Для измерения тока с помощью Arduino воспользуемся датчиком ACS712 от компании Allegro Microsystems. Данный датчик позволяет измерять переменный и постоянный ток в силовой, промышленной и бытовой электронике. Его можно использовать при управлении двигателями, обнаружении и управлении нагрузкой, создании защит от перегрузки по току.

Согласно документации Allegro, данные датчики не предназначены для применения их в автомобилях, для этих целей применяются ACS714.

Датчик ACS712 поставляется в корпусе SOIC8 и предназначен для поверхностного монтажа. Выводы IP+ и IP- клеммы для измерения тока. FILTER - вывод для подключения конденсатора. VIOUT - аналоговый выход. VCC - питание датчика 5В. GND - земля.

Действие датчика основывается на эффекте Холла. Вблизи точного линейного датчика Холла расположена медная проводящая дорожка (на концах выводы IP+ и IP-). Толщина медной дорожки обеспечивает выживание устройства при 5-кратном превышении тока. Её сопротивление 1,2 мОм. Протекающий через эту дорожку ток, генерирует магнитное поле, которое воспринимается схемой Холла и преобразуется в пропорциональное напряжение.

Семейство датчиков ACS712 состоит из 3-х чипов на разные диапазоны измерения тока: 5А (ACS712ELCTR-05B-T ), 20А (ACS712ELCTR-20A-T) и 30Ампер (ACS712ELCTR-30A-T).

Ниже представлены графики на которых видно, какой будет ток в зависимости от напряжения на выходе датчика:

При питании датчика от 5 вольт, если к его измеряемым клеммам не будет подключена нагрузка, выходное напряжение датчика будет равно 2,5В (рассчитывается по формуле VCC/2, где VCC - напряжение питания датчика) . 2,5В - это базовое напряжение датчика, которое нужно вычитать из измеренного напряжения.

Чувствительность датчиков (Sens) изменяется в зависимости от диапазона измерения силы тока микросхемы и зависит от напряжения питания. С увеличением диапазона — уменьшается чувствительность. На графиках ниже представлены графики чувствительности в зависимости от диапазона измеряемого тока:

ACS712ELCTR-05B-T имеет чувствительность 185 мВ/А

ACS712ELCTR-20A-T чувствительность 100 мВ/А

ACS712ELCTR-30A-T чувствительность 66 мВ/А

Датчик обладает низкой погрешностью ±1% , при температуре от 25 до 150°С. Это достигается благодаря его калибровке на стадии производства. В процессе этой операции измеряется погрешность чувствительности и выходное напряжение в рабочей точке. Эти параметры измеряются при комнатной температуре и температуре в диапазоне 85…150°С. Данные заносятся в специальную память.

Среди прочих характеристик:
- Работа в диапазоне температур -40…85°C.
- Полоса пропускания 80 кГц.
- Почти нулевой магнитный гистерезис.

Подключение датчика ACS712 к Arduino.

Для подключения датчика к Arduino удобнее использовать готовый модуль.

Внешний вид с 2-х сторон.

Принципиальная схема модуля. К разъёму Р1 подключается измеряемая цепь, к разъёму Р2 - микроконтроллер (в примере Ардуино). Измеряемая цепь изолирована от выводов микроконтроллера. Среднеквадратичное минимальное напряжение изоляции между контактами 1 - 4 и 5 - 8 - 2,1 кВ. Светодтод D1 сигнализирует о питающем напряжении на датчике. Считаю это бесполезной функцией, поскольку в готовых проектах подобные датчики спрятаны в каких то коробках и не находятся на видном месте.

Для подключения к Arduino используется 3 вывода:

Скетч №1. Считываем значение с аналогового выхода ACS712:

Как уже упоминал выше, при нулевом значении тока на клеммах датчика, напряжение на его аналоговом выходе VIOUT равняется половине напряжения питания датчика (2,5В). В первом примере ничего не будем подключать к клеммам, что бы создать нагрузку в 0Ампер.

В первой строке скетча прописываем аналоговый пин, к которому подключаем датчик,в примере 2 (A2). В строке "Value = analogRead(analogPin);" с помощью функции "analogRead" считываем значение с аналогового пина в переменную "Value". Далее, с помощью "Serial.println" выводим содержимое переменной на дисплей, которое можно посмотреть в мониторе последовательного порта Arduino IDE.

Результатом выполнения скетча будет повторяющаяся запись со значением 512. Что такое 512?

Вспоминаем, что каждый из 6 каналов аналого-цифрового преобразователя Arduino - 10 битный, это значит, что входное напряжение от 0 до 5В, преобразовывается в значения от 0 до 1023. 2,5В будет соответствовать значению 512.

Скетч №2. Вычисляем постоянный ток с помощью ACS712:

В данном примере подключим лампочку на 12 вольт к аккумулятору. Датчик подключается в разрыв цепи питания, между нагрузкой и источником питания.

Для измерения тока в цепи, датчик подключается в разрыв цепи, между нагрузкой и источником питания. В примере, нагрузка - лампочка на 220В.

В завершению сказанному следует отметить что датчики ACS712 в 2017 году были выведены из эксплуатации Allegro Microsystems и взамен предлагаются новые чипы семейства ACS723.