Меню Рубрики

Установка датчика силы тока

Датчик тока ACS712

Товары

Измерение и контроль протекающего тока являются принципиальным требованием для широкого круга приложений, включая схемы защиты от перегрузки по току, зарядные устройства, импульсные источники питания, программируемые источники тока и пр.

Содержание:

  • Обзор
  • Технические характеристики модуля
  • Подключение
  • Пример использования
  • Часто задаваемые вопросы FAQ

Измерение и контроль протекающего тока являются принципиальным требованием для широкого круга приложений, включая схемы защиты от перегрузки по току, зарядные устройства, импульсные источники питания, программируемые источники тока и пр. Один из простейших методов измерения тока –использование резистора с малым сопротивлением, – шунта между нагрузкой и общим проводом, падение напряжения на котором пропорционально протекающему току. Несмотря на то, что данный метод очень прост в реализации, точность измерений оставляет желать лучшего, т.к. сопротивление шунта зависит от температуры, которая не является постоянной. Кроме того, такой метод не позволяет организовать гальваническую развязку между нагрузкой и измерителем тока, что очень важно в приложениях, где нагрузка питается высоким напряжением. Датчик тока ACS712 основан на эффекте Холла, суть которого в следующем: если проводник с током помещён в магнитное поле, на его краях возникает ЭДС, направленная перпендикулярно к направлению тока и направлению магнитного поля (рисунок 1).

Датчик тока ACS712 состоит из датчика Холла и медного проводника. Протекающий через медный проводник ток создает магнитное поле, которое воспринимается элементом Холла. Магнитное поле линейно зависит от силы тока. ACS712 датчик построен на эффекте Холла и имеет линейную зависимость измеряемого тока и выходного сигнального напряжения. Уровень выходного напряжения сенсора пропорционально зависит от измеряемого тока. Диапазон измерения от −5 А до 5 A. Чувствительность — 185 мВ/А. При отсутствии тока выходное напряжение будет равняться половине напряжения питания. Датчики ACS712 и ACS713 питаются от +5В и имеют выход по напряжению. При токе равном нулю напряжение на выходе для ACS712 равно 2,5В и отклоняется в или ближе к нулю или ближе к напряжению питания — зависит от направления протекания тока. ACS712 обеспечивает экономное и прецизионное решение для измерения AC и DC тока в промышленных, автомобильных, коммерческих системах и системах связи. Корпус устройства обеспечивает удобную реализацию для пользователя. Устройство состоит из прецизионного линейного датчика тока на базе эффекта Холла с медным проводником на нижней части. Прикладываемый к медному проводнику ток создает, улавливаемое датчиком, магнитное поле, которое преобразуется в пропорциональное напряжение. Точность устройства оптимизирована за счет непосредственной близости от магнитного сигнала к датчику. Напряжение обеспечивается BiCMOS Hall микросхемой с низким смещением и заводскими настройками точности.

Технические характеристики ACS712

  • ACS712 работает с постоянным и переменным током;
  • Чувствительность датчиков:
  • ACS712 5А: 185 мВ/А;
  • ACS712 20А: 100 мВ/А;
  • ACS712 30А: 66 мВ/А;
  • ACS713 20А: 185 мВ/А;
  • ACS713 30А: 133 мВ/А.
  • Напряжение питания +5,0 В;
  • Ток потребления не превышает 11мА;
  • Сопротивление токовой шины 1,2 мОм;
  • Температура эксплуатации -40°C…+85°C;
  • Размер 31мм х 13мм.

Подключение датчик тока ACS712 к плате Arduino

Для подключения ACS712 к плате Arduino используют 3 провода:

  • VCC – питание (опорное напряжение 5В);
  • GND – земля;
  • OUT – сигнальный (подключается к аналоговому выводу контроллера Arduino).

Для измерения тока датчик подключается в разрыв цепи между источником питания и нагрузкой. Схема подключения к плате Arduino показана на рисунке 2.

Рисунок 2. Подключение датчика тока ACS712 к плате Arduino.

Пример использования

Датчик тока подключается к нагрузке в разрыв цепи через колодки под винт. Для работы с датчиком мы можно использовать библиотеку TroykaCurrent, которая переводит значения аналогового выхода датчика в миллиамперы. В листинге 1 представлен скетч для измерения постоянного тока.

Листинг 1 Загружаем скетч на плату Arduino, подключаем нагрузку к источнику питания 12В и смотрим значение тока при подключении хоппера выдачи монет (рис. 4) и двигателя для вендингового аппарата (рис. 6).

Рисунок 3. Подключение хоппера выдачи монет к источнику питания 12В.

Рисунок 4. Измерение силы тока при подключении хоппера выдачи монет к источнику питания 12В.

Рисунок 5. Подключение двигателя для вендингового аппарата к источнику питания 12В.

Рисунок 6. Измерение силы тока при подключении двигателя для вендингового аппарата к источнику питания 12В.

В листинге 2 представлен скетч для измерения переменного тока.

источник

Датчик тока (Trema-модуль V2.0)

Общие сведения:

Trema-модуль Датчик тока — это аналоговый модуль, позволяющий определять силу как постоянного, так и переменного тока до 5А. Для определения силы тока протекающего по исследуемой цепи, нужно один из её проводов подключить через клеммник на плате модуля. Потенциал на выходе модуля «S» (Signal) будет меняться в соответствии с направлением и силой измеряемого тока.

Читайте также:  Установка проставок на задние пружины дэу нексия

Видео:

Спецификация:

  • Чип ACS712ELCTR-05B-T.
  • Питание модуля: 5 В постоянного тока.
  • Измеряемый постоянный ток: ±5 А.
  • Измеряемый переменный ток:

5 А.

  • Максимальное напряжение исследуемой цепи: 300 В.
  • Частота измеряемого переменного тока: до 60 Гц.
  • Сопротивление между выводами клеммника: 1,2 мОм.
  • Потенциал на выходе «S» при отсутствии измеряемого тока: Vcc/2 В.
  • Чувствительность модуля: 130,7 мВ/A. (Ток в 1 А смещает потенциал выхода «S» на 130,7 мВ).
  • Рабочая температура: -40 . 85 °C.
  • Габариты модуля 30×30 мм.
  • Все модули линейки «Trema» выполнены в одном формате

    Подключение:

    Trema-модуль Датчик тока (5А) является аналоговым модулем, а значит его выход «S» (Signal) подключается к любому аналоговому входу Arduino.

    В комплекте имеется кабель для быстрого и удобного подключения модуля к Trema Shield .

    Модуль удобно подключать 3 способами, в зависимости от ситуации:

    Способ — 1 : Используя проводной шлейф и Piranha UNO

    Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO

    Способ — 2 : Используя Trema Set Shield

    Модуль можно подключить к любому из аналоговых входов Trema Set Shield.

    Способ — 3 : Используя проводной шлейф и Shield

    Используя 3-х проводной шлейф, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.

    Питание:

    Входное напряжение питания 5 В постоянного тока, подаётся на выводы «V» (Vcc) и «G» (GND) модуля.

    Подробнее о модуле:

    Trema-модуль Датчик тока (5А) построен на базе чипа ACS712 (Analog Current Sensor). Выводы чипа подключённые к клеммнику модуля соединены внутри чипа медной дорожкой, расположенной вблизи датчика Холла. При наличии тока протекающего по этой медной дорожке, генерируемое им магнитное поле, воспринимается датчиком Холла и преобразуется в напряжение на выходе чипа, пропорциональное силе тока. Таким образом выводы подключаемые к исследуемой цепи (ток которой измеряется) электрически изолированы от выхода и шины питания модуля. Для улучшения соотношения сигнал-шум, на выходе Trema модуля установлен RC-фильтр.

    Для определения силы тока протекающего по исследуемой цепи, нужно один из проводов этой цепи подключить через клеммник на плате модуля.

    Ток протекающий через клеммы Trema-модуля Датчик тока (5А) генерирует магнитное поле, которое воспринимается датчиком Холла и преобразуется в напряжение на выходе «S» модуля, пропорциональное силе и направлению измеряемого тока.

    Для работы с модулем предлагаем воспользоваться библиотекой iarduino_ACS712, в которой реализовано по 4 функции для работы с постоянным и переменным током:

    • 4 функции для работы с постоянным током: setZeroVDC(), getZeroVDC(), readDC(), calibrationDC().
    • 4 функции для работы с переменным током: setZeroVAC(), getZeroVAC(), readAC(), calibrationAC().

    Перечисленные функции идентичны по назначению и отличаются лишь окончанием DC (для постоянного тока) / AC (для переменного тока).

    Чтение силы тока осуществляется вызовом функции readDC() или readAC(), например, float i = readDC() // прочитать силу постоянного тока в переменную i. Функция не только возвращает силу тока в амперах, но и автоматически сглаживает выводимые показания (чем чаще вызывается функция, тем сильнее сглаживание показаний — показания меняются плавнее).

    Если показания возвращаемые функцией readDC() или readAC() отличаются от реально измеренных, то их можно откорректировать вызвав функцию calibrationDC() или calibrationAC(), с параметром в виде числа от 0 до 1023 (по умолчанию 511). Данная функция удобна если для корректировки показаний датчика тока используется подстроечный резистор, подключённый к свободному аналоговому входу Arduino, показание АЦП которой как раз лежат в диапазоне от 0 до 1023. Например, calibrationDC(analogRead(A5)); // Показания возвращаемые функцией readDC() корректируются потенциометром подключённым к выводу A5.

    Напряжение на выходе модуля «S» может измениться при подключении модуля к цепи измеряемого тока, даже если цепь обесточена. На это могут повлиять такие факторы как: токи утечки, электромагнитные и магнитные поля создаваемые другими цепями, или устройствами, намагниченные предметы вблизи модуля и т.д. Значит, перед началом работы с модулем, нужно указать напряжение на выходе «S» которое соответствует отсутствию тока в подключённой цепи. Это напряжение указывается через функцию setZeroVDC() или setZeroVAC(), например, setZeroVDC(2.5); // напряжение на выходе модуля при отсутствии измеряемого постоянного тока соответствует значению 2,5 В. Так же эта функция может быть использована если Вам требуется измерить не реальное значение тока, а отклонение показаний от требуемой силы тока.

    Читайте также:  Установка встраиваемой вытяжки neff

    Получить среднее значение напряжения на выходе «S» модуля можно вызвав функцию getZeroVDC() или getZeroVAC(), например, float i = getZeroVDC(); // сохранить среднее значение напряжения в переменную i. Функция вернёт усреднённое напряжение в вольтах на выходе модуля, которое соответствует текущему току в измеряемой цепи. Далее это значение можно использовать в качестве параметра для функции setZeroVDC() или setZeroVAC().

    Если Вы желаете использовать модуль для измерения тока в разных цепях, то в коде setup можно указать: float i = getZeroVDC(); setZeroVDC(i); // получить и установить среднее значение напряжения на выходе модуля, например, соответствующее отсутствию постоянного тока в измеряемой цепи. Но тогда при каждом старте скетча, ток в цепи действительно должен отсутствовать.

    Если Вы желаете использовать модуль для измерения тока в одной и той же цепи, то можно считать напряжение на выходе модуля (при отсутствии измеряемого тока) используя функцию getZeroVDC() или getZeroVAC(), только один раз. Запомнить полученное значение. И переписать скетч, где в коде setup вызывать только функцию setZeroVDC() или setZeroVAC() с указанием этого значения, не вызывая функцию getZeroVDC() или getZeroVAC(). Например, setZeroVDC(2.5); Тогда обесточивать цепь при старте скетча не потребуется.

    Подробнее про установку библиотеки читайте в нашей инструкции..

    Примеры:

    Измерение постоянного тока:

    В данном скетче, Trema датчик тока 5A используется для вывода измеренного постоянного тока в монитор последовательного порта. Следующий скетч предназначен для измерения переменного тока и отличается от данного скетча только тем, что в нём изменены окончания функций библиотеки iarduino_ACS712 (вместо DC указано AC).

    Измерение переменного тока:

    В данном скетче, Trema датчик тока 5A используется для вывода измеренного переменного тока в монитор последовательного порта. Данный скетч отличается от предыдущего только тем, что в нём изменены окончания функций библиотеки iarduino_ACS712 (вместо DC указано AC).

    Измерение переменного тока с регулировкой показаний:

    Как видно из предыдущих скетчей, функция calibrationDC() или calibrationAC(), позволяет откорректировать выводимые показания, но её удобно использовать с подстроечным резистором подключённым к свободному аналоговому входу Arduino, что и сделано в следующем скетче:

    В данном скетче, показания силы тока, можно корректировать поворотом потенциометра. Центральное положение потенциометра будет означать отсутствие корректировки, а его поворот влево или вправо, будет линейно уменьшать или увеличивать показания. Аналогичным образом можно создать скетч для измерения постоянного тока с регулировкой показаний. Все представленные скетчи имеются в примерах библиотеки iarduino_ACS712.

    Описание основных функций библиотеки:

    Библиотека iarduino_ACS712 предназначена для работы только с Trema датчиком тока 5A .

    источник

    Использование датчика тока ACS712. Часть 1 — Теория

    Allegro ACS712

    Измерение и контроль протекающего тока являются принципиальным требованием для широкого круга приложений, включая схемы защиты от перегрузки по току, зарядные устройства, импульсные источники питания, программируемые источники тока и пр. Один из простейших методов измерения тока –использование резистора с малым сопротивлением, – шунта между нагрузкой и общим проводом, падение напряжения на котором пропорционально протекающему току. Несмотря на то, что данный метод очень прост в реализации, точность измерений оставляет желать лучшего, т.к. сопротивление шунта зависит от температуры, которая не является постоянной. Кроме того, такой метод не позволяет организовать гальваническую развязку между нагрузкой и измерителем тока, что очень важно в приложениях, где нагрузка питается высоким напряжением.

    Рисунок 1. Модуль датчика тока ACS712.

    Основные недостатки измерения тока с помощью резистивного шунта:

    • нагрузка не имеет прямой связи с «землей»;
    • нелинейность измерений, обусловленная температурным дрейфом сопротивления резистора;
    • отсутствие гальванической развязки между нагрузкой и схемой измерения.

    В статье мы рассмотрим экономичный и прецизионный интегральный датчик тока Allegro ACS712, принцип его работы, основанный на эффекте Холла, характеристики и способ подключения к микроконтроллеру для измерения постоянного тока. Статья разделена на две части: первая посвящена устройству и характеристикам датчика, вторая – интерфейсу с микроконтроллером и работе с датчиком.

    Датчик тока ACS712 основан на принципе, открытом в 1879 году Эдвином Холлом (Edwin Hall), и названным его именем. Эффект Холла состоит в следующем: если проводник с током помещен в магнитное поле, то на его краях возникает ЭДС, направленная перпендикулярно, как к направлению тока, так и к направлению магнитного поля. Эффект иллюстрируется Рисунком 2. Через тонкую пластину полупроводникового материала, называемую элементом Холла, протекает ток I. При наличии магнитного поля на движущиеся носители заряда (электроны) действует сила Лоренца, искривляющая траекторию движения электронов, что приводит к перераспределению объемных зарядов в элементе Холла. Вследствие этого на краях пластины, параллельных направлению протекания тока, возникает ЭДС, называемая ЭДС Холла. Эта ЭДС пропорциональна векторному произведению индукции B на плотность тока I и имеет типовое значение порядка нескольких микровольт.

    Читайте также:  Установка ионного легирования лада

    Рисунок 2. Эффект Холла.

    Микросхема ACS712 выпускается в миниатюрном 8-выводном корпусе SOIC для поверхностного монтажа (Рисунок 3). Она состоит из прецизионного линейного датчика Холла с малым напряжением смещения и медного проводника, проходящего у поверхности чипа и выполняющего роль сигнального пути для тока (Рисунок 4). Протекающий через этот проводник ток, создает магнитное поле, воспринимаемое встроенным в кристалл элементом Холла. Сила магнитного поля линейно зависит от проходящего тока. Встроенный формирователь сигнала фильтрует создаваемое чувствительным элементом напряжение и усиливает его до уровня, который может быть измерен с помощью АЦП микроконтроллера.

    Рисунок 4. Внутренняя конструкция датчика тока ACS712. Виден U-образный медный проводник проходящий вокруг элемента Холла.

    На Рисунке 5 показано расположение выводов ACS712 и типовая схема его включения. Выводы 1, 2 и 3,4 образуют проводящий путь для измеряемого тока с внутренним сопротивлением порядка 1.2 мОм, что определяет очень малые потери мощности. Его толщина выбрана такой, чтобы прибор выдерживал силу тока в пять раз превышающую максимально допустимое значение. Контакты силового проводника электрически изолированы от выводов датчика (выводы 5 – 8). Расчетная прочность изоляции составляет 2.1 кВ с.к.з.

    Рисунок 5. Расположение выводов интегрального датчика ACS712 и типовая схема включения.

    В низкочастотных приложениях часто требуется включить на выходе устройства простой RC фильтр, чтобы улучшить отношение сигнал-шум. ACS712 содержит внутренний резистор RF, соединяющий выход встроенного усилителя сигнала со входом выходной буферной схемы (см. Рисунок 6). Один из выводов резистора доступен на выводе 6 микросхемы, к которому подключается внешний конденсатор CF. Следует отметить, что использование конденсатора фильтра приводит к увеличению времени нарастания выходного сигнала датчика и, следовательно, ограничивает полосу пропускания входного сигнала. Максимальная полоса пропускания составляет 80 кГц при емкости фильтрующего конденсатора равной нулю. С ростом емкости CF полоса пропускания уменьшается. Для снижения уровеня шума при номинальных условиях рекомендуется устанавливать конденсатор CF емкостью 1 нФ.

    Рисунок 6. Функциональная схема датчика тока ACS712.

    Чувствительность и выходное напряжение ACS712

    Выходное напряжение датчика пропорционально току, протекающему через проводящий путь (от выводов 1 и 2 к выводам 3 и 4). Выпускается три варианта токового датчика для разных диапазонов измерения:

    Соответствующие уровни чувствительности составляют 185 мВ/А, 100 мА/В и 66 мВ/A. При нулевом токе, протекающем через датчик, выходное напряжение равно половине напряжения питания (Vcc/2). Необходимо заметить, что выходное напряжение при нулевом токе и чувствительность ACS712 пропорциональны напряжению питания. Это особенно полезно при использовании датчика совместно с АЦП.

    Точность любого АЦП зависит от стабильности источника опорного напряжения. В большинстве схем на микроконтроллерах в качестве опорного используется напряжение питания. Поэтому при нестабильном напряжении питания измерения не могут быть точными. Однако если опорным напряжением АЦП сделать напряжение питания датчика ACS712, его выходное напряжение будет компенсировать любые ошибки аналого-цифрового преобразования, обусловленные флуктуациями опорного напряжения.

    Рассмотрим эту ситуацию на конкретном примере. Допустим, что для опорного напряжения АЦП и питания датчика ACS712 используется общий источник Vcc = 5.0 В. При нулевом токе через датчик его выходное напряжение составит Vcc/2 = 2.5 В. Если АЦП 10-разрядный (0…1023), то преобразованному выходному напряжению датчика будет соответствовать число 512. Теперь предположим, что вследствие дрейфа напряжение источника питания установилось на уровне 4.5 В. Соответственно, на выходе датчика будет 4.5 В/2 = 2.25 В, но результатом преобразования, все равно, будет число 512, так как опорное напряжение АЦП тоже снизилось до 4.5 В. Точно также, и чувствительность датчика снизится в 4.5/5 = 0.9 раз, составив 166.5 мВ/А вместо 185 мВ/А. Как видите, любые колебания опорного напряжения не будут источником ошибок при аналого-цифровом преобразовании выходного напряжения датчика ACS712.

    На Рисунке 7 представлены номинальные передаточные характеристики датчика ACS712-05B при напряжении питания 5.0 В. Дрейф выходного напряжения в рабочем диапазоне температур минимален благодаря инновационной технологии стабилизации.

    Рисунок 7. Зависимость выходного напряжения ACS712-05B от измеряемого тока при напряжении питания 5.0 В и различных рабочих температурах.

    Часть 2 — Подключение датчика к микроконтроллеру и работа с ним

    источник

    Популярные записи

    Установка времени сессии php
    Установка лед подсветки в монитор
    Установка принтера canon ip1700
    Установка автозвука на киа соренто
    Установка винта на xbox 360
    Установка приводного ремня на kia sorento

    Добавить комментарий

    Adblock
    detector