INA219 giao tiếp Arduino, Đo Dòng điện + ĐIện áp + Công suất + Relay

INA219 giao tiếp Arduino là dùng Cảm biến dòng INA219 có thể được thực hiện độ chính xác +- 1% ở -40 độ , ở nhiệt độ 85 độ độ lệch tối đa 100 uV. Các cảm biến có độ chính xác cao kết hợp các ưu điểm của độ phân giải 12 bit.  Cảm biến dòng điện điện áp DC INA219 (DC Voltage Current Sensor) được sử dụng để đo dòng điện và điện áp DC của các thiết bị sử dụng công suất nhỏ với độ chính xác cao sai số chỉ 1%, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, khả năng đo tối đa của cảm biến là 26VDC / 3.2A, thích hợp với các ứng dụng đo điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng điện áp DC.

1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp Arduino

1.1 Vi điều khiển Arduino trong mạch đọc cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Arduino Uno R3 (Dip) có 14 chân digital dùng để đọc hoặc xuất tín hiệu. Chúng chỉ có 2 mức điện áp là 0V và 5V với dòng vào/ra tối đa trên mỗi chân là 40mA. Ở mỗi chân đều có các điện trở pull-up từ được cài đặt ngay trong vi điều khiển ATmega328 (mặc định thì các điện trở này không được kết nối).

Các chức năng khác

Arduino Uno R3 là một bảng mạch vi điều khiển nguồn mở dựa trên vi điều khiển Microchip ATmega328 được phát triển bởi Arduino.cc. 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. Mạch Arduino Uno thích hợp cho những bạn mới tiếp cận và đam mê về điện tử, lập trình…Dựa trên nền tảng mở do Arduino.cc cung cấp các bạn dễ dàng xây dựng cho mình một dự án nhanh nhất ( lập trình Robot, xe tự hành, điều khiển bật tắt led…).

b. Chức năng của Arduino R3:

• 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive – RX) dữ liệu TTL Serial. Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông qua 2 chân này. Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nối Serial không dây. Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2 chân này nếu không cần thiết
• Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 2⁸-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàm analogWrite(). Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ở chân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như những chân khác.

Các chức năng khác

• Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK).  Ngoài các chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giao thức SPI với các thiết bị khác.
• LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L). Khi bấm nút Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu. Nó được nối với chân số 13. Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng.
• Arduino Uno R3 có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu 10bit (0 → 2¹⁰-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V. Với chân AREF trên board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog. Tức là nếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện áp trong khoảng từ 0V  → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit. Đặc biệt, Arduino UNO có 2 chân A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C/TWI với các thiết bị khác.

1.2 Cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp Arduino

Cảm biến dòng INA219 có thể được thực hiện độ chính xác +- 1% ở -40 độ , ở nhiệt độ 85 độ độ lệch tối đa 100 uV. Các cảm biến có độ chính xác cao kết hợp các ưu điểm của độ phân giải 12 bit. 

Cảm biến dòng điện điện áp DC INA219 (DC Voltage Current Sensor) được sử dụng để đo dòng điện và điện áp DC của các thiết bị sử dụng công suất nhỏ với độ chính xác cao sai số chỉ 1%, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, khả năng đo tối đa của cảm biến là 26VDC / 3.2A, thích hợp với các ứng dụng đo điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng điện áp DC. Cảm biến dòng INA219 tích hợp theo dõi dòng điện hai chiều, với độ chính xác cao nhất và kích thước nhỏ.Không chỉ theo dõi sự sụt giảm điện áp trên mà còn theo dõi điện áp cung cấp điện và tính toán nguồn cung cấp điện trở shunt.  

b. Thông số kỹ thuật

• Độ chính xác cao của sản phẩm kết hợp với độ phân giải 12 bit.
• Điện áp sử dụng : 3~5.5VDC
• Giao tiếp I2C
• Kích thước : 25.5×22.3m
• Giao tiếp :  I2C 
• Khoảng điện áp DC đo được: 0~26VDC
• Khoảng dòng điện DC đo được: 0~3.2A
• Khoảng công suất DC đo được: 0~83.2W

c. Cách sử dụng cảm biến INA219 giao tiếp Arduino

1.3 Relay kích đèn 220v cho mạch cảm biến INA219 giao tiếp Arduino

a. Giới thiệu

Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện. Nó là một công tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF.  Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp điều khiển: 5V
• Dòng điện cực đại: 10A
• Thời gian tác động: 10ms
• Thời gian nhả hãm: 5ms
• Nhiệt độ hoạt động: -45^oC ~ 75^oC

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp Arduino

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

Thư viện INA219.h tải tại đây: https://github.com/adafruit/Adafruit_INA219

#include <Wire.h>
#include <INA219.h>

INA219 ina219;

#if defined(ARDUINO_ARCH_SAMD)
// for Zero, output on USB Serial console, remove line below if using programming port to program the Zero!
   #define Serial SerialUSB
#endif

void setup(void) 
{
  #ifndef ESP8266
    while (!Serial);     // will pause Zero, Leonardo, etc until serial console opens
  #endif
  uint32_t currentFrequency;
    
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("14CORE | Get Current Test ");
  
  // Initialize the INA219.
  // By default the initialization will use the largest range (32V, 2A).  However
  // you can call a setCalibration function to change this range (see comments).
  ina219.begin();
  // To use a slightly lower 32V, 1A range (higher precision on amps):
  //ina219.setCalibration_32V_1A();
  // Or to use a lower 16V, 400mA range (higher precision on volts and amps):
  //ina219.setCalibration_16V_400mA();

  Serial.println("Measuring voltage and current with INA219 ...");
}

void loop(void) 
{
  float shuntvoltage = 0;
  float busvoltage = 0;
  float current_mA = 0;
  float loadvoltage = 0;

  shuntvoltage = ina219.getShuntVoltage_mV();
  busvoltage = ina219.getBusVoltage_V();
  current_mA = ina219.getCurrent_mA();
  loadvoltage = busvoltage + (shuntvoltage / 1000);
  
  Serial.print("Bus Voltage:   "); Serial.print(busvoltage); Serial.println(" V");
  Serial.print("Shunt Voltage: "); Serial.print(shuntvoltage); Serial.println(" mV");
  Serial.print("Load Voltage:  "); Serial.print(loadvoltage); Serial.println(" V");
  Serial.print("Current:       "); Serial.print(current_mA); Serial.println(" mA");
  Serial.println("");

  delay(2000);
}

3. Hoạt động của mạch đọc cảm biến đo dòng INA219

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ cảm biến INA219 trả về giá trị điện áp theo ADC đọc được, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu và xuất tín hiệu ra màn hình LCD1602 hiển thị thông tin có người hoặc không có người theo yêu cầu của người lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch đọc cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp Arduino:

Chúc các bạn thành công…!!!