Датчик тока ардуино. Измерение тока с помощью датчика ACS712 и Arduino: подробное руководство

| 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 В, 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 выполнить небольшую калибровку: это так же просто, как применить две нагрузки, надеюсь, небольшую 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 в фазе) проводнику.Применяя современные датчики на эффекте Холла, которые включают в себя операционные усилители с прерывателем для высокого усиления, датчик тока затем считывает два датчика Холла по принципу уважения, что усиливает разность 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

с использованием Arduino и датчика ACS758

/ ************************************ *********************************

*

* Измерение переменного и постоянного электрического тока с использованием Arduino и Allegro ACS758

* датчик тока на основе эффекта Холла — 2 проект.

* Расчетные текущие значения выводятся на ЖК-экран 1602 и монитор последовательного порта.

* Это бесплатное программное обеспечение БЕЗ ГАРАНТИЙ — используйте его на свой страх и риск!

* https://simple-circuit.com/

*

******************************* *************************************** /

#include // включить ЖК-библиотеку Arduino

// Подключения ЖК-модуля (RS, E, D4, D5, D6, D7)

LiquidCrystal lcd (3, 4, 5, 6, 7, 8);

#define REF_VOLTAGE 1100.0 // опорное напряжение внутренней ширины запрещенной зоны, в милливольтах

#define ACS758_SENS 10 // ACS758 чувствительность = 10 мВ / A (для версии ACS758-200B)

#define CUR_SEL 2 // вывод кнопки выбора типа тока

// определить тип тока

#define AC 0 // AC current

#define DC 1 // DC current

#define AC_DC 2 // AC + DC ток (переменный ток со смещением DC)

// переменные

байт current_type = AC; // текущий тип согласно предыдущим 3 определениям

const uint16_t n = 256; // количество отсчетов

float _array [n]; // образец массива с n элементами

float dc_offset; // автокалибровка смещения постоянного тока

void setup (void) {

Serial.begin (9600);

pinMode (CUR_SEL, INPUT_PULLUP);

ЖК начало (16, 2); // установка количества столбцов и строк ЖК-дисплея

// Конфигурация АЦП

ADMUX | = (1 << REFS0); // установить ADC + ive vlotage reference на AVCC

// автоматический запуск АЦП включен, коэффициент деления тактовой частоты АЦП установлен на 128 (тактовая частота АЦП = 125 кГц)

ADCSRA | = (1 << ADATE) | (1 << ADPS2) | (1 << ADPS1) | (1 << ADPS0);

// выполнить автокалибровку цепи (через датчик ACS758 не должен протекать ток)

ADMUX | = (1 << MUX1); // выбираем аналоговый канал 2 (A2) в качестве входа для АЦП

dc_offset = 0;

get_smaples ();

для (uint16_t j = 0; j

dc_offset + = _array [j];

dc_offset / = n;

attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (CUR_SEL), current_type_set, FALLING); // разрешение прерывания

}

volatile bool button = 0; // переменная для кнопки CUR_SEL нажмите

// задайте тип тока: AC, DC или AC + DC

void current_type_set () {

button = 1;

detachInterrupt (digitalPinToInterrupt (CUR_SEL)); // отключение прерывания

loop ();

}

// функция противодействия кнопке

bool debounce () {

byte count = 0;

для (байт i = 0; i <5; i ++) {

if (! DigitalRead (CUR_SEL))

count ++;

задержка (10);

}

if (count> 2) return 1;

иначе вернуть 0;

}

// функция сбора аналоговых данных

void get_smaples () {

// очистить массив образцов

для (uint16_t i = 0; i

_array [i] = 0 .0;

ADCSRA | = (1 << ADEN) | (1 << ADSC); // включить модуль АЦП и начать преобразование (режим автономной работы)

// игнорировать первое чтение

while ((ADCSRA & (1 << ADIF)) == 0); // ждем установки ADIF (преобразование завершено)

ADCSRA = ADCSRA; // сбрасываем бит флага ADIF

// заполняем массив выборок 12-битными данными (добавляем еще 2 бита, используя метод передискретизации)

for (uint16_t i = 0; i

for (uint16_t j = 0; j <16; j ++) {

while ((ADCSRA & (1 << ADIF)) == 0); // ожидаем установки ADIF (преобразование завершено)

ADCSRA | = (1 << ADIF); // сбрасываем бит ADIF, записывая в него 1

_array [i] + = ADCW;

}

}

ADCSRA & = ~ ((1 << ADEN) | (1 << ADSC)); // останавливаем преобразование и отключаем модуль АЦП, сбрасываем бит ADIF также

for (uint16_t i = 0; i

_array [i] / = 4.0;

}

// функция основного цикла

void loop () {

if (button) {// если нажата кнопка текущего типа

button = 0;

if (debounce ()) {

current_type ++;

если (текущий_тип> 2)

текущий_тип = 0;

}

attachInterrupt (digitalPinToInterrupt (CUR_SEL), current_type_set, FALLING); // разрешение прерывания

return;

}

// получить цифровое представление внутреннего опорного напряжения bangap

float bgref_voltage = 0; // Внутренняя переменная опорного напряжения Arduino

ADMUX | = (1 << MUX3) | (1 << MUX2) | (1 << MUX1); // выбираем ссылку на внутреннюю запрещенную зону в качестве входных данных для ADC

get_smaples (); // получаем образцы

для (uint16_t i = 0; i

bgref_voltage + = _array [i];

bgref_voltage / = n; // среднее значение

// считывание выходного напряжения ACS758

float acs758_voltage = 0; // переменная выходного напряжения датчика ACS758

ADMUX & = ~ ((1 << MUX3) | (1 << MUX2)); // выбираем аналоговый канал 2 (A2) в качестве входа для ADC

get_smaples ();

if (current_type == AC || current_type == AC_DC) {// Тип AC или AC + DC

float _offset = 0;

if (current_type == AC) {// сигнал переменного тока

for (uint16_t i = 0; i

_offset + = _array [i];

_offset = _offset / n;

}

else // сигнал AC + DC

_offset = dc_offset; // смещение постоянного тока является предварительно откалиброванным

// вычислить среднеквадратичное значение сигнала (цифровое представление)

для (uint16_t i = 0; i

acs758_voltage + = sq (_array [i ] — _компенсировать );

acs758_voltage = acs758_voltage / n;

acs758_voltage = sqrt (acs758_voltage);

}

else {// Тип постоянного тока

for (uint16_t i = 0; i

acs758_voltage + = _array [i] — dc_offset; // удаляем предварительно откалиброванное смещение постоянного тока

acs758_voltage / = n; // среднее значение

}

// вычислить фактическое выходное напряжение датчика ACS758

acs758_voltage = acs758_voltage * REF_VOLTAGE / bgref_voltage;

// теперь мы можем рассчитать ток, проходящий через датчик ACS758 (в амперах)

float acs758_current = acs758_voltage / ACS758_SENS;

// печать данных на ЖК-дисплее и серийном мониторе

lcd.setCursor (0, 0);

if (current_type == AC) {

lcd.print («AC Current =»);

Serial.print («AC Current =»);

}

иначе, если (current_type == DC) {

lcd.print («DC Current =»);

Serial.print («DC Current =»);

}

else {

lcd.print («AC + DC Current =»);

Serial.print («AC + DC Current =»);

}

ЖК.setCursor (0, 1);

if (acs758_current <-0.01) {

lcd.print (‘-‘);

Серийный отпечаток (‘-‘);

}

acs758_current = abs (acs758_current);

char _buffer [9];

if (acs758_current <10.0) // если ток <10.0 ампер

sprintf (_buffer, «% 1u.% 02u A», (uint8_t) acs758_current, (uint8_t) (acs758_current * 100)% 100);

else if (acs758_current <100.0) // если 10.0 <= ток <100,0 А

sprintf (_buffer, «% 2u.% 02u A», (uint8_t) acs758_current, (uint8_t) (acs758_current * 100)% 100);

else // ток> = 100,0 ампер

sprintf (_buffer, «% 3u.% 02u A», (uint8_t) acs758_current, (uint8_t) (acs758_current * 100)% 100);

lcd.print (_buffer);

Serial.println (_buffer);

Serial.println ();

}

// конец кода.10 = 1024 шага по умолчанию для опорного напряжения 5 В для Uno, Nano и т. Д. Это дает разрешение измерения 5 В / 1024 шага = разрешение по напряжению 4,88 мВ. 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. На самом деле он будет колебаться вокруг этого значения, поэтому ваша точность может быть примерно в 3 ~ 4 раза выше, 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. Измените опорное напряжение, чтобы использовать внутреннее опорное напряжение 1,1 В. 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 внутреннее опорное напряжение на основе диодов (см. Техническое описание ATmega328), и оно может отличаться на 10% от детали к детали, поэтому откалибруйте его для каждого отдельного Arduino, который у вас есть, и вы получите хороший результат. полученные результаты! Теперь разрешение вашего АЦП равно 1.1 В / 1024 = 1,07 мВ вместо 4,88 мВ по умолчанию для Arduino, поэтому ваше текущее разрешение составляет 1,07 мВ / 66 мВ / А = 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 бы использовал внутреннее опорное напряжение 1,1 В и передискретизацию с увеличенной тактовой частотой АЦП на части ACS712, которая обеспечивает минимально допустимый максимальный ток (то есть: выберите версию 5A, а не версию 20A или 30A, если 5A достаточно, или версию 20A. не версия 30А, если 20А достаточно). Просто убедитесь, что ваше максимальное напряжение сейчас на аналоговых выводах не будет превышать значение 1,1 В Vref . Если это так, используйте стандартное опорное напряжение 5 В для АЦП и просто выполните передискретизацию 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), то я бы использовал внешний АЦП с высоким разрешением, который может производить выборку быстрее, чем передискретизация при высоких разрешениях. разрешать.

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 при измерении небольших изменений напряжения.

Датчик тока | Hackaday

Неудивительно, что многие хакеры избегают работы с AC, и, честно говоря, мы не можем их винить. Возможные последствия ошибки при работе с сетевым напряжением намного больше, чем все, что может случиться, когда вы возитесь с цифрой 3.Цепь 3 В. Но если вы когда-нибудь обнаружите, что склоняетесь к яркой стороне, было бы разумно оснастить свою скамейку соответствующим оборудованием.

Возьмем, к примеру, этот великолепный изолирующий трансформатор переменного тока, построенный [Лайт]. Возможно, выглядит как как высококлассное профессиональное испытательное оборудование, но, как могут подтвердить обширные описания и фотографии сборки, это полностью индивидуальная работа. Обратной стороной является то, что эта конкретная машина, вероятно, никогда не будет дублирована, особенно с учетом того факта, что ее изолирующий трансформатор был построен по заказу местной компанией, но, по крайней мере, мы можем смотреть на нее и мечтать.

Это устройство сочетает в себе две функции, которые особенно полезны при ремонте или тестировании оборудования переменного тока. Как переменный трансформатор, часто называемый вариаком, он позволяет [Lajt] выбирать, сколько напряжения пропускается на выходную сторону. Существует мнение, что медленное повышение напряжения при тестировании старого или потенциально поврежденного устройства лучше, чем просто подключить его к стене и надеяться на лучшее. Или, если вы похожи на Эдди Ван Халена, вы можете использовать его для управления громкостью ваших громоздких усилителей Marshall во время игры в тактах.

Во-вторых, блок изолирует выходную сторону. Таким образом, если вам удастся пересечь не тот провод, вы не сломаете выключатель и не погрузите мастерскую во тьму. Это также предохраняет вас от случайного взрыва любого испытательного оборудования с питанием от сети переменного тока, которое вы можете использовать во время осмотра, например, дорогостоящего осциллографа, поскольку устройства не имеют общей земли.

Дополнительные функции безопасности были реализованы с использованием клона Arduino Uno R3, датчика тока и нескольких реле.Система автоматически отключит питание тестируемого устройства, если ток достигнет заранее определенного порогового значения, и откажется повторно включить главное реле до тех пор, пока проблема не будет решена. Код был написан таким образом, что всякий раз, когда пользователь вносит изменения в конфигурацию, питание отключается, и его необходимо восстанавливать вручную; давая пользователю достаточно времени, чтобы решить, действительно ли это то, что они хотят делать.

[Lajt] дает понять, что описание не предназначено как учебное пособие для создания собственного, но это не должно мешать вам прочитать его и почерпнуть некоторые идеи.Независимо от того, ищете ли вы нестандартные насадки Variac или просто хотите вдохновиться безупречно сконструированным оборудованием, этот проект наверняка станет высшей точкой.