XÂY DỰNG THIẾT bị đo DÒNG điện AC MAX 5a môn đo lường

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:

1


I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật khơng 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 cơng 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 dịng 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 mơ hình đo và hiển thị dòng điện đang tiêu thụ max 5A của các thiết

bị điện đang chạy trên LCD, tạo được mơ 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

Khối nguồn cấp 1 chiều 5V

Nguồn điện xoay chiều 1 pha
Khối hiển thị (LCD)
Modun cảm biến ACS712
Vi điều khiển (Arduino UNO)

2


II.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 dịng 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 dịng điện ACS712

3


 Mô tả về cảm biến ACS712
IC ACS 712 là một IC cảm biến dịng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall.

ACS xuất ra 1 tín hiệu analog, Vout biến đổi tuyến tính theo sự thay đổi của
dịng 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.

Hình 2: Sơ đồ ngun lí cảm biến ACS712

Chân số
Tên
1 và 2
IP+
3 và 4
IP5
GND
6
FILTER
7
VIOUT
8
VCC
 Ngun lí hoạt động

Mơ tả
Cực đo lường lấy mẫu dòng điện
Cực đo lường lấy mẫu dòng điện
Cực nốt đất
Nối với tụ điện thiết lập băng thơng
Tín hiệu ra tương tự
Điện áp nguồn nuôi

ACS712 là IC hoạt động dựa trên hiệu ứng HALL. Khi có dịng 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 cơng 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.
Cơng 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 thơng thấp để tách những tín hiệu bị lọc.
4


 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

5


II.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


 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 cơng 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 mơ 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
có khả năng hiển thị kí tự đa dạng, trực quan (chữ, số và kí tự đồ họa), dễ dàng
7


đưa 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 dịng 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 thơng qua chân A0. Sau đó tín hiệu
tương tự (analog) thơng 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 dịng 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


9