ĐỀ TÀI Ổ ĐIỆN THÔNG MINH SỬ DỤNG CẢM BIẾN DÒNG

Bên cạnh tầm quan trọng của mình, điện năng cũng tiềm tàng những rủi ro gâythương vong và chắc chắn là một trong những lý do hàng đầu của những vụ cháy thảmkhốc.Sự cố gây ra bởi điện thư

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ

BỘ MÔN VIỄN THÔNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:

Ổ ĐIỆN THÔNG MINH SỬ DỤNG

CẢM BIẾN DÒNG

TP Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020

Trang 2

Dù đã cố nhiều cố gắng để thực hiện đề tài cho hoàn thiện nhưng do mới bướcđầu làm quen với đề tài đã chọn, sự hạn chế về mặt kiến thức và thời gian có hạn nênkhông tránh khỏi những thiếu sót nhất định Kính mong nhận được sự góp ý của Quýthầy cô Đó không những là nền tảng giúp em hoàn thành quá trình nghiên cứu khóaluận mà còn là hành trang quý báu để em bước vào đời một cách vững chắc và tự tin.

Nhóm em xin kính chúc quý thầy cô trong khoa điện tử và thật nhiều sức khỏe,thành công để tiếp tục truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau và tiến xa hơn trong conđường sự nghiệp của mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Trang 3

NHẬN XÉT (Của giảng viên hướng dẫn)

………

Trang 4

NHẬN XÉT (Của giảng viên phản biện)

………

Trang 5

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH 9

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

MỞ ĐẦU 11

1 Đặt vấn đề 11

2 Mục tiêu của đề tài 11

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 12

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 13

Những loại ổ điện thông minh đang được bán trên thị trường 14

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24

2.1 Định lý lấy mẫu 24

2.1.1 Định nghĩa lấy mẫu 24

2.2.2 Định lý lấy mẫu Nyquist–Shannon 24

2.2 Hiệu ứng Hall 25

2.2.1 Khái niệm 25

2.2.2 Nguyên lý hoạt động 26

2.2.3 Ứng dụng 27

2.3 Mạch chỉnh lưu 27

2.3.2 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ 28

2.3.3 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc 29

2.4 Bếp từ 29

2.4.1 Bếp từ là gì 29

2.4.2 Tại sao đáy nồi sao sinh nhiệt được 30

2.5 Bếp Hồng ngoại 30

2.6 Cảm biến dòng ACS712-30A 31

Trang 6

2.6.1 Giới thiệu module ACS712 31

2.6.2 Nguyên lý 32

2.6.3 Ưu điểm của ACS712 34

2.6.4 Ứng dụng cơ bản 34

2.7 Relay 5V/30A 36

2.7.1 Giới thiệu 36

2.7.2 Hình dạng 37

2.7.3 Nguyên lý hoạt động 37

2.8 Arduino Nano 38

2.8.1 Thông số kỹ thuật Arduino Nano 38

2.8.2 Sơ đồ chân 39

2.8.3 Bảng tra chung 40

2.9 ESP8266 41

2.9.2 Thông số kỹ thuật 41

2.9.3 Sơ đồ chân 41

2.10 Blink 42

2.10.2 Nền tảng gồm ba phần 42

2.10.3 Tính năng, đặc điểm 43

2.10.4 Phần cứng 43

2.11 Thiết bị cần chuẩn bị 44

2.11.1 Lắp ráp mô hình để khảo sát dòng 44

2.11.2 Sử dụng bếp hồng ngoại Sunhouse và nồi 46

2.12 Khảo sát dòng điện 48

2.12.1 Khi nồi không có nước 49

2.12.2 Khi nồi có chút 1/10 nước 51

2.12.3 Khi nồi có 1/4 nước 53

Trang 7

2.12.6 Khi nồi có đầy nước 59

2.12.7 Trường hợp hiếm khi xảy ra (Dòng tăng vọt) 61

2.12.8 So sánh đánh giá 62

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH VÀ THIẾT KẾ 63

3.1 Sơ đồ khối 63

3.1.1 Khối tự động ngắt 63

3.1.2 Khối điều khiển qua App 63

3.2 Sơ đồ nguyên lý 64

3.3 Chọn linh kiện 64

3.4 Phân tích nguyên lý chung 64

3.5 Đo dòng điện AC qua tải với ACS712 65

3.5.1 Sơ đồ kết nối ACS712 với Arduino mô phỏng Proteus 65

3.5.2 Nguyên lý hoạt động ACS712 65

3.5.3 Đo dòng điện với ACS712 66

3.5.4 Lập trình Arduino chuyển dòng sang điện áp để khảo sát 66

3.6 Đo điện áp AC qua tải với ACS712 69

3.6.1 Sơ đồ kết nối biến áp với Arduino 69

3.6.3 Hạ điện áp xoay chiều bằng biến áp 69

3.6.2 Code tính toán 71

3.7 Lưu đồ giải thuật 72

3.8 Công suất tiêu thụ 74

3.8.2 Công suất của mạch một chiều 74

3.8.3 Công suất của mạch xoay chiều 74

3.8 Lập trình ESP8266 75

3.9 Cài đặt và cấu hình Blynk App 77

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN 86

4.1 Kết quả đạt được 86

4.1.1 Sản phẩm 86

4.1.2 App hiển thị và điều khiển dựa trên nền tảng Blynk 89

Trang 8

4.1.2.1 Hiển thị dòng điện 89

4.1.2.2 Hiển thị công suất 90

4.2 Đánh giá Ưu điểm – Khuyết điểm 95

4.2.1 Ưu điểm đề tài 95

4.2.2 Khuyến điểm đề tài 95

4.3 Hướng phát triển 95

4.4 Tác động về mặt xã hội và môi trường và sức khỏe con người 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 97

PHỤ LỤC 98

Trang 9

DANH MỤC HÌNH Ả

Hình 1.1: Ổ cắm Smart WiFi Plug Mini 14

Hình 1.2: Ổ cắm thông minh HS100 TP-Link 15

Hình 1.3: Ổ cắm Xiaomi Smart Power Strip 16

Hình 1.4: Ổ cắm Xiaomi Mi Plug Mini 17

Hình 1.5: Ổ cắm điện WiFi Sonoff S22 18

Hình 1.6: Ổ cắm Wyze Plug 19

Hình 1.7: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Plug Mini 20

Hình 1.8: Ổ điện Wemo Mini 21

Hình 1.9: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Outdoor Plug 22

Hình 1.10: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Power Strip 23

Y Hình 2.1: Hàm số tín hiệu x(f) 24

Hình 2.2: Khoảng Nyquist 25

Hình 2.3: Hiệu tượng chồng phổ 25

Hình 2.4: Cơ chế hiệu ứng Hall trên một thanh Hall kim loại 26

Hình 2.5: Sơ đồ tổng quát mạch chỉnh lưu 28

Hình 2.6: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp không có điểm giữa 28

Hình 2.7: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp có điểm giữa 29

Hình 2.8: Mạch chỉnh lưu có tụ lọc 29

Hình 2.9: Cấu tạo bếp từ 30

Hình 2.10: Sự sinh nhiệt của đáy nồi 30

Hình 2.11: Cấu tạo bếp Hồng ngoại 31

Hình 2.12: Module ACS712 32

Hình 2.13: Nguyên lý ACS712 33

Hình 2.14: Mạch phát hiện đỉnh 34

Hình 2.15: Mạch tăng độ lợi đến 610mV/A 35

Hình 2.16: Mạch chốt lỗi quá dòng 1A 35

Hình 2.17: Hình dạng Relay 5v/30A 37

Hình 2.18: Nguyên lý hoạt động Relay 5V/30A 37

Hình 2.19: Sơ đồ chân Aduino nano 39

Hình 2.20: Sơ đồ chân ESP8266 41

Hình 2.21: Nguyên lý chung của Blynk 42

Hình 2.23: Mô hình khảo sát dòng điện 44

Hình 2.24: Mô hình lắp ráp hoàn chỉnh 45

Hình 2.25: Bếp hồng ngoại SunHouse 46

Hình 2.26: Bếp và nồi để khảo sát dòng 47

Hình 2.27: Biểu đồ hiển thị dòng điện chi tiết 48

Trang 10

Hình 2.28: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi không có nước 50

Hình 2.29: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi có chút xíu nước 52

Hình 2.30: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi có 1/4 nước 54

Hình 2.33: Đồ thị đo dòng điện nấu khi nồi đầy nước 60

Hình 2.34: Đồ thị dòng điện trong trường hợp hiếm khi xảy ra 61

Hình 2.35: So sánh các trường hợp 62

Hình 3.1: Sơ đồ khối mạch tự động ngắt 63

Hình 3.2: Sơ đồ khối hiển thị và điều khiển qua App 63

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý chung sản phẩm 64

Hình 3.4: Mô phỏng kết nối ACS712 và Aduino Nano 65

Hình 3.5: Đo dòng điện từ của ACS712 66

Hình 3.6: Mô phỏng kết nối đo điện áp 69

Hình 3.7: Biến áp 69

Hình 3.8: Nguyên lý chung của biến áp 70

Hình 3.9: Lưu đồ tính giá trị đỉnh và kích hoạt đóng ngắt rờ le 72

Hình 3.10: Cài đặt cho Blynk 77

Hình 3.11: Cài đặt cho Blynk App 85

Hình 4.1: Bên ngoài sản phẩm 86

Hình 4 2: Bên trong của sản phẩm 87

Hình 4.3: Sản phẩm khi nấu 88

Hình 4.4: App khi hiển thị dòng điện 89

Hình 4.5: App hiển thị công suất và điều khiển ổ điện 94

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Giải thích sơ đồ chân ACS712 32

Bảng 1.2: Các loại module ACS712 hiện nay 33

Bảng 1.3: Bảng tra chân ngõ vào, ngõ ra các linh kiện 40

Trang 11

Bên cạnh tầm quan trọng của mình, điện năng cũng tiềm tàng những rủi ro gâythương vong và chắc chắn là một trong những lý do hàng đầu của những vụ cháy thảmkhốc.

Sự cố gây ra bởi điện thường nguy hiểm và khó dự đoán, khi mà điện năng được

sử dụng cho hầu hết các loại thiết bị Thông thường, điện năng có thể tác động trực tiếptới 3 kiểu thiết bị như:

 Thiết bị dùng điện: máy móc sử dụng điện như nguồn năng lượng chính

 Thiết bị sinh điện: máy biến áp, máy phát điện

 Trang thiết bị điện: cáp, tủ điện, cầu dao, phích cắm

Người dùng thường bận rộn công việc nên không có thời gian để bật tắt các thiết

bị, dẫn đến nhiều thiết bị vẫn hoạt động dù không có nhu cầu sử dụng gây lãng phí điệnnăng và quan trọng hơn là sẽ dẫn đến cháy nổ do chập điện hoặc quá tải

Từ đó nhóm chúng em đã chọn đề tài sử dụng cảm biến dòng kết hợp thêmnhững linh kiện khác để tạo ra một ổ điện thông minh nhằm giải quyết vấn đề an toàntrong điện năng này

2 Mục tiêu của đề tài

 Khảo sát đáp ứng dòng điện của bếp hồng ngoại

 Thiết kế module đo điện áp, dòng điện và công suất cho thiết bị điện trong nhà

 Thiết kế App hiển thị dòng và điều khiển bật/tắt ổ điện dựa trên nền tảng Blynk

 Tự động ngắt điện khi quá tải

Trang 12

 Ổ điện có khả năng tự động ngắt điện khi quá tải (bếp cạn hết nước).

 Ổ điện có công suất tối đa 6000W

 Có cấu trúc nhỏ gọn, an toàn, chống nước

 Chi phí thấp

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu: Dòng điện và điện áp sử dụng của bếp hồng ngoại

 Phạm vi nghiên cứu:

 Hộ gia đình.

 Hộ kinh doanh quán ăn, nhà hàng.

Trang 13

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

Điện năng là thứ không thể thiếu cuộc sống hiện nay, trong đời sống nó phục vụcho các thiết bị gia dụng như đèn để thắp sáng, chạy máy điều hòa, quạt điện, tivi, tủlạnh,… và các thiết bị nhà bếp Đối với sản xuất và các ngành công nghiệp không thểthiếu điện năng, như vậy điện năng là nguồn năng lượng có vai trò cốt yếu trong đờisống sinh hoạt cũng như sản xuất Qua thống kê cho thấy nhu cầu về điện năng củaViệt Nam tăng hơn 4 lần trong giai đoạn từ năm 2005-2030, tốc độ tăng trưởng phụ tảiđiện hơn 10% một năm đến năm 2025 Khi như cầu sử dụng điện năng của gia đìnhngày càng lớn thì nó ảnh hưởng trực tiếp đến kinh tế của gia đình và việc đảm bảo antoàn điện cũng được chú trọng

Nguyên nhân của các vụ hỏa hoạn tại các chung cư, xí nghiệp, các hộ gia đình

đa phần là do chạm cháy điện Và điện sử dụng trong nhà bếp cũng là 1 trong số này

Việc nấu ăn trong nhà bếp của gia đình rất dễ xảy ra hỏa hoạn nếu người nấuquên tắt bếp trong thời gian dài

Để giải quyết vấn đề trên, đề tài thiết kế Ổ ĐIỆN THÔNG MINH SỬ DỤNGCẢM BIẾN DÒNG cần đáp ứng những yếu cầu về:

 Cho phép chọn lựa thiết bị sử dụng

 Sử dụng cho các thiết bị khác nhau

 Tự động phát hiện thiết bị quả tải và cắt điện chống cháy nổ

 Ổ điện có khả năng quản lý thiết bị nhà bếp, mỗi thiết bị không quá 2kWh

 Hoạt động ổn định

 Hiển thị công suất và điều khiển ổ điện từ xa qua ứng dụng Blynk (không giới hạnkhoảng cách với bếp và có thể cài trên 3 hệ điều hành phổ biến là IOS, Android vàWindow phone)

Trang 14

Những loại ổ điện thông minh đang được bán trên thị trường

 Ổ cắm Smart WiFi Plug Mini (TP-Link HS105)

Hình 1.1: Ổ cắm Smart WiFi Plug Mini

Smart WiFi Plug Mini có thể điều khiển qua ứng dụng Kasa hoặc điều khiểnbằng giọng nói thông qua các trợ lý ảo như Alexa (Amazon Echo), Google Assistant(Google Home) hoặc Siri (Apple HomeKit) Ổ cắm có chế độ lên lịch tự động bật tắt

và có chế độ Away Mode tự động bật tắt trong một khoảng thời gian Người dùng cóthể nhận biết trạng thái của ổ cắm qua đèn LED hiển thị

Giá khoảng 800.000 VND

Trang 15

 Ổ cắm thông minh HS100 TP-Link

Hình 1.2: Ổ cắm thông minh HS100 TP-Link

Ổ cắm HS100 này cũng có chế độ điều khiển bằng giọng nói để điều khiển cácthiết bị đang kết nối với ổ cắm thông minh Hoặc người dùng điều khiển thông qua ứngdụng Kasa để điều khiển từ xa thông qua WiFi Các lịch trình bật tắt tự động đều được

ổ điện thực hiện theo đúng thời gian được thiết lập

Trang 16

 Xiaomi Smart Power Strip

Hình 1.3: Ổ cắm Xiaomi Smart Power Strip

Loại ổ cắm thông minh Xiaomi Mi Power Strip có 6 ổ cắm, hỗ trợ kết nối WiFi

để điều khiển qua điện thoại hay máy tính bảng Ổ cắm còn có chế độ hẹn giờ tắt và bậtđược thiết lập theo ngày giờ theo ý người dùng, đếm ngược thời gian giờ tắt, báo côngsuất tiêu thụ của thiết bị đang sạc điện Bên dưới nút bật tắt là mạch cầu chì bảo vệdòng và tự động tắt khi có vấn đề

Trang 17

 Ổ cắm Xiaomi Mi Plug Mini

Hình 1.4: Ổ cắm Xiaomi Mi Plug Mini

Ổ cắm mini này có kết nối WiFi để kiểm soát bất cứ khi nào, bất cứ nơi đâu, bậthoặc tắt thiết bị cắm điện tự động Người dùng cần cài đặt ứng dụng Mi Home để kếtnối với ổ điện và điều khiển ổ cắm qua WiFi Trên ứng dụng Mi Home người dùng sẽ

dễ dàng bật điện từ xa, kiểm tra điện thoại hay đồ dùng điện tử nào đang bật để tắt điệnnếu lỡ quên

Giá tham khảo: 330.000 VND

Trang 18

 Ổ cắm điện WiFi Sonoff S22

Hình 1.5: Ổ cắm điện WiFi Sonoff S22

Sonoff S22 cũng có khả năng điều khiển từ xa qua WiFi hay 3G/4G, đặc biệt cókhả năng kết nối với cảm biến đo nhiệt độ và độ ẩm của hãng để thiết lập chế độ bật/tắt

tự động theo nhiệt độ hay độ ẩm Khi điện thoại cài ứng dụng eWeLink thì bạn dễ dàngđiều khiển từ xa, gửi dữ liệu qua các đám mây giúp việc điều chỉnh chế độ hẹn giờbật/tắt tiết kiệm hơn Ổ cắm này còn quản lý điện năng tiêu thụ điện của các thiết bịđiện trong gia đình như bình nóng lạnh, bình đun nước,

Trang 19

 Wyze Plug

Hình 1.6: Ổ cắm Wyze Plug

Wyze Plug hoạt động đáng tin cậy, có một ứng dụng rất dễ sử dụng và thậm chí

có thể theo dõi việc sử dụng bất cứ thứ gì bạn cắm vào nó, một tính năng thường thấytrên những ổ cắm thông minh đắt tiền hơn

Người sử dụng có thể lên lịch bật và tắt dựa trên thời gian trong ngày và ngàytrong tuần, nhưng không thể lên lịch dựa trên thời gian mặt trời mọc và mặt trời lặnnhư một số model khác Tuy nhiên, bạn vẫn có thể lập trình tùy chọn đó thông qua tíchhợp với Amazon Alexa, Google Assistant hoặc IFTTT (không bao gồm AppleHomeKit) Ngoài ra, một bộ có 2 ổ cắm, cho phép người dùng điều khiển hai đèn,quạt hoặc bất cứ thứ gì để làm ngôi nhà trở nên thông minh hơn

Giá khoảng $20 (460.000 đồng)

Trang 20

 Kasa Smart Wi-Fi Plug Mini (HS105)

Hình 1.7: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Plug Mini

Kasa Smart Wi-Fi Plug Mini (HS105) là một lựa chọn tuyệt vời Giống nhưWyze Plug, nó cho phép bạn theo dõi việc sử dụng thiết bị và luôn đáng tin cậy cho dù

sử dụng ứng dụng hay ghép nối nó với Amazon Alexa, Google Assistant, SmartThingshoặc IFTTT (thiết bị không hoạt động với Apple HomeKit)

Không giống như Wyze Plug, Kasa Smart Wi-Fi Plug Mini cung cấp khả nănglên lịch trình theo thời gian mặt trời mọc/mặt trời lặn, nhưng thiết bị này lại lớn hơnmột chút và có giá đắt gấp đôi so với đối thủ

Giá khoảng $30 (690.000 đồng)

Trang 21

 Wemo Mini

Hình 1.8: Ổ điện Wemo Mini

Hỗ trợ cả ba nền tảng điều khiển bằng giọng nói chính (Amazon Alexa, GoogleAssistant và Apple HomeKit) và thường có giá chỉ khoảng một nửa so với hầu hết các

Trang 22

 Kasa Smart Wi-Fi Outdoor Plug

Hình 1.9: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Outdoor Plug

Kasa Smart Wi-Fi Outdoor Plug (KP400) được chế tạo để sử dụng ngoài trời,điều mà một ổ cắm thông minh thông thường không làm được Kasa Smart Wi-FiOutdoor Plug có thể hoạt động trong khoảng nhiệt độ từ -4 đến 122 độ F, bao gồm 2 ổcắm mà bạn có thể điều khiển độc lập bằng ứng dụng hoặc giọng nói (thông quaAmazon Alexa hoặc Google Assistant) Thiết bị rất dễ dàng cài đặt và sử dụng Tuynhiên, KP400 “cồng kềnh” hơn so với kích thước trung bình của phích cắm thông minh

và không bao gồm hỗ trợ HomeKit

Giá tham khảo: $35 (805.000 đồng)

Trang 23

 Kasa Smart Wi-Fi Power Strip (HS300)

Hình 1.10: Ổ điện Kasa Smart Wi-Fi Power Strip

Kasa Smart Wi-Fi Power Strip (HS300) đắt hơn một chút so với mức giá trungbình cho ổ cắm thông minh, nhưng nó có khả năng biến đổi một phích cắm trên tườngthành 6 ổ cắm có thể điều khiển độc lập, để bạn có thể bật và tắt các thiết bị khác nhau,cũng như tạo lịch trình và kích hoạt riêng biệt

Trong số các thiết bị Smart Power Strip đã thử nghiệm, Kasa (HS300) cũng cónhiều cổng USB nhất (3 cổng) và có dây nguồn dài nhất Thiết bị này hỗ trợ giám sátnăng lượng, kiểm soát giọng nói thông qua Amazon Alexa và Google Assistant, cũngnhư tự động hóa thông qua IFTTT

Giá khoảng $80 (1.840.000 đồng)

Trang 24

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT2.1 Định lý lấy mẫu

2.1.1 Định nghĩa lấy mẫu

Lấy mẫu là quá trình chuyển đổi tín hiệu liên tục thành các mẫu tín hiệu rời rạctheo thời gian Tín hiệu sẽ được giữ lại sau mỗi Ts giây (Ts là khoảng cách giữa 2 lầnlấy mẫu liên tiếp) Tần số lấy mẫu hay tốc độ lấy mẫu fs: Là số mẫu lấy được trungbình trong một giây

fs= 1Ts

Tần số lấy mẫu càng cao thì càng có khả năng khôi phục lại tín hiệu giống tínhiệu gốc Tuy nhiên khi ta chọn tần số lấy mẫu càng cao thì lượng mẫu càng lớn làmcho dung lượng lưu trữ lớn dẫn đến tốc độ xử lý sẽ chậm lại

2.2.2 Định lý lấy mẫu Nyquist–Shannon

Định lý lấy mẫu Nyquist–Shannon là một định lý được sử dụng trong lĩnh vực

lý thuyết thông tin, đặc biệt là trong viễn thông và xử lý tín hiệu Định lý lấy mẫu đượcphát biểu như sau:

Một hàm số tín hiệu x(f) không chứa bất kỳ thành phần tần số nào lớn hơn hoặcbằng một giá trị fm có thể biểu diễn chính xác bằng tập các giá trị của nó với chu kỳlấy mẫu T = 1/(2fm)

Hình 2.1: Hàm số tín hiệu x(f)

Trang 25

Như vậy, tần số lấy mẫu phải thoả mãn điều kiện fs ≥ 2fm Tần số giới hạn fs/2này được gọi là tần số Nyquist và khoảng (-fs/2; fs/2) gọi là khoảng Nyquist.

do thiếu electron nên tích điện dương Vì thế, hình thành một hiệu điện thế U giữa haimặt gọi là hiệu điện thế Hall

Trang 26

Trong đó: VH là hiệu thế Hall; I là cường độ dòng điện; B là cường độ từ trường;

d là độ dày của thanh Hall; e là điện tích của hạt mang điện chuyển động trong thanhHall; n là mật độ các hạt này trong thanh Hall

Trang 27

2.2.3 Ứng dụng

2.2.3.1 Đo cường độ dòng điện

Hiệu ứng Hall nhạy cảm với từ trường, mà từ trường được sinh ra từ một dòngđiện bất kỳ, do đó có thể đo cường độ dòng chạy qua một dây điện khi đưa dây này gầnthiết bị đo

2.2.3.2 Đo công suất dòng điện

Công suất tiêu thụ của một mạch điện là tích của cường độ dòng điện và hiệuđiện thế trên mạch Vậy có thể đo công suất này bằng cách đo dòng điện (như mô tả ởtrên) đồng thời với việc dùng hiệu điện thế của mạch điện để nuôi dòng qua thanh Hall.Phương pháp như vậy có thể được cải tiến để đo công suất dòng điện xoay chiều trongsinh hoạt dân dụng Nó thường chính xác hơn các thiết bị truyền thông và ít gây cản trởdòng điện

2.2.3.3 Xác định vị trí chuyển động

Hiệu ứng Hall có thể dùng để xác định vị trí cơ học Các thiết bị kiểu này không

có một chi tiết cơ học chuyển động nào và có thể được chế tạo kín, chịu được bụi, chấtbẩn, độ ẩm, bùn lầy, Điều này giúp các thiết bị này có thể đo đạc vị trí tiện hơn dụng

cụ quang học hay cơ điện

2.3 Mạch chỉnh lưu

2.3.1 Khái niệm

Một mạch chỉnh lưu là một mạch điện bao gồm các linh kiện điện - điện tử,dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều Mạch chỉnh lưu cóthể được sử dụng trong các bộ nguồn cung cấp dòng điện một chiều, hoặc trong cácmạch tách sóng tín hiệu vô tuyến điện trong các thiết bị vô tuyến Phần tử tích cựctrong mạch chỉnh lưu có thể là các điốt bán dẫn, các đèn chỉnh lưu thủy ngân hoặc cáclinh kiện khác

Trang 28

Hình 2.5: Sơ đồ tổng quát mạch chỉnh lưu

2.3.2 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ

Mạch chỉnh lưu toàn kì biến đổi cả hai thành phần cực tính của dạng sóng đầuvào thành một chiều Do đó nó có hiệu suất cao hơn Tuy nhiên đối mạch chỉnh lưukhông có điểm giữa của biến áp người ta sẽ cần đến 4 điốt thay vì một như trong mạchchỉnh lưu nửa sóng Điều này có nghĩa là đầu cực của điện áp ra sẽ cần đến 2 điốt đểchỉnh lưu Các điốt dùng cho kiểu nối này gọi là cầu chỉnh lưu

Hình 2.6: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp không có điểm giữa

Bộ chỉnh lưu toàn kì biến đổi cả 2 nửa chu kỳ thành một điện áp đầu ra có mộtchiều duy nhất: dương (hoặc âm) vì nó chuyển hướng đi của dòng điện của nửa chu kỳ

âm (hoặc dương) của dạng sóng xoay chiều Nửa còn lại sẽ kết hợp với nửa kia thànhmột điện áp chỉnh lưu hoàn chỉnh

Đối với nguồn xoay chiều một pha, nếu dùng biến áp có điểm giữa, chỉ cần 2điốt nối đâu lưng với nhau (nghĩa là anode-với-anode hoặc cathode-với-cathode) có thểthành một mạch chỉnh lưu toàn kì

Trang 29

Hình 2.7: Mạch chỉnh lưu dùng biến áp có điểm giữa

2.3.3 Mạch chỉnh lưu toàn kỳ có tụ lọc

Hình 2.8: Mạch chỉnh lưu có tụ lọc

Mạch chỉnh lưu có tụ tham gia lọc nguồn, điện áp đầu ra được lọc tương đốiphẳng, nếu tụ có điện dung càng lớn thì điện áp ở đầu ra càng bằng phẳng, tụ C1 trongcác bộ nguồn thường có trị số khoảng vài ngàn µF

2.4 Bếp từ

2.4.1 Bếp từ là gì

Bêp có 1 cuộn dây để tạo ra từ trường biến thiên với tần số cao có thể thay đổiđược, ta chỉnh nhiệt độ của bếp bằng cách thay đổi tần số này Một cách gần đúng cóthể coi tất cả từ thông hướng thẳng góc với mặt bếp để xuyên lên đáy nồi như hình bêndưới:

Trang 30

Hình 2.9: Cấu tạo bếp từ

2.4.2 Tại sao đáy nồi sao sinh nhiệt được

Dòng FU-CO là dòng điện được sinh ra khi có một từ thông xoay chiều xuyênqua một vật (mặt phẳng) là kim loại "thẩm từ", nó tuân theo định luật "Bàn tay trái".Chiều của dòng FU-CO được minh họa như hình dưới bên dưới:

Hình 2.10: Sự sinh nhiệt của đáy nồi2.5 Bếp Hồng ngoại

Bếp hồng ngoại là cách gọi chung của những loại đếp sử dụng điện năng đốt đểđốt nóng các bóng đèn halogen hay cuộn sợi dây carbon Bất cứ vật liệu gì có mứcnhiệt trên 0 o K (hay -273 o C) đều phát ra ánh sáng hồng ngoại ra môi trường xungquanh Tính chất chủ đạo của tia hồng ngoại là tác dụng nhiệt Sau khi được đốt nóng

Trang 31

các mâm nhiệt, cuộn dây carbon hay đèn Halogen phát ra ánh sáng màu đỏ chói (tiahồng ngoại) và phát ra một lượng nhiệt lớn (200-600 o C) – đủ để đun nấu thức ăn.Những mâm nhiệt này được đặt dưới một mặt kính chịu nhiệt và chịu lực tốt.

Hình 2.11: Cấu tạo bếp Hồng ngoại2.6 Cảm biến dòng ACS712-30A

2.6.1 Giới thiệu module ACS712

ACS712 cung cấp các giải pháp kinh tế và chính xác cho cảm biến dòng điện

AC hoặc DC trong các hệ thống công nghiệp, thương mại và truyền thông

Các ứng dụng điển hình như điều khiển động cơ, phát hiện và quản lý tải, nguồn điện ởchế độ chuyển đổi và bảo vệ lỗi quá dòng

Thiết bị này bao gồm một mạch cảm biến Hall tuyến tính chính xác, có độ bùthấp, với đường dẫn bằng đồng nằm gần bề mặt của khuôn Dòng điện ứng dụng chạyqua đường dẫn đồng này tạo ra từ trường được cảm nhận bởi IC Hall tích hợp vàchuyển đổi thành điện áp tỷ lệ Độ chính xác của thiết bị được tối ưu hóa thông qua sựgần gũi của tín hiệu từ tính với đầu dò Hall Một điện áp tỷ lệ chính xác được cung cấpbởi IC BiCMOS Hall ổn định thấp, chopper, được lập trình cho độ chính xác sau khihoàn thiện

Đầu ra của thiết bị có độ dốc dương (> VOUT (Q)) khi dòng điện tăng chạy quađường dẫn đồng chính (từ chân 1 và 2, đến chân 3 và 4), là đường dẫn được sử dụngcho cảm biến hiện tại Điện trở trong của đường dẫn này là 1,2 mΩ điển hình, cung cấp

Trang 32

năng lượng thấp IC cảm biến dòng ACS712 cho phép ta đo được dòng điện tiêu thụcủa thiết bị một cách dễ dàng và có đạt độ chính xác cao.

Hình 2.12: Module ACS712

Module ACS712 sử dụng IC cảm biến dòng ACS712 ACS 712 là một IC cảmbiến dòng tuyến tính dựa trên hiệu ứng Hall ACS xuất ra 1 tín hiệu analog, Vout biếnđổi tuyến tính theo sự thay đổi của dòng điện Ip được lấy mẫu thứ cấp DC (hoặc AC),trong phạm vi đã cho

2.6.2 Nguyên lý

Bảng 1.1: Giải thích sơ đồ chân ACS712

Trang 33

Hình 2.13: Nguyên lý ACS712

Bảng 1.2: Các loại module ACS712 hiện nay

Trang 34

2.6.3 Ưu điểm của ACS712

 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

 Ứng dụng 1: ACS712 xuất ra 1 tín hiệu analog

VOUT mà biến đổi tuyến tính với dòng điện IP được lấy mẫu thứ cấp DC hoặc AC,trong phạm vi đã được chỉ định CF được giới khuyến cáo dùng cho mục đích quản lýnhiễu, với giá trị phụ thuộc vào từng ứng dụng

 Ứng dụng 2: Mạch phát hiện đỉnh.

Hình 2.14: Mạch phát hiện đỉnh

Trang 35

 Ứng dụng 3 Cấu hình mạch bên dưới tăng độ lợi đến 610mV/A

Hình 2.15: Mạch tăng độ lợi đến 610mV/A

 Ứng dụng 4 Mạch chốt lỗi quá dòng 10A.

Ngưỡng lỗi được set bởi R1 và R2 Mạch này chốt lỗi quá dòng và giữ nguyên trạng thái cho đến khi nguồn 5v đượcc kéo xuống

Hình 2.16: Mạch chốt lỗi quá dòng 1A

Trang 36

2.7 Relay 5V/30A

2.7.1 Giới thiệu

Tiếp điểm đóng ngắt gồm 3 tiếp điểm NC (thường đóng), NO(thường mở) vàCOM(chân chung) được cách ly hoàn toàn với board mạch chính, ở trạng thái bìnhthường chưa kích NC sẽ nối với COM, khi có trạng thái kích COM sẽ chuyển sang nốivới NO và mất kết nối với NC

 Sử dụng điện áp nuôi DC 5V

 Relay mỗi Relay tiêu thụ dòng khoảng 80mA

 Điện thế đóng ngắt tối đa: AC250V ~ 30A hoặc DC30V ~30A

 Có thể chọn mức tín hiệu kích 0 hoặc 1 qua jumper

Trang 38

2.8 Arduino Nano

2.8.1 Thông số kỹ thuật Arduino Nano

Vi điều khiển Atmel Atmega168 hoặc ATmega328Điện áp hoạt động (mức logic) 5 V

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

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6-20 V

Chân I / O kỹ thuật số 14 (trong đó 6 cung cấp đầu ra PWM)Chân đầu vào tương tự số 8

Dòng điện một chiều cho mỗi pin I/O 40 mA

Bộ nhớ flash 16 KB (ATmega168) hoặc 32 KB

(ATmega328) trong đó 2 KB được sử dụng bởi bộ tải khởi động

SRAM 1 KB (ATmega168) hoặc 2 KB

(ATmega328)EEPROM 512 byte (ATmega168) hoặc 1 KB

(ATmega328)Tốc độ đồng hồ 16 MHz

Kích thước 0.73 ″ x 1.70

Chiều dài 45 mm

Chiều rộng 18 mm

Trang 39

2.8.2 Sơ đồ chân

Hình 2.19: Sơ đồ chân Aduino nano

Trang 40

2.8.3 Bảng tra chung

Bảng 1.3: Bảng tra chân ngõ vào, ngõ ra các linh kiện

Tiêu đề	Ổ Điện Thông Minh Sử Dụng Cảm Biến Dòng
Tác giả	Phạm Thái Huy, Hoàng Văn Duy
Người hướng dẫn	T.S Bùi Thư Cao
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Tp.Hcm
Chuyên ngành	Công Nghệ Điện Tử
Thể loại	Khóa Luận Tốt Nghiệp
Năm xuất bản	2020
Thành phố	Tp. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	104
Dung lượng	28,15 MB