn áp kéo dài từ 2 đến 3 giờ, hoặc khi dòng sạc tiến tới không (In = 0) thì kết thúc quá trình sạc.[1][2]

2.2.4 Phương pháp sạc xung

2.2.4.1 Giới thiệu phương pháp sạc xung

Tỷ lệ sạc có thể được kiểm soát chính xác bằng cách thay đổi chiều rộng của các xung, thường khoảng một giây Trong quá trình sạc, thời gian nghỉ ngơi ngắn từ 20 đến 30 phần nghìn giây, giữa các xung cho phép các hoạt động hóa học trong accu để ổn định bằng cách cân bằng phản ứng trong suốt phần lớn thời gian sạc

Điều này cho phép các phản ứng hóa học để theo kịp với tỷ lệ sạc Phương pháp này

có thể làm giảm các phản ứng hóa học không mong muốn trên bề mặt điện cực như hình thành bọt khí, nhiệt độ tăng quá cao trong từng ngăn, khôi phục tốt khả năng hoạt động của dung dịch điện phân

Hình 2.8 Phương pháp sạc xung Current: Dòng điện

Charging pulse: Xung sạc

Discharge pulse: Xung xả

Pulse and Burp Charging: Sạc xung và sạc Burp

Rest period: Phần thời gian còn lại.[2]

2.2.4.2 Nguyên lý hoạt động của sạc xung

Ban đầu bộ điều khiển cho phép dòng xung trung bình để sạc accu Mỗi xung được

áp dụng là cần thiết để được càng lâu càng tốt trong một khoảng thời gian tối đa, nhưng điện áp accu không vượt quá điện áp thoát khí là 14.7 V (2.45V cho mỗi ngăn) Điều này

đảm bảo rằng nhiệm vụ của độ rộng xung có thể đạt tới 100% tại các ngăn có điện áp thấp, qua đó cung cấp tối đa dòng sạc theo từng trạng thái chấp nhận của accu

Giám sát điện áp đầu cuối của accu ở tất cả các lần sạc để khi điện áp trong từng ngăn được xác định đã vượt quá điện áp thoát khí thì sẽ chấm dứt xung Kết quả là một bộ sạc hai giai đoạn, với một dòng xung trung bình ban đầu không đổi sau đó được giảm xuống khi điện áp accu đạt đến một ngưỡng giới hạn

Tuy nhiên điện trở của các thiết bị đầu cuối và điện trở bên trong của accu Nguyên nhân làm cho phản ứng hóa học điện áp bên trong chậm hơn so với điện áp đầu cuối bên ngoài Để ước tính chính xác thời gian phản ứng này điện trở bên trong phải được kết hợp trong việc kiểm soát thông tin phản hồi Do đó một điện áp bù được sử dụng để xác định thời điểm chấm dứt mỗi dòng xung Hai pin thử nghiệm đã được sạc với chương trình xung khác nhau Với cường độ được chọn là 2A, dòng cao điểm chỉ có thể được áp dụng cho tối

đa 780 mili giây của chu kỳ 800 mili giây

Hình 2.9 Thời gian của xung và dòng sạc đầu vào sạc cho accu Pulse on-time: Xung trên thời gian

Capacity: Dung lượng (%)

Những thay đổi về áp suất bên trong là một phần kết quả của sự gia tăng nhiệt độ bên trong (từ môi trường xung quanh 25oC đến 36oC) do điện trở tổn thất điện năng trong accu

Giả sử điều kiện lý tưởng cho khí, sự thay đổi áp suất do thay đổi nhiệt độ (khối lượng không đổi) có thể được thể hiện như sau:

𝑃2 =𝑃1𝑇2

𝑇 1 =101.3×(273+36)

(273+25) = 105 𝑘𝑃𝑎 => ∆𝑃 ≈ 0,6 𝑝𝑠𝑖 (2.17)

Áp suất (P) tính bằng kPa, nhiệt độ (T) tính bằng K

Giả sử rằng ở phần còn lại áp suất tuyệt đối bên trong accu là 101,3 kPa sau đó một

sự thay đổi trong áp lực ít nhất là 0,6 psi được dự kiến sẽ ở nhiệt độ cao, và cho loại sạc một tỷ lệ lớn (nếu không phải tất cả) của nó là do nhiệt bên trong accu Ở trạng thái cao hơn đề án sạc đề xuất một cách tự nhiên làm giảm dòng trung bình để tổn thất điện năng cho accu ít

Điều này góp phần giảm áp lực bên trong accu nhờ giảm nhiệt độ Nếu áp lực từng ngăn cao thì điện áp bù tối đa được sử dụng để chấm dứt xung và do đó làm giảm khả năng sinh ra khí.[2]

Chương 3 GIỚI THIỆU CÁC MODULE VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

3.1.2 Chức năng chân

Hình 3.3 Chân thực tế Arduino Mega 2560

Hình 3.4 Chức năng chân Arduino Mega 2560

3.1.3 Thông số kỹ thuật

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật Arduino Mega 2560

Điện áp đầu vào (được khuyến nghị) 7 ÷ 12V

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6 ÷ 20V

Chân I/O digital 54 (có 14 chân điều chế xung PWM)

Board Arduino Mega 2560 có thể hoạt động trên nguồn 6 ÷ 20V Tuy nhiên, nếu được cấp nguồn dưới 7V, đầu ra 5V có thể sẽ cho ra thấp hơn 5V và board sẽ không ổn định Nếu dùng nguồn trên 12V, bộ điều áp sẽ bị quá nhiệt và gây hư hại cho board

Mega 2560 khác với các board trước vì không sử dụng chip điều khiển chuyển tín hiệu từ USB FTDI Thay vào đó, nó sử dụng ATmega8U2 được lập trình như một bột chuyển đổi tín hiệu từ USB

Các chân nguồn như sau:

 Vin: Điện áp vào cho board Arduino khi nó sử dụng nguồn bên ngoài (ngược với 5V từ cổng kết nối USB hay các nguồn được điều chỉnh khác) Chúng ta có thể cung cấp điện áp vào chân này, hoặc nếu đã cấp nguồn từ jack thì có thể lấy điện

áp ra sử dụng từ chân này

 5V: Nguồn điện đã được điều chỉnh sử dụng để cấp nguồn cho vi điều khiển và các thành phần khác trên board Nó có thể lấy từ chân Vin thông qua bộ điều áp trên mạch, hoặc được cấp bởi USB hay một nguồn 5V khác

 3V3: Nguồn điện 3.3V được tạo ra bởi bộ điều áp trên mạch Cường độ dòng điện danh định tối đa 50 mA

 GND: Các chân mass.[3]

3.1.3.2 Bộ nhớ

ATmega2560 có bộ nhớ flash 256 KB để lưu trữ code (trong đó 8 KB được dùng cho bootloader), bộ nhớ SRAM 8 KB và EPPROM 4 KB (có thể được đọc và ghi với thư viện EEPROM).[3]

3.1.3.3 Input và Output

Mỗi chân trong 54 chân digital trên Mega có thể được dùng như input hoặc output, bằng cách dùng các hàm pinMode(), digitalWrite(), digitalRead() Chúng hoạt động tại giá trị điện áp 5V Mỗi chân có thể cấp hoặc nhận tối đa 40 mA và có một điện trở trong kéo lên 20 ÷ 50 kΩ (mặc định bị ngắt kết nối) Thêm vào đó, một số chân có những chức năng đặc biệt:

 Serial: 0 (RX) và 1 (TX); Serial 1: 19 (RX) và 18 (TX); Serial 2: 17 (RX) và 16 (TX); Serial 3: 15 (RX) và 14 (TX) Được sử dụng để nhận (RX) và truyền (TX)

dữ liệu TTL serial

 Ngắt ngoài: 2 (ngắt 0), 3 (ngắt 1), 18 (ngắt 5), 19 (ngắt 4), 20 (ngắt 3) và 21 (ngắt 2) Những chân này có thể được cấu hình để kích hoạt một ngắt trên một giá trị thấp, một cạnh lên hay một cạnh xuống, hoặc một sự thay đổi giá trị Hàm khai báo ngắt ngoài là attachInterrupt()

 PWM: 0 đến 13 Cho đầu ra PWM 8 bit với hàm analogWrite()

 SPI: 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK), 53 (SS) Những chân này hỗ trợ giao tiếp SPI, mặc dù được cung cấp bởi phần cứng nền tảng nhưng hiện tại vẫn chưa được

đưa vào ngôn ngữ Arduino Các chân SPI cũng bị chia nhỏ trên đầu ICSP, cái mà tương thích với Duemilanove và Diecimila

 LED: 13 Có một con LED tích hợp được kết nối với chân digital 13 Khi chân cấp giá trị mức cao, LED sẽ sáng, ngược lại khi giá trị mức thấp, nó sẽ tắt

 I2C: 20 (SDA) và 21 (SCL) Hỗ trợ giao tiếp I2C dùng thư viện Wire Chú ý rằng những chân này không giống vị trí với những chân I2C trên Duemilanove

Mega 2560 có 16 chân analog input, mỗi chân cung cấp độ phân giải 10 bit (tức là

1024 giá trị khác nhau) Theo mặc định chúng đo từ mass lên 5V, tuy nhiên có thể thay đổi giá trị cao của dải này bằng cách dùng chân AREF và hàm analogReference()

Có một số chân khác trên board:

 AREF: Điện áp tham chiếu cho đầu vào analog, được dùng với hàm analogReference()

 Reset: Đặt dòng này LOW để đặt lại vi điều khiển Thường được dùng để thêm nút nhấn đặt lại vào các shield mà chặn cái trên board.[3]

3.1.3.4 Giao tiếp

Arduino Mega 2560 có một số cơ sở cho việc giao tiếp với một máy tính, một board Arduino khác hay các vi điều khiển khác ATmega2560 cung cấp bốn UART phần cứng cho giao tiếp serial TTL (5V) Một con ATmega8U2 trên board dẫn một trong các kênh này qua USB và cung cấp một cổng COM ảo cho phần mềm trên máy tính (Máy tính Windows sẽ cần một tập tin inf, nhưng OSX và Linux sẽ tự động nhận ra board là một cổng COM Phần mềm Arduino bao gồm một serial monitor có thể cho phép dữ liệu văn bản đơn giản được gửi và nhận từ board Những đèn LED RX và TX trên board sẽ nháy khi dữ liệu đang được truyền giữa chip ATmega8U2 và kết nối USB tới máy tính (những không hỗ trợ giao tiếp serial trên chân 0 và 1)

Thư viên SoftwareSerial cho phép giao tiếp serial trên bất kỳ chân digital nào của Mega

ATmega2560 cũng hỗ trợ giao tiếp I2C (TWI) và SPI Phần mềm Arduino bao gồm một thư viện Wire để đơn giản hóa việc sử dụng bus I2C.[3]

3.1.3.5 Lập trình

Arduino Mega 2560 có thể được lập trình trên phần mềm Arduino

ATmega2560 trên Arduino Mega được ghi trước với một bootloader cho phép chúng

ta tải lên nó code mới mà không cần dùng một chương trình phần cứng bên ngoài Nó giao tiếp bằng cách sử dụng giao thức STK500 gốc

Chúng ta cũng có thể vượt qua bootloader và lập trình vi điều khiển thông qua đầu ICSP.[3]

3.2 Cảm biến dòng

3.2.1 Giới thiệu cảm biến dòng

Hình 3.5 Giới thiệu cảm biến dòng Inductive sensor: Cảm biến cảm ứng

Wire wound magnetically permiable core: Dây hở có lõi từ tính

Magnetically permiable core: Dây có lõi từ tính

Hall effect device: Thiết bị hiệu ứng Hall

Magnetic field: Từ trường

Constant Current: Dòng không đổi

Output Signal: Tín hiệu ngõ ra

Cảm biến hiệu ứng Hall có một lõi, thiết bị hiệu ứng Hall và mạch tín hiệu Các dây dẫn đi qua một lõi thấm từ tính, tập trung từ trường của dây dẫn Các thiết bị hiệu ứng Hall được gắn trong lõi ở góc bên phải với từ trường tập trung Một dòng điện không đổi trong một mặt phẳng kích thích các thiết bị Hall Khi các thiết bị Hall năng lượng được tiếp xúc