Đồ án NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO DÒNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC
ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN Ô TÔ
CHUYÊN NGÀNH: CƠ ĐIỆN TỬ Ô TÔ VÀ XE CHUYÊN
DỤNG
TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẠCH ĐO DÒNG
ĐIỆN
Giáo viên hướng dẫn: ThS. Trần Văn Thoan
Sinh viên thực hiện: Trần Nam Xuân
Lớp: 121121
Hưng Yên, năm 2015
1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
……………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………

……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………
Hưng yên, ngày….tháng.…năm……
Giáo viên hướng dẫn
2

Lời nói đầu
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ và rộng lớn của nền khoa học kỹ thuật. Các
công nghệ mới thuộc các lĩnh vực khác nhau cũng nhờ đó đã ra đời để đáp ứng những nhu
cầu của xã hội, và một trong số đó phải kể đến là các linh kiện điện tử. Hiện nay kỹ thuật
vi điều khiển vẫn còn đang là một trong các lĩnh vực mới mẻ và đã được đưa vào giảng
dạy rộng rãi ở các trường Đại Học và Cao Đẳng trong cả nước. Trong đó có trường Đại
Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên. Trên tinh thần học đi đôi với hành, học gắn liền với
lao động, sản xuất và đời sống, em đã tìm hiểu và ứng dụng của các linh kiện điện tử
trong việc đo dòng điện và báo dòng điện. Với sự hướng dẫn của thầy Trần Văn Thoan
em đã tiến hành thiết kế, chế tạo mạch đo và hiển thị dòng điện.
Mặc dù chúng em đã cố gắng rất nhiều để hoàn thành đề tài này, xong do giới hạn
về thời gian cũng như kiến thức nên nội dung còn nhiều thiếu sót. Chúng em rất mong
nhận được sự góp ý của thầy cô cũng như của các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên: Trần Nam Xuân





3

MỤC LỤC
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Đặt vấn đề 5
1.2 Đặc điểm đề tài 5
1.3 Mục đích đề tài 5
CHƯƠNG II: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG
2.1 Bảng thống kê linh kiện sử dụng 6
2.2.1 Cảm biến dòng điện ACS712-5A 8
2.2.2 Thông tin cảm biến 9
2.3 IC LM324 10
2.4 Điện trở 12
2.5 IC 7805 12
2.6 Tụ điện 13
2.7 Biến áp 14
2.8 Động cơ điện một chiều 14
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ THI CÔNG
3.1 Sơ đồ mạch 16
3.2 Mạch nguồn 17
3.3 Mạch điều khiển 18
3.4 Mạch in 19
3.5 Sơ đồ chân linh kiện 20
3.6 Hình ảnh thưc tế 20

KẾT LUẬN 22
TÀI LIỆU THAM KHẢO 23
4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Đặt vấn đề
Ngày nay công nghệ khoa học kỹ thuật không ngừng phát triển .Trong đó
nghành kỹ thuật 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 .
Với mong muốn tìm hiểu, ứng dụng những tiến bộ của khoa học kỹ thuật hiện đại
và kiến thức đã học vào phục vụ sản xuất và phục vụ đời sống con người ”. Em đã thực
hiện đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế mạch đo và hiển thị dòng điện ’’
1.2. Đặc điểm đề tài
Để biết được tình trang của máy móc hoặc của nguồn điện, chúng ta cần biết cần
theo dõi được dòng điện đang tiêu thụ là bao nhiêu và có trong khoảng an toàn cho phép
không thì chúng ta cần đến mạch đo và hiển thị dòng điện.để đo được dòng điện chúng ta
có thể dung cảm biến và dung vi điều khiển để xử lý tính toán hiển thị lên led 7 thanh
hoặc LCD và phương pháp dùng IC so sánh và sử dụng cảm biến để hiển thị ra led đơn.
Và em sẽ thực hiện đề tài điều khiển bằng cảm biến đo dòng điện và hiển thị ra led đơn
Để để đo và hiển thị được cường độ dòng điện thì cần nhiều bước khác nhau, từ
việc đi thiết lập phần cứng, tính toán điện trở, chọn linh kiện phù hợp phải rất chuẩn xác.
1.3.Mục đích của đề tài
Mục tiêu của đề tài là: tạo ra một mô hình đo và hiển thị dòng điện đang tiêu thụ
của hệ thống hoặc máy móc đang chạy, mô hình điều khiển này có thể làm mô hình thí
nghiệm cho các sinh viên nghiên cứu để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng
như các phương pháp đo dòng điện, cũng như nghiên cứu về cảm biến dòng điện. Đặc
biệt là việc kết hợp cảm biến trong các mạch điều khiển nói chung

5

CHƯƠNG II: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ DÙNG TRONG ĐỀ TÀI
2.1Bảng thống kê linh kiện sử dụng
STT Tên linh kiện Số lượng Hình ảnh Giá cả
1 Cảm biến đo
dòng điện
ACS 712
1 96000đ/chiếc
2 IC so sánh
LM 324
1 4000đ/chiếc
3 Điện trở
220Ω
4
6

4 Biến trở vi
chỉnh
Loại 10KΩ
1 2000đ/chiếc
X4 chiếc
5 Biến áp 12v-
3A
1 60000đ/chiếc
6 Tụ hóa 3
7 Mô tơ điện
một chiều
1 40000đ/chiếc
7

8 IC 7805 1 3500đ/chiếc
2.2.1: Cảm biến dòng điện ACS712-5A.
.
2.1Hình ảnh cảm biến
8

2.2.2 Thông tin cảm biến.
Giới thiệu về IC ACS 712.
-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.
2.2 Sơ đồ chân cam biến
-Ưu điểm của ACS 712:
+ Đường tín hiệu analog có độ nhiễu thấp.
+ Thời gian tăng của đầu ra để 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.
-Các loại ACS
+ACS 712 5A (x05B):
+Ip: -5A - 5A.
9

+Độ nhạy: 180 - 190 mV/A.
+ACS 712 20A (x20A):
+Ip: -20A - 20A.
+Độ nhạy: 96 -104 mV/A.

+ACS 712 30A (x30A):
+Ip: -30A - 30A.
+Độ nhạy: 63 - 69 mV/A.
2.3 IC LM324
Hình 2.3:hình dạng chân của LM324
*/Thông số kỹ thuật:
- Hoạt động trong dải điện áp: 3.0V-32V
- Nhiệt độ hoạt động trong dải: 0
o
C-70
o
C
10

- Áp đầu ra có giá trị lớn nhất 28V khi Vcc=30V, và dải nhiệt độ nằm trong khoảng hoạt
động.
- Dòng cần cấp: 5V-30V  1.2-3 mA
- Dòng thường trực ở ngõ ra với mức thấp ( V
cc
=5V ): bình thường là 5mV, max là 20mV.
Hình 2.4sơ đồ bên trong của LM324
Chức năng từng chân LM324
Pin
No
Function Name
1 Output of 1
st
comparator Output 1
2 Inverting input of 1
st

comparator Input 1-
3 Non-inverting input of 1
st
comparator Input 1+
4 Supply voltage; 5V (up to 32V) Vcc
5 Non-inverting input of 2
nd
comparator Input 2+
6 Inverting input of 2
nd
comparator Input 2-
7 Output of 2
nd
comparator Output 2
8 Output of 3
rd
comparator Output 3
9 Inverting input of 3
rd
comparator Input 3-
10 Non-inverting input of 3
rd
comparator Input 3+
11 Ground (0V) Ground
12 Non-inverting input of 4
th
comparator Input 4+
13 Inverting input of 4
th
comparator Input 4-

14 Output of 4
th
comparator Output 4
11

2.4 : Điện trở
Hình 2.5: Điện trở
Điện trở là một linh kiện điện tử thụ động trong mạch điện có biểu tuong
Điện trở kháng là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của
Điện trở . Điện trở kháng được định nghĩa là tỉ số của hiệu điện thế giữa hai đầu vật thể
đó với cường độ dòng điện đi qua nó:
trong đó:
U: là hiệu điện thế giữa hai đầu vật dẫn điện, đo bằng vôn (V).
I: là cường độ dòng điện đi qua vật dẫn điện, đo bằng ampe (A).
R: là điện trở của vật dẫn điện, đo bằng Ohm (Ω).
2.5IC 7805
Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC ổn
áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản. Các loại ổn áp thường
được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp. Ví dụ 7805 ổn áp 5V, 7812 ổn áp
12V.Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp
7805
12


Hình 2.6 Hình ảnh IC 7805
Sơ đồ phía dưới IC 7805 có 3 chân:
* Chân số 1 là chân IN (hình vẽ trên)
* Chân số 2 là chân GND (hình vẽ trên)
* Chân số 3 là chân OUT (hình vẽ trên)
Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi. Mạch này

dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt
động ở điện áp này). Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện
vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi.
Mạch trên lấy nguồn một chiều từ một máy biến áp với điện áp từ 7V đến 9V để
đưa vào ngõ IN. Khi kết nối mạch điện, do nhiều nguyên nhân, người dùng dễ nhầm lẫn
cực tính của nguồn cung cấp khi đấu nối vào mạch, trong trường hợp này rất dễ ảnh
hưởng đến các linh kiện trên board mạch. Vì lí do đó một diode cầu được lắp thêm vào
mạch, diode cầu đảm bảo cực tính của nguồn cấp cho mạch theo một chiều duy nhất, và
nguời dùng cũng không cần quan tâm đến cực tính của nguồn khi nối vào ngõ IN nữa.
Chú ý: điện áp đặt trước IC78xx phải lớn hơn điện áp cần ổn áp từ 1.5V đến 2V
Tụ điện đóng vai trò ổn định và chống nhiễu cho nguồn. (có thể bỏhai tụ điện nếu
mạch điện không đòi hỏi).
2.6 Tụ điên
Định nghĩa: Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động được sử dụng rất rộng rãi trong các
mạch điện tử, chúng được sử dụng trong các mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín
hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động
* Cấu tạo của tụ điện: Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một
lớp cách điện gọi là điện môi.
13

Người ta thường dùng giấy, gốm , mica, giấy tẩm hoá chất làm chất điện môi và tụ điện
cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá.
2.7 cấu tạo tụ điên
2.7 Nguyên lý làm việc cơ bản của máy biến áp
Máy biến áp là một thiết bị điện từ đứng yên, làm việc trên nguyên lý cảm ứng điện từ,
biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện
xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi.
Máy biến áp có hai dây quấn gọi là máy biến áp có hai dây quấn. Dây quấn nối với nguồn
điện để thu năng lươợng vào gọi là dây quấn sơ cấp. Dây quấn nối với tải để đưa điện
năng ra gọi là dây quấn thứ cấp. Dòng điện, điện áp, công suất, của từng dây quấn theo

tên sơ cấp và thứ cấp tương ứng. Dây quấn có điện áp cao gọi là dây quấn cao áp.
2.8 Động cơ điện một chiều
2.8.1 Định nghĩa
Máy điện một chiều là loại máy điện làm việc với dòng điện một chiều, có
thể sử dụng làm máy phát điện hoặc động cơ điện.
Máy điện một chiều cho phép điều chỉnh tốc độ trơn trong khoảng rộng và
14

momen mở máy lớn vì vậy nó được sử dụng rộng rãi làm động cơ kéo, khi cần
điều chỉnh chính xác tốc độ động cơ trong khoảng rộng, máy điện một chiều
còn được sử dụng rộng rãi làm nguồn nạp ácquy, hàn điện, nguồn cung cấp
điện…
2.8.2 Phân loại động cơ điện một chiều
• Kích từ độc lập.
• Kích từ song song.
• Kích từ nối tiếp.
• Kích từ hỗn hợp.
2.8.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Động cơ điện một chiều có cấu trúc gồm 3 bộ phận chính: phần cảm,
phần ứng, cổ góp và chổi
than.
Phẩn cảm là bộ phận tạo ra từ trường đặt ở stato, thông thường phần cảm là một
nam châm điện gồm có cực từ N-S và cuộn dây kích từ.
Phần ứng có lõi thép đặt ở rotor, có phay rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Mỗi
cuộn dây được nối tới hai lá góp của cổ góp điện.
Trong chế độ máy phát, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và nối
rotor với động cơ sơ cấp khác để quay rotor (máy lai động cơ). Khi rotor quay
trong từ trường phần cảm, trong cuộn dây sẽ xuất hiện thế điện động, được cổ
góp và chổi than nắn thành suất điện động một chiều
Trong chế độ động cơ, cần cấp điện một chiều cho cuộn kích từ và cuộn dây

phần ứng. Dòng điện chạy trong phần ứng sẽ tác dụng với từ trường gây bởi
phần cảm tạo thành momen quay rotor.
Hình 2.8: Sơ đồ cấu tạo động cơ một chiều
15
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ THI CÔNG
3.1: Sơ đồ mạch
Hình 3.1 Sơ đồ mạch

16
3.2: Mạch nguồn
Hình 3.2 Mạch nguồn
Điện DC 12V vào chân dương của IC 7805 điện áp ra là 5V
3.3: Mạch điều khiển
Hình 3.3 Mạch điều khiển
+ Phần mạch cảm biến dòng điện: Phần cảm biến dòng điện mạch sử dụng Modul cảm
biến ACS712-5A có giải đo được từ 0 ~ 5A. Cảm biến biến đổi giá trị dòng điện
thành điện áp tương ứng.
+ Phần mạch so sánh. Khâu sử dụng LM324 là loại OPAM để so sánh tín hiệu từ cảm
biến ACS712 và điện áp tham chiếu. Điện áp tham chiếu dùng để đặt dòng điện cảnh
báo và được điều chỉnh bởi biến trở và đưa vào đầu đảo của OPAM. Tín hiệu từ cảm
biến ACS712 được đưa vào đầu không đảo. Hai tín hiệu này so sánh với nhau để tạo
ra tín hiệu điều khiển.
* Nguyên lý hoạt động :
Để bảo vệ thiết bị khi quá dòng thì chúng ta phải tinh chỉnh biến trở VR để có dòng
điện bảo vệ mong muốn. Tín hiệu đặt này sẽ được so sánh với tín hiệu từ cảm biến
ACS712 thông qua Opam. Bình thường thì điện áp tại chân không đảo sẽ nhỏ hơn tín
hiệu đặt nên tín hiệu đầu ra của LM324 sẽ ở mức 0 nên không kích mở phân cực được
cho led nên led không sáng. Khi có một sự cố nào đó làm dòng điện chạy qua cảm
biến tăng cao làm điện áp tại chân không đảo cao hơn điện áp ở chân đảo nên đầu ra
của Opam sẽ ở mức 1 nên sẽ phân cự thuận cho led làm led sáng lên.

Điện áp tham chiếu được điều khiển bởi VR1 được điều khiển trong giải điện áp đầu
ra của cảm biến. Nguyên lý của mạch là so sánh tín hiệu đặt và tín hiệu đo được để
điều khiển đầu ra.Khi dòng điện khác nhau thì cảm biến dòng sẽ cho ra điện áp khác
nhau nằm trong giải dòng điện đo được
3.4 Mạch in
Hình 3.4 Mạch in
3.5 Sơ đồ chân linh kiện
Hình 3.5 Sơ đồ chân linh kiện
3.6 Hình ảnh thực tế
In mạch in lên phip đồng

Gắn linh kiện và hàn mạch
Hoàn thiện và gia cố mạch
KẾT LUẬN
Với đồ án Thiết kế mạch điều khiển giúp cho sinh viên bổ sung thêm kỹ năng sử
dụng các linh kiện điện tử cũng như làm mạch trong thực tế và xử lý sự cố. Đồ án của
em đã làm về thiết kế, chế tạo mạch đo và hiển thị dòn điện. Với sự hướng dẫn nhiệt
tình của thầy Trần Văn Thoan cùng sự cố gắng và tìm hiểu em đã thiết kế ứng dụng
một số Modul đo và hiển thị dòng điện có thể áp dụng trong thực tế. Trong quá trình
thực hiện còn một số chỗ chưa thật tối ưu, rất mong được sự góp ý, hướng dẫn của
thầy cô và các bạn .
Đề tài này chúng em có thể đưa thêm nhiều trạng thái hoạt động nhưng do có sự
hạn chế về thời gian cũng như kiến thức chúng em chưa có điều kiện thực hiện được.
Chính vì vậy mà chúng em muốn phát triển đề tài này lên với thuật toán đơn giản, hiệu
quả hơn và có thời gian sử dụng lâu hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện :
Trần Nam Xuân

TÀI LIỆU THAM KHẢO

• Kỹ thuật đo-Tập 1:Đo điện (nguồn ĐH Bách khoa Tp HCM)
• Giáo trình “ Lập trình căn bản” và Trang internet nghiên cứu
•
• http:// www.dientuvietnam.net
•
• http:// www.hội dân điện.vn
•
•
%C6%B0%E1%BB%9Bc
•
•