Коротко про ACS712

Модуль ACS712 перетворює постійний або змінний струм у пропорційну аналогову напругу для зчитування АЦП мікроконтролера. Датчик працює в обох напрямках, тому підходить для контролю споживання, заряду й розряду, струму двигуна та інших навантажень.

Модифікації на 5 А, 20 А і 30 А мають різну чутливість. Перед замовленням, підключенням і налаштуванням програми звірте діапазон за маркуванням мікросхеми: неправильний коефіцієнт дасть неправильні покази.

Ключові характеристики

Живлення: 5 В
Вимірюваний струм: постійний і змінний, двонаправлений
Діапазон за модифікацією: ±5 А, ±20 А або ±30 А
Типова чутливість: 185 мВ/А для 5 А; 100 мВ/А для 20 А; 66 мВ/А для 30 А ^[1]
Вихід: аналоговий OUT; за нульового струму близько VCC/2
Час наростання вихідного сигналу: 5 мкс
Опір внутрішньої струмової шини ACS712: 1,2 мОм
Розміри модуля: 31,5 × 13,5 × 12 мм

Детальний опис та особливості

Як формується сигнал

Вимірюваний струм проходить через клемник і внутрішню провідну шину ACS712. Датчик Холла перетворює створене струмом магнітне поле на напругу OUT, а силовий провідник усередині мікросхеми електрично відокремлений від сигнальних виводів.^[1] Модуль потрібно вмикати послідовно з навантаженням; додатковий вимірювальний шунт у типовій схемі не потрібен.

За живлення 5 В нульовий рівень OUT розташований приблизно біля 2,5 В. Струм в одному напрямку зміщує вихід вище цього рівня, у протилежному — нижче. Нульовий рівень і чутливість залежать від живлення, тому стабільність 5-вольтової лінії та опорної напруги АЦП впливає на результат.^[1]

Вибір версії та точність

Версія на 5 А дає найбільшу зміну вихідної напруги на кожен ампер і краще підходить для менших струмів. Модифікації на 20 А та 30 А розширюють діапазон, але потребують точнішого АЦП і ретельнішої обробки сигналу під час вимірювання малих струмів.

Для практичної роботи спочатку визначте фактичний нуль без струму, а потім застосовуйте коефіцієнт саме своєї модифікації. Усереднення або фільтрація зменшують шум низькочастотних вимірювань, але водночас сповільнюють реакцію на швидкі зміни.^[1]

Підійде / не підійде

Підійде

для вимірювання струму в низьковольтних колах постійного або змінного струму;
для контролю пускового й робочого струму двигунів, насосів, вентиляторів та приводів;
для реєстрації заряду й розряду акумулятора, якщо напруга контролюється окремо;
для сигналізації або програмного порога перевантаження разом із контролером і окремим виконавчим елементом;
для навчальних стендів і саморобних вимірювачів з аналоговим входом.

Не підійде

для прямого цифрового зчитування через I²C або SPI без зовнішнього АЦП;
для одночасного вимірювання струму, напруги й потужності самим модулем;
для прямого підключення OUT до АЦП, який не допускає 5-вольтового сигналу;
як самостійний запобіжник або апаратний захист від короткого замикання;
для мережевої напруги без підтвердженої безпеки всієї плати, монтажу та корпусу.

Для низьковольтних DC-систем, де потрібні цифровий I²C-вихід і одночасне вимірювання напруги та струму до 3,2 А, розгляньте цифровий датчик INA219.

Приклади застосування

Контроль навантаження двигуна

Модуль можна встановити послідовно в лінію живлення DC-двигуна, а контролер — запрограмувати на реєстрацію пускового струму та виявлення нетипового зростання під час заклинювання. Відключення виконує окремий драйвер, реле або силовий ключ.

Індикатор струму з мікроконтролером

Вихід OUT можна зчитувати 5-вольтовим АЦП, обчислювати струм і виводити результат на дисплей. Для такого стенда підійде Nano V3.0 ATmega328P з аналоговими входами.

Монітор заряду та розряду

Двонаправлений вихід дає змогу розрізняти напрямок струму в акумуляторній низьковольтній системі. Для оцінки потужності або енергії потрібно окремо вимірювати напругу та виконувати розрахунок у контролері.

Підключення та калібрування

Визначте модифікацію
Звірте маркування ACS712 на мікросхемі та виберіть у програмі відповідну чутливість: 185, 100 або 66 мВ/А. Не визначайте версію лише за кольором плати.
Підключіть сигнальну частину
Подайте 5 В на VCC, з’єднайте GND із землею контролера, а OUT — з його аналоговим входом. Для 3,3-вольтового АЦП спочатку забезпечте обмеження та масштабування напруги до допустимого діапазону.
Увімкніть модуль у коло навантаження
На повністю знеструмленій схемі розірвіть один силовий провід і підключіть його кінці до клемника модуля. Напрямок підключення визначає знак виміряного струму.
Запишіть нульовий рівень
Без струму через силову шину зчитайте серію значень АЦП та визначте фактичний V0. Виконуйте цю процедуру після запуску системи й повторюйте, якщо змінилися живлення або температура.
Розрахуйте струм
Для постійного струму використовуйте залежність I = (VOUT − V0) / S, де S — чутливість вибраної версії в узгоджених одиницях. Для змінного струму потрібно зібрати достатню кількість відліків, прибрати нульове зміщення та обчислити діюче значення.

Обмеження та безпека

Працюйте лише зі знеструмленим колом

Монтаж і перестановку проводів виконуйте без напруги. Використовуйте провід, клеми та запобіжник, розраховані на струм навантаження; модуль не замінює захисну автоматику.

Діапазон датчика не гарантує струм усієї плати

Позначення 5 А, 20 А або 30 А задає вимірювальний діапазон мікросхеми. Допустимий тривалий струм готового модуля також залежить від клемника, доріжок, пайки, проводів, температури й охолодження; перевіряйте нагрів у реальних умовах і залишайте запас.^[2]

Не подавайте 5 В на незахищений 3,3-вольтовий АЦП

Вихід ACS712 працює від 5-вольтового живлення. Перед підключенням до ESP32, STM32 або іншого 3,3-вольтового контролера перевірте максимально допустиму напругу аналогового входу та застосуйте відповідне масштабування.

Ізоляція мікросхеми не сертифікує готовий монтаж

Електричне розділення всередині ACS712 не підтверджує безпеку клемника, доріжок, відстаней на платі, проводки чи корпусу. Без окремо підтвердженої конструкції використовуйте модуль у колах безпечної наднизької напруги.

Фільтрація змінює швидкодію

Сильніше усереднення або більша ємність фільтра зменшують шум, але приховують короткі імпульси та затримують реакцію. Налаштовуйте фільтрацію під потрібну смугу сигналу.

FAQ

Чи вимірює ACS712 постійний і змінний струм?

ACS712 вимірює обидва типи струму. Для DC достатньо визначити відхилення від нульового рівня, а для AC контролер має опрацювати послідовність відліків і розрахувати діюче значення.

Чому без навантаження на OUT близько 2,5 В?

Напруга близько половини VCC є нормальним нульовим рівнем двонаправленого ACS712. Для точнішого результату використовуйте фактично виміряне значення V0, а не фіксовані 2,5 В.

Яку модифікацію вибрати?

Вибирайте найменший діапазон, який перекриває очікуваний струм із безпечним запасом. Версія на 5 А чутливіша до малих струмів, а версії на 20 А та 30 А потрібні для більших навантажень.

Чому покази шумлять або не збігаються з амперметром?

Перевірте маркування версії, нульове калібрування, напругу живлення, опорну напругу АЦП, якість проводів і близькі джерела магнітних завад. Після цього налаштуйте усереднення та, за потреби, відкалібруйте коефіцієнт за еталонним приладом.

Документи та джерела

Allegro MicroSystems, ACS712 Datasheet, Rev. 22, 13.02.2024 — принцип роботи, живлення, аналоговий вихід, діапазони, чутливість і фільтрація.
Allegro MicroSystems, AN296291, Rev. 5, In-Pad Vias Improve Thermal Performance for Allegro Current Sensors — залежність нагрівання інтегрованого струмового провідника від плати та умов охолодження.

ACS712 датчик струму (5А-20А-30А)