gmsg
16-04-2013, 10:13 AM
Đo dòng một chiều với vi điều khiển
Vi điều khiển thường không có các cổng cụ thể để đo dòng điện, nhưng chúng có kênh ADC mà qua đó chúng ta có thể đo tín hiệu điện áp trong một khoảng nhất định. Có nghĩa là dòng một chiều có thể được đo gián tiếp thông qua kênh ADC của vi điều khiển bằng cách chuyển từ việc đo dòng điện sang thành đo điện thế. Cách đơn giản nhất để làm việc này là đặt một điện trở mắc nối trên đường cả dòng điện và đo điện áp giữa hai đầu của điện trở. Nhưng còn có một vấn đề, đó là nếu bạn thêm một điện trở vào mạch thì nó cũng sẽ làm thay đổi dòng điện ban đầu chúng ta cần đo. Do đó chúng ta phải sử dụng một điện trở có giá trị rất nhỏ để dòng điện không bị thay đổi quá nhiều. Điện trở có giá trị nhỏ hơn 1 Ohm được bán rộng rãi tại các cửa hàng. Tùy thuộc vào giá trị của dòng điện bạn muốn đo mà chọn điện trở có các thông số phù hợp. Ví dụ như bạn dùng điện trở 0.47 Ohm và dòng điện trong mạch khoảng 2 A, thì điện trở sẽ tiêu thụ khoảng 4 x 0.47 ≈ 2 Watts. Bạn cũng có thể tự tạo ra điện trở. Đơn giản là cuộn dây dẫn lõi đồng có vỏ cách điện vào thành một cuộn dây như trong ảnh.
http://i1082.photobucket.com/albums/j361/diendandien/shuntresistor.jpg
Bạn có thể dùng đồng hồ điện tử để đo điện trở nhưng sẽ có sai số lớn bởi vì đồng hồ chỉ hiển thị 1 chữ số phía sau dấu chấm. Dùng định luật Ohm để đo sẽ có sai số thấp hơn. Bạn hãy nối điện trở 47k nối tiếp đoạn dây rồi cho chúng mắc vào nguồn 5V như mạch bên dưới. Sau đó hãy dùng đồng hồ đo dòng điện và điện áp ở hai đầu cuộn dây. Với cuộn dây trên hai giá trị này là 24.1 mV và 84.3 mA. Điều đó có nghĩa điện trở của cuộn dây (Rs) là 0.286 Ohm.
http://i1082.photobucket.com/albums/j361/diendandien/findr.png
Giả sử rằng độ biến thiên của dòng điện cần đo là từ 0 tới 2A. Vậy điện áp hai đầu điện trở khoảng từ 0 đến 0.57V. Điện áp này hơi nhỏ do đó sẽ không thể đo chính xác với ADC của vi xử lý. Việc cần làm tiếp theo là chia nhỏ thang đo điện áp. Một cách để làm được điều này là dùng mạch OP-AMP (operational amplifier) như hình dưới. http://i1082.photobucket.com/albums/j361/diendandien/opampcircuit550x353.jpg
Trong mạch trên, Rs là điện trở có giá trị thấp (cuộn dây đồng) được mắc nối tiếp với điện trở tải. Chúng ta đang cần phải đo dòng điện tải (I). Điện áp thấp giữa hai đầu Rs được gia tăng lên bởi mạch non-inverting amplifier. Với Rf=10K và Ri=1.3K, dòng điện của Rs sẽ được gia tăng lên khoảng 8.7 lần (8.7=(10+1/3)/1.3). Điều này đủ để chúng ta có thể so sánh tỉ lệ thang đo điện áp giữa Vs (0-0.57V) và Vo (0-5V). Điện áp 0-5V sẽ tương ứng với dòng điện 0-2 A qua điện trở Rs. Với ADC ta có Vref=5V. Vo = 8.7 x I x Rs = 2.49I (Rs = 0.286 Ω) => I = Vo/2.49. Với ADC 10-bit và Vref=5V, độ phân giải sẽ là 5/210=0.0049V. Với tín hiệu đầu vào Vo, điện áp ADC O/P sẽ là Vo x 0.0049. Do đó : I = ADC O/P x 0.0049/2.49 = 0.00197 x ADC O/P Bây giờ thì độ phân giải đã là 0.00197 A (≈ 2 mA).
Vi điều khiển thường không có các cổng cụ thể để đo dòng điện, nhưng chúng có kênh ADC mà qua đó chúng ta có thể đo tín hiệu điện áp trong một khoảng nhất định. Có nghĩa là dòng một chiều có thể được đo gián tiếp thông qua kênh ADC của vi điều khiển bằng cách chuyển từ việc đo dòng điện sang thành đo điện thế. Cách đơn giản nhất để làm việc này là đặt một điện trở mắc nối trên đường cả dòng điện và đo điện áp giữa hai đầu của điện trở. Nhưng còn có một vấn đề, đó là nếu bạn thêm một điện trở vào mạch thì nó cũng sẽ làm thay đổi dòng điện ban đầu chúng ta cần đo. Do đó chúng ta phải sử dụng một điện trở có giá trị rất nhỏ để dòng điện không bị thay đổi quá nhiều. Điện trở có giá trị nhỏ hơn 1 Ohm được bán rộng rãi tại các cửa hàng. Tùy thuộc vào giá trị của dòng điện bạn muốn đo mà chọn điện trở có các thông số phù hợp. Ví dụ như bạn dùng điện trở 0.47 Ohm và dòng điện trong mạch khoảng 2 A, thì điện trở sẽ tiêu thụ khoảng 4 x 0.47 ≈ 2 Watts. Bạn cũng có thể tự tạo ra điện trở. Đơn giản là cuộn dây dẫn lõi đồng có vỏ cách điện vào thành một cuộn dây như trong ảnh.
http://i1082.photobucket.com/albums/j361/diendandien/shuntresistor.jpg
Bạn có thể dùng đồng hồ điện tử để đo điện trở nhưng sẽ có sai số lớn bởi vì đồng hồ chỉ hiển thị 1 chữ số phía sau dấu chấm. Dùng định luật Ohm để đo sẽ có sai số thấp hơn. Bạn hãy nối điện trở 47k nối tiếp đoạn dây rồi cho chúng mắc vào nguồn 5V như mạch bên dưới. Sau đó hãy dùng đồng hồ đo dòng điện và điện áp ở hai đầu cuộn dây. Với cuộn dây trên hai giá trị này là 24.1 mV và 84.3 mA. Điều đó có nghĩa điện trở của cuộn dây (Rs) là 0.286 Ohm.
http://i1082.photobucket.com/albums/j361/diendandien/findr.png
Giả sử rằng độ biến thiên của dòng điện cần đo là từ 0 tới 2A. Vậy điện áp hai đầu điện trở khoảng từ 0 đến 0.57V. Điện áp này hơi nhỏ do đó sẽ không thể đo chính xác với ADC của vi xử lý. Việc cần làm tiếp theo là chia nhỏ thang đo điện áp. Một cách để làm được điều này là dùng mạch OP-AMP (operational amplifier) như hình dưới. http://i1082.photobucket.com/albums/j361/diendandien/opampcircuit550x353.jpg
Trong mạch trên, Rs là điện trở có giá trị thấp (cuộn dây đồng) được mắc nối tiếp với điện trở tải. Chúng ta đang cần phải đo dòng điện tải (I). Điện áp thấp giữa hai đầu Rs được gia tăng lên bởi mạch non-inverting amplifier. Với Rf=10K và Ri=1.3K, dòng điện của Rs sẽ được gia tăng lên khoảng 8.7 lần (8.7=(10+1/3)/1.3). Điều này đủ để chúng ta có thể so sánh tỉ lệ thang đo điện áp giữa Vs (0-0.57V) và Vo (0-5V). Điện áp 0-5V sẽ tương ứng với dòng điện 0-2 A qua điện trở Rs. Với ADC ta có Vref=5V. Vo = 8.7 x I x Rs = 2.49I (Rs = 0.286 Ω) => I = Vo/2.49. Với ADC 10-bit và Vref=5V, độ phân giải sẽ là 5/210=0.0049V. Với tín hiệu đầu vào Vo, điện áp ADC O/P sẽ là Vo x 0.0049. Do đó : I = ADC O/P x 0.0049/2.49 = 0.00197 x ADC O/P Bây giờ thì độ phân giải đã là 0.00197 A (≈ 2 mA).