Điện tử

Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC

Trong hướng dẫn của CDK hôm nay , chúng ta sẽ Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC bằng vi điều khiển pic với hai phương pháp. Một là sử dụng một máy biến áp điện áp và một là sử dụng một op-amp làm bộ khuếch đại Visai . Điều đó có nghĩa là, trong phương pháp đầu tiên, chúng ta sẽ sử dụng một máy biến điện áp để giảm điện áp xoay chiều 220V và trong phương pháp thứ hai, chúng ta sẽ sử dụng một bộ khuếch đại hoạt động như một bộ khuếch đại Vi sai để giảm điện áp xoay chiều . Nhưng đối với cả hai phương pháp, chúng ta sẽ sử dụng bộ vi điều khiển pic ADC để lấy mẫu điện áp xoay chiều. Đối với hướng dẫn này, chúng ta sẽ sử dụng vi điều khiển PIC16F877A.

Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC
Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC

Bạn đã xem qua nhiều hướng dẫn trực tuyến trên các trang web khác nhau về đo điện áp bằng các bộ vi điều khiển khác nhau. Trong dự án này, bạn sẽ Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC  bằng bộ điều khiển vi mạch PIC16f877A.

Đo điện áp xoay chiều

Để đo dòng điện xoay chiều 220V, bạn cần giảm điện áp này xuống. Vì vi điều khiển không thể đo điện áp lớn hơn 5V. Nếu bạn cung cấp điện áp lớn hơn 5V cho đầu vào tương tự của vi điều khiển, nó sẽ bị hỏng vĩnh viễn. Để đảm bảo khả năng bảo vệ của vi điều khiển, bạn sẽ cần giảm điện áp xoay chiều 220 volt thành điện áp xoay chiều có giá trị đỉnh thấp hơn 5V. Ví dụ, điện áp RMS có nghĩa là 220V AV và giá trị đỉnh của nó bằng 311 volt. tương tự, bạn phải giảm điện áp xoay chiều cao theo cách sao cho giá trị đỉnh của nó không được lớn hơn 5 volt.

Đo điện áp xoay chiều
Đo điện áp xoay chiều

Có hai phương pháp để giảm hiệu điện thế xoay chiều 220 thành điện áp xoay chiều thấp mà giá trị đỉnh không được lớn hơn 5 vôn.

  • Máy biến áp (Tất cả sinh viên Kỹ thuật điện phải biết về PT và việc sử dụng nó)
  • Bộ khuếch đại Vi sai

Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC bằng mạch khuếch đại vi sai

Bộ khuếch đại Vi sai dùng để khuếch đại điện áp từ hai mức điện áp, trong trường hợp Điện áp xoay chiều ta có hai mức điện áp một là dương đối với dây trung tính và một là âm đối với dây trung tính.

Bạn có thể điều chỉnh độ lợi của bộ khuếch đại Vi sai theo yêu cầu của chúng ta bằng cách chọn các giá trị thích hợp của điện trở. Trong dự án này độ lợi bằng:

Gain=  R8/(R1+ R2+ R3)

Trong trường hợp điện áp xoay chiều mức điện áp thứ hai bằng không. Bởi vì trong chu kỳ dương và chu kỳ âm, mặt khác được coi là không hoặc trung tính. Vì vậy, điện áp đầu ra sẽ là

vout = gain * Vinput

Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC bằng mạch khuếch đại vi sai
Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC bằng mạch khuếch đại vi sai

Trong hình trên, điện trở R1, R2, R3 R4 và R5 có giá trị cao không cho phép điện áp cao xuất hiện trên op-amp. Bởi vì các điện trở đầu vào cao được sử dụng, đó là lý do tại sao dòng micro ampe sẽ thấp và theo cách này, tổn thất điện năng sẽ tính bằng mili watt. Theo công thức độ lợi khuếch đại Vi sai, độ lợi của chúng ta sẽ là:

Gain=   (22K)/( 1.2M + 1.2M + 2.2K) = 0.0091

LƯU Ý: bạn phải tính toán theo giá trị đỉnh của sóng sin. Vì điện áp đỉnh là đầu vào điện áp tối đa cho chân tương tự của bộ điều khiển micrô. Vì vậy, với độ lợi .0091, đối với điện áp đỉnh của điện áp đầu ra sóng sin từ op-amp là:

Vout = .0091 * 311 = 2.8301 volt (peak output voltage)

Như bạn thấy ở hình trên, chúng ta đã kết nối đầu cuối khác của R7 với 5 volt thay vì nối đất như chúng ta làm trong khi sử dụng bộ khuếch đại Vi sai trong nhiều ứng dụng. Điện trở R7 được sử dụng để tăng đầu ra op-amp mức điện áp DC. Sóng sin có mức điện áp một chiều bằng không và chu kỳ điện áp âm. Vi điều khiển không thể đọc điện áp âm, vì vậy chúng ta tăng mức DC của sóng sin lên 5 volt. Bằng cách này, điện áp âm sẽ không xuất hiện trên microntroller. Bây giờ điện áp đỉnh đầu ra từ op-amp là 5 + 2.8301 = 7.8301 volt. Nhưng như tôi đã đề cập, vi điều khiển không thể đo điện áp lớn hơn 5 volt Vì vậy, như trong hình trên, chúng ta đã sử dụng bộ chia điện áp để chia điện áp cho 2. Do đó điện áp đầu ra là:

Vout = 7.8301/2 =  3.90155

Các tụ điện C1, C2 và C3 được sử dụng để lọc sóng hài từ điện áp đầu vào và bảo vệ vi điều khiển khỏi sóng hài.

Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều

Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều
Sơ đồ mạch đo điện áp xoay chiều

Code mạch đo điện áp xoay chiều

sbit LCD_RS at RB2_bit;
sbit LCD_EN at RB3_bit;
sbit LCD_D4 at RB4_bit;
sbit LCD_D5 at RB5_bit;
sbit LCD_D6 at RB6_bit;
sbit LCD_D7 at RB7_bit;
sbit LCD_RS_Direction at TRISB2_bit;
sbit LCD_EN_Direction at TRISB3_bit;
sbit LCD_D4_Direction at TRISB4_bit;
sbit LCD_D5_Direction at TRISB5_bit;
sbit LCD_D6_Direction at TRISB6_bit;
sbit LCD_D7_Direction at TRISB7_bit;
float v;
char txt[5];
char txt1[5];
void voltage_READ(void)
 {
 float max;
 int i;
 int t[40];
 ADCON0.ADON=1;
 for(i=0; i<=39; i++)
 {
 v= ADC_Read(0); //Digital value convert
 v =v*(10.0/1023.0);
 v=(v-5.0);
 t[i]=v*110.1909091;
 }

 ADCON0.ADON=0;
 max=t[0];
 for(i=0; i<=39; i++)
 {
 if(max<t[i])
 max=t[i];
 }
 max=max*.707106781;
 intToStr(max, txt);
 Lcd_out(1,9,txt);
 delay_ms(1000);
 }
 
void main()
{
 Lcd_Init(); // Initialize LCD
 ADCON0.ADCS1=1;
 ADCON0.ADCS1=0;
 ADCON0.ADON=0;
 
 while(1)
 {

 Lcd_out(1,1, "Voltage:");
 voltage_READ();
 }
}

Video hướng dẫn Thiết kế mạch đo điện áp xoay chiều AC

CDK - CĐ Văn Hóa Nghệ Thuật Và Du Lịch Nha Trang

Trường Cao đẳng Văn hóa Nghệ thuật & Du lịch Nha Trang CDK chính thức được thành lập. Năm 2005, nhà trường được vinh dự đón nhận phần thưởng cao quý của Nhà nước : Huân chương Lao động Hạng Ba.

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button