Sensores de Tensão e Corrente para microcontroladores (Arduino, Pic e outros)

Neste Post irei discorrer sucintamente sobre um assunto muito importante para aqueles que, assim como eu, necessitam medir uma corrente e tensão alternada em seus projetos.


Para os leigos no assunto e que estão começando agora a trabalhar com eletricidade, irei fazer uma pequena abordagem ao problema.
Suponha que você está fazendo um projeto de automação residencial e que o seu cliente gostaria de saber a potência consumida por uma lâmpada, tal como na figura 1.

A potência elétrica é o produto da corrente pela tensão. P = V*I.

A pergunta e o ponto central deste post é a seguinte: "Como mensurar estas grandezas elétricas?"

Figura 1- Circuito exemplo

Um dos grandes desafios e também dos riscos da eletricidade é justamente o fato de não conseguirmos vê-la diretamente. Nós apenas podemos ver seus efeitos, por exemplo: a luz, o calor, o campo magnético.

Assim para podermos medir a corrente e a tensão elétrica precisamos utilizar sensores. Existem diversos trabalhos bacanas sobre estes tipos de sensores.
Em meu trabalho de conclusão de curso, optei por utilizar os sensores das figuras 2 e 3.

Figura 3 - Sensor de corrente

 

Figura 2 - Sensor de Tensão

A filosofia do circuito do sensor da figura 2 é a seguinte:

A tensão passa por um transformador abaixador de 127 para 12V, a seguir por um divisor resistivo e por final por um acoplamento AC. A tensão de saída do sensor é uma senoide com amplitude entre 0 e 5V com um offset de 2.5Volts. Assim, este sinal pode ser recebido pela entrada analógica do processador. A figura 4 contem o esquemático do sensor de tensão.

Figura 4 - Esquemático do sensor de tensão

O capacitor utilizado foi de 10uF, e as resistencias são: R1 = (10+46)k = 56k e R2 = 22k. R = 10k

Na figura 5, contem os estágios da tensão no sensor. Primeiro ela é reduzida para 12Vrms ou 17 V de pico, depois ela passa pelo divisor de tensão ( Vo = (R2/(R1*R2))*VI) e por final é adicionado o offset. 

Figura 5 - Etapas do sensor

O sensor de corrente (figura 3) utiliza um CI (circuito integrado) de efeito Hall. (Hall foi um cientista que descobriu que regiões positivas e negativas são criadas dentro de um fio quando este está que está sendo percorrido por corrente elétrica é imergido em um campo magnético.)

Optei por comprar uma plaquinha pronta. Ela contem 5 pinos: 2 para corrente da carga e outros 3 para os sinais (+5V, Vout, GND).

O CI utilizado é o ACS 712. A grande vantagem deste ci é que ele isola eletricamente o circuito e protege o seu microcontrolador. Além disso ele já fornece uma saída de tensão senoidal com offset de 2,5 Volts. Assim este sinal pode ser aplicado diretamente nos terminais da entrada analógica do seu microcontrolador.

Bem, Assim que for possível postarei as formas de onda obtidas dos sensores!

Por Enquanto é Só!

Obrigado pela atenção!

Referências: 

http://www.sofisica.com.br/conteudos/Eletromagnetismo/CampoMagnetico/efeitohall.php

http://www.youtube.com/watch?v=bHo6_jltfc8

http://borgescorporation.blogspot.com.br/2012/05/avr-e-arduino-tecnicas-de-projeto.html

http://openenergymonitor.org/emon/

http://www.cuin.com.br/2012/08/sensor-de-tensao-eletrica-ac/

Datasheet acs712 https://www.google.com.br/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&sqi=2&ved=0CDEQFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.allegromicro.com%2F~%2FMedia%2FFiles%2FDatasheets%2FACS712-Datasheet.ashx&ei=3LVkUaCiI4GK9QTotYHIBQ&usg=AFQjCNG8Ps3cR0EkgfoM3ZNSpXLpyj7gZg&sig2=4WOo1CrtdZidPfc1GX97LQ&bvm=bv.44990110,d.dmQ