Датчик тока arduino: Датчик тока ACS712: описание, подключение, схема, характеристики

с Arduino

Мониторинг потока тока в устройстве с помощью устройства с питанием от сети – это просто сложная задача.Поскольку непрерывный мониторинг потока тока с помощью цепи создает изоляцию тока в целевом устройстве, поэтому нам нужно измерять ток, не влияя на целевое устройство.


Мы измеряем ток в цепи для расчета нескольких спецификаций, для разработчика электроники важно измерять и регистрировать текущий уровень по времени, иногда мультиметр с точностью измерения тока помогает нам измерить то же самое. . Если вы ищете схему датчика тока сети с регистрацией данных, то эта статья поможет вам лучше.

Популярным и простым методом измерения тока является измерение тока на эффекте Холла.

Что такое эффект Холла?

Когда проводник с током помещался в магнитное поле, генерировалось напряжение, пропорциональное полю. Это известно как эффект Холла.

ACS712 Датчик тока на эффекте Холла

ACS712 от Allegro предоставляет точные решения для измерения переменного или постоянного тока, которые подходят для промышленных, коммерческих и коммуникационных систем.Комплектация устройства позволяет легко реализовать его заказчику. Типичные приложения включают управление двигателем, обнаружение и управление нагрузкой, импульсные источники питания и защиту от перегрузки по току. Устройство не предназначено для автомобильного применения. Устройство состоит из точной линейной цепи Холла с малым смещением и медным проводящим каналом, расположенным вблизи поверхности кристалла.

Приложенный ток, протекающий через этот медный проводящий путь, создает магнитное поле, которое ИС Холла преобразует в пропорциональное напряжение.Точность устройства оптимизируется за счет непосредственной близости магнитного сигнала к датчику Холла. Точное, пропорциональное напряжение обеспечивается стабилизированной прерывателем BiCMOS Hall IC с низким смещением, которая запрограммирована на точность (acs712-datasheet).

Характеристики

▪ Малошумящий аналоговый сигнальный тракт
▪ Полоса пропускания устройства устанавливается через новый вывод ФИЛЬТРА
▪ Время нарастания выходного сигнала 5 мкс в ответ на ступенчатый входной ток
▪ Полоса пропускания 80 кГц
▪ Общая ошибка выхода 1.5% при TA = 25 ° C
▪ Компактный, низкопрофильный корпус SOIC8
▪ Внутреннее сопротивление проводника 1,2 мОм
▪ Минимальное напряжение изоляции 2,1 кВ (среднеквадратичное значение) между контактами 1-4 и 5-8
▪ 5,0 В, режим однополярного питания
▪ Выходная чувствительность от 66 до 185 мВ / А.
▪ Выходное напряжение пропорционально переменному или постоянному току.

Блок-схема ACS 712

Как это работает?

Здесь микросхема датчика тока ACS712 размещена в коммутационной плате и подключается к целевой нагрузке считывания тока и микроконтроллеру.Датчик обнаруживает ток, протекающий через контакты IP + и IP- ( Resistance Current Conductor ), он создает эффект Холла, а затем пропорциональное выходное напряжение, снимаемое с контакта 7 (VIOUT) ACS712. Его можно напрямую подавать на микроконтроллеры. Аналоговый входной вывод после фильтров.

Усилитель дифференциального тока

Эта конфигурация увеличивает коэффициент усиления до 610 мВ / А. Для выхода переменного тока эта схема дифференциального усилителя помогает обеспечить установившееся состояние Vout.Это типичная схема приложения из таблицы данных.

Взаимодействие Arduino и ACS712-Hookup

Согласно примечаниям по применению, датчик тока холла подключен к целевой нагрузке, а выходной сигнал подключен к хорошо известному Arduino A0 (аналоговый входной контакт 0). Этот разрыв датчика потребляет питание от источника питания Arduino (+5 и GND). После завершения настройки загрузите следующий код Arduino для измерения текущего потока в нагрузку.

Измерение постоянного тока Код Arduino

 void setup () {
 
  Серийный .begin (9600);
}
 
void loop () {
 
 среднее значение с плавающей запятой = 0;
 for (int i = 0; i <1000; i ++) {
 среднее = среднее + (0,0264 * analogRead (A0) -13,51) / 1000;
 
 // Режим 5A, если режим 20A или 30A, необходимо изменить эту формулу на
 //(.19 * analogRead (A0) -25) для режима 20А и
 //(.044 * analogRead (A0) -3.78) для режима 30A
 
 задержка (1);
 }
  Серийный  .println (средний);
}

 

Код Arduino для измерения переменного тока

 #define CURRENT_SENSOR A0 // Определить аналоговый входной контакт, к которому подключен датчик
 
floatampitude_current; // Плавающий ток амплитуды
float effective_value; // Плавающий эффективный ток
 
установка void ()
{
  Серийный .begin (9600);
 pins_init ();
}
пустой цикл ()
{
 int sensor_max;
 sensor_max = getMaxValue ();
  Серийный  .print ("sensor_max =");
  Серийный  .println (sensor_max);
 
 // VCC на интерфейсе Arduino датчика составляет 5 В
 
 ampitude_current = (float) (sensor_max-512) / 1024 * 5/185 * 1000000; // для режима 5A вам нужно изменить это на режим 20 A и 30A;
 эффективное_значение = амплитудный_ток / 1,414;
 
 // для минимального тока = 1/1024 * 5/185 * 1000000/1.414 = 18,7 (мА)
 // Только синусоидальный переменный ток
 
  Serial  .println («Амплитуда тока (в мА)»);
  Серийный  .println (ampitude_current, 1);
 
 // Только одно число после десятичной точки
 
  Serial  .println («Действующее значение тока (в мА)»);
  Серийный номер  .println (эффективное_значение, 1);
}
void pins_init ()
{
 pinMode (CURRENT_SENSOR, INPUT);
}
/ * Функция: выборка для 1000 мс и получение максимального значения с вывода S * /
 
интервал getMaxValue ()
{
 int sensorValue; // значение, считываемое с датчика
 int sensorMax = 0;
 uint32_t start_time = миллис ();
 while ((millis () - start_time) <1000) // выборка для 1000 мс
 {
 sensorValue = analogRead (CURRENT_SENSOR);
 если (sensorValue> sensorMax)
 {
 / * записываем максимальное значение датчика * /
 
 sensorMax = sensorValue;
 }
 }
 датчик возврата Макс;
}

 

Предупреждение: нескольких миллиампер достаточно, чтобы повредить человеку. Будьте осторожны при измерении силы тока.10 = 1024 с шагом через опорное напряжение в 5В по умолчанию для Uno, Nano и т.д. Это дает ему разрешение измерения 1024 с шагом 5V / = разрешение напряжения 4.88mV. 4,88 мВ / 66 мВ / А = 0,074 А или 74 мА.

Итак, разрешение по умолчанию для Arduino Uno, Nano и т. Д. Составляет 74 мА. Реально он будет колебаться вокруг этого значения, поэтому ваша точность может быть примерно в 3 ~ 4 раза больше, или около 300 мА , и ваша точность так же хороша, как вы ее откалибруете, что может легко быть около этого значения, если вы откалибруете это хорошо.

Разрешение 74 мА неплохо, но есть несколько уловок, чтобы его улучшить. Вот несколько:

1. Внешние аппаратные решения:

1. Используйте версию 20A или 5A вместо версии 30A ACS712. Версия 5A имеет чувствительность 185 мВ / А, что автоматически улучшает разрешение до 4,88 мВ / 185 мВ / А = 0,026 А или 26 мА , что на 74 мА / 26 мА = в 2,8 раза лучше .
2. Купите внешний АЦП с высоким разрешением.16 = 5 В / 65535 = 0,0763 мВ вместо 4,88 мВ и 0,0763 мВ / 66 мВ / А = 0,001156 А или 1,156 мА .

2. Программные решения (бесплатно!):

1. Изменение ссылки ваше напряжение, чтобы использовать встроенный 1.1V внутренние ссылки. Это просто: вызовите analogReference (ВНУТРЕННИЙ) в своей функции setup () . Выполнено! См. Https://www.arduino.cc/reference/en/language/functions/analog-io/analogreference/. Если я правильно помню, это отсылка внутреннего напряжения диода на основе (см ATmega328 техническое описание), и может быть смещены на целых 10% от части к части, так откалибровать для каждого Arduino вас есть, и вы получите хороший полученные результаты! Теперь разрешение вашего АЦП равно 1.1 В / 1024 = 1,07 мВ вместо 4,88 мВ Arduino по умолчанию, поэтому ваше текущее разрешение составляет 1,07 мВ / 66 мВ / A = 16,2 мА , что на 74 мА / 16,2 мА = в 4,6 раза лучше .
2. Используйте передискретизацию, чтобы увеличить 10-битный АЦП Arduino до ~ 16 бит или около того. Примечание по применению Atmel AVR121: Повышение разрешения АЦП за счет передискретизации очень хорошо объясняет это, хотя и требует серьезного изучения. Для этого существуют библиотеки, которые можно использовать в Google. Я написал одну из них.6 = 64. Ваше максимальное значение будет 1023 x 64 = 65472. Ваше разрешение напряжения будет улучшено с 4,88 мВ до ~ 0,0764 мВ в лучшем случае . Он не будет таким же хорошим, как настоящий 16-битный АЦП, подобный описанному выше от Adafruit, но его вполне достаточно для многих целей. Имейте в виду, что 4096 10-битных показаний занимает некоторое время, поэтому я также рекомендую вам ускорить тактовую частоту АЦП, чтобы улучшить скорость чтения 10-битных значений с ~ 10 кГц до ~ 50 кГц. Здесь также пригодится библиотека, чтобы упростить задачу. Бесплатные решения с открытым исходным кодом уже существуют.Вот таблица, которую я составил, когда впервые прочитал заметку по применению AVR121 и практиковал передискретизацию. Считайте значения разрешения за пределами ~ 16 бит чисто теоретическими. Передискретизация имеет свои пределы.

Что бы я сделал? Я хотел бы использовать внутренний источник опорного напряжения 1.1V и передискретизации с увеличенной скоростью АЦП часов на ACS712 части, которая обеспечивает минимальный допустимый максимальный ток (т.е. выбрать версию 5A не 20A или 30A версия, если 5A достаточно, или версия 20A не версия 30А, если 20А достаточно). Просто убедитесь, что ваше максимальное напряжение на аналоговых выводах не превысит 1,1 В значение Vref . Если он будет использовать стандартную ссылку 5V для АЦП, и просто делать передискретизации в одиночку. В конце концов, мое текущее разрешение составило бы несколько мА. Если я не могу выполнить выборку на желаемой частоте с использованием передискретизации (я не знаю, какие динамические эффекты вы, возможно, пытаетесь измерить), я бы использовал внешний АЦП с высоким разрешением, который может производить выборку быстрее, чем передискретизация при высоких разрешениях. позволять.

И если этого недостаточно, что я буду делать? Я бы использовал прецизионный шунт, то есть «резистор тока» с правильным значением, чтобы я мог измерять значения в правильном диапазоне. Если мне нужно усиление, я куплю внешний АЦП и / или операционный усилитель от Adafruit, пока у меня все не будет подходящего размера. Помните, что если ваш шунт (токовый резистор) слишком мал для измерения необходимых вам малых токов, выполните следующие действия:

1. Используйте более высокое значение сопротивления. V = IR (напряжение = ток x сопротивление), поэтому увеличивайте R, чтобы увеличить V на нем для заданного тока I.
2. Используйте операционный усилитель для усиления падения напряжения на резисторе (выберите Adafruit, поскольку Adafruit упрощает эту задачу и предлагает лучшие в мире примеры).
3. Используйте АЦП с высоким разрешением и / или передискретизацию, чтобы повысить чувствительность для измерения небольших изменений напряжения.

Датчик тока | Современное устройство

Описание

Датчик тока Modern Device представляет собой абсолютно уникальный, простой в использовании, электрически изолированный датчик тока для напряжения сети переменного тока (120/240 В переменного тока).Просто привяжите датчик к шнуру питания и безопасно считайте ток, пропорциональный выходному постоянному току. Датчик имеет только три соединения 3,3 или 5 вольт, GND и линейный выход напряжения, который идет непосредственно на АЦП микроконтроллера (аналоговый вывод). Поскольку датчик полностью изолирован от сетевого шнура переменного тока, датчик тока современного устройства представляет собой безопасный и простой способ без проблем измерять ток с помощью Arduino или другого микроконтроллера.

Датчик тока может различать нагрузки мощностью всего 2 Вт при напряжении 120 вольт, что означает, что он может определять изменение силы переменного тока примерно на 16 мА.На выходе получается аналоговое напряжение, пропорциональное измеряемому току. Если вы ищете абсолютные значения тока, вам нужно будет сделать небольшую калибровку: это так же просто, как применить две нагрузки, надеюсь, легкую нагрузку и гораздо более тяжелую нагрузку, и просто усреднить между точками нагрузки.

Как показывают наши тесты, датчик действительно обладает впечатляющей линейностью.

Как это работает?

Теоретически вы не должны ощущать ток от двух проводов переменного тока, находящихся в непосредственной близости.Это связано с тем, что магнитные поля от двух силовых проводов, сдвинутых по фазе на 180 градусов, должны нейтрализовать друг друга. Если вы когда-либо использовали токоизмерительные клещи (токоизмерительные клещи) переменного тока, вы знаете, что важно поместить внутрь зажима только один провод. Помещение обоих проводников внутрь токоизмерительных клещей приведет к нулевому или очень низкому показанию, поскольку поля отменяются.

Уловка, которую использует датчик тока современного устройства, заключается в том, чтобы два отдельных элемента холла располагались как можно ближе к отдельным проводникам кабелей, один датчик ближе к одному проводу, а другой датчик ближе к другому (не совпадающему по фазе) проводнику.Применяя современные датчики на эффекте Холла, которые включают в себя операционные усилители с прерывателем для высокого усиления, датчик тока затем уважительно считывает два датчика Холла, что усиливает разницу напряжений, генерируемых между двумя датчиками.

Датчик также может хорошо работать для измерения тока только в одном проводе (горячем или нейтральном), если вы хотите использовать его таким образом, но вам нужно будет ориентировать провод только над одним из датчиков эффекта Холла на плате.

Необходима простая калибровка

Важно отметить, что фактическая кривая, которую вы получите (но не ее линейность), зависит от геометрии вашего провода и положения датчика по отношению к проводу.Для максимальной чувствительности отрегулируйте положение датчика на проводе, контролируя выходной сигнал для максимального отклика. Потенциометр на плате также можно использовать для регулировки усиления с точностью до 3. Набросок в сообщениях в блоге ниже объясняет очень быстрые и простые методы калибровки датчика, для которых требуется только сбор двух точек данных.

Датчик поставляется с двумя небольшими стяжками, которые можно использовать для крепления датчика к сетевому шнуру, удлинителю или удлинителю, и 3-контактному штекеру.В некоторых случаях может потребоваться добавить каплю горячего клея, чтобы датчик оставался зафиксированным на проводе в стабильной конфигурации. В отдельном пункте раскрывающегося меню доступны дополнительные стяжки.

Ресурсы

Система измерения и переключения переменного тока 230 В. : arduino

Я создаю проект, например, как можно сделать коммутационное устройство на основе тока. Первое из: ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ: в этом проекте используется 230 В переменного тока, 10 А. У меня были рекомендации сертифицированного инженера по установке, который контролировал и проверял, что я создаю. Если вы не знаете, как работать с 230 В, вы не должны работать в проекте без личного контроля.

Помимо используемых компонентов:

• Источник питания 5 В, 3 А

• Источник питания 5 В, 1 А

• УЗО с токовой защитой 40 А

• Предохранитель 10 А с держателем

• Провод 2,5 мм² синего, коричневого, фиолетового, серого цвета

• различные наконечники и кабельные наконечники.

• винтовые соединители

• Повышающий преобразователь.

• 4x неинвазивный датчик тока Seeeds studio 15A

• малая электроника; резисторы, светодиоды, штыри.

• Arduino Micro.

• Гнездо 4x C13

• Гнездо 4x 3pin XLR.

• кабельный лоток.

• Карта Relais с гальванической развязкой

Сам проект заключался в создании машины, которая будет включать и выключать различные пилы и шлифовальные машины. Цель заключалась в том, чтобы одновременно использовать только одну машину. Также в будущем он должен иметь возможность открывать и закрывать клапаны вакуумной системы.обзор: https://imgur.com/9JT2cxY

Система соответствует голландским руководствам по установке, однако в нее были внесены некоторые изменения. Поскольку система включает 230 В переменного тока и 5 В постоянного тока, «нормальный» цветовой код для кабелей был изменен на сторону переменного тока. Там, где для переключения проводов обычно используется черный цвет, я использовал фиолетовый и серый. Чтобы не путать с линией 0В постоянного тока. Фиолетовый используется как коммутирующий провод нейтральной линии. серый для коммутирующего провода линии под напряжением. Реле могут переключать максимум 12 А 250 В переменного тока.Чтобы система не сварилась с высоким током, предохранитель установлен на 10 А. УЗО добавлено, чтобы добавить еще один уровень безопасности, а также функционировать для выключателя питания.

Каждая линия под напряжением имеет собственный датчик тока. Неинвазивный датчик переменного тока seeeds studio дает выходной ток 1 мА на измеренный ампер. Чтобы преобразовать его в измеримое напряжение, я использовал переменный резистор. Поскольку я хочу измерить только то, течет ли ток, а не его силу, мне не нужна была калибровка.Таким образом, один диод используется для половинного выпрямления синусоидальной волны от датчика. Это не идеально для датчика истинного тока. Обычно можно использовать выпрямитель на операционном усилителе, чтобы убедиться, что входной сигнал равен выходному сигналу. Диод имеет падение тока 0,7 В. для компенсации того, что резистор нагрузки может быть увеличен. Небольшая схема построения цепи датчика тока: https://imgur.com/mto1EKT

Машины подключаются к реле через NC-соединение. Это сокращает время, в течение которого катушки находятся под напряжением, и тем самым снижает выработку тепла.Как только ток измеряется на одном устройстве, реле остальных устройств переключаются, так что только одно устройство может быть включено.