ACS712 راهنمای استفاده از ماژول اندازه‌‌گیری جریان

ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712 یک ماژول الکترونیکی است که برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی در سیستم‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. این ماژول بر اساس اصل اثر هال است که با استفاده از آن می‌توان جریان الکتریکی را با دقت اندازه‌گیری کرد. در ادامه با مرجع تخصصی الکترونیک به زبان فارسی دیجی اسپارک همراه باشید.

سنسور چریان ACS712

ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712 یک ماژول الکترونیکی است که برای اندازه‌گیری جریان الکتریکی در سیستم‌ها و دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. این ماژول بر اساس اصل اثر هال است که با استفاده از آن می‌توان جریان الکتریکی را با دقت اندازه‌گیری کرد.ماژول ACS712 با ورودی جریان AC یا DC کار می‌کند و مقدار جریان را به صورت ولتاژ خروجی تولید می‌کند. این ولتاژ خروجی مستقیما متناسب با جریان الکتریکی عبوری از ماژول است.در بازار، ماژول ACS712 در نسخه‌های مختلفی مانند ACS712ELCTR-05B، ACS712ELCTR-20A و ACS712ELCTR-30A وجود دارد. هر نسخه به توانایی اندازه‌گیری جریان‌های مختلف بستگی دارد. ACS712ELCTR-05B برای اندازه‌گیری جریان‌های تا ۵ آمپر، ACS712ELCTR-20A برای جریان‌های تا ۲۰ آمپر و ACS712ELCTR-30A برای جریان‌های تا ۳۰ آمپر مناسب است.این ماژول‌ها دارای واسطهای ورودی و خروجی آنالوگ (مانند ولتاژ تغذیه، ولتاژ خروجی جریان و گراند) هستند که به سادگی می‌توان آنها را به میکروکنترلرها و سایر سیستم‌های الکترونیکی متصل کرد.از ماژول ACS712 برای کنترل و اندازه‌گیری جریان در دستگاه‌های الکترونیکی، رباتیک، سیستم‌های خودرویی و سایر برنامه‌های الکترونیکی استفاده می‌شود. این ماژول به عنوان یک سنسور جریان قدرتمند شناخته می‌شود

به طور کلی، ماژول ACS712 یک سنسور جریان الکتریکی است که بر اساس اصل اثر هال کار می‌کند. اصل اثر هال به این شکل است که وقتی یک جریان الکتریکی از یک راهبرد (تراشه) عبور می‌کند، یک ولتاژ خروجی متناسب با شدت جریان ایجاد می‌شود.در مورد ماژول ACS712، جریان الکتریکی ورودی از طریق یک سیم گذرانده می‌شود. ماژول دارای یک چیپ اصلی است که از اصل اثر هال استفاده می‌کند تا جریان را اندازه‌گیری کند. ولتاژ خروجی ماژول متناسب با شدت جریان ورودی است و می‌توان آن را با استفاده از یک پین آنالوگ میکروکنترلر یا سایر سیستم‌های الکترونیکی خواند.ماژول ACS712 به صورت تجاری در نسخه‌های مختلف عرضه می‌شود که هر کدام قابلیت اندازه‌گیری جریان‌های متفاوت را دارند. این نسخه‌ها ممکن است براساس حداکثر جریان قابل اندازه‌گیری تعیین شده باشند، مانند ۵ آمپر، ۲۰ آمپر و ۳۰ آمپر.

مشخصات فنی سنسور جریان ACS712

• قابلیت اندازه‌گیری جریان AC و DC: ماژول ACS712 قادر است به طور همزمان جریان‌های مستقیم (DC) و جریان‌های متناوب (AC) را اندازه‌گیری کند.
• واسط آنالوگ: ماژول دارای واسطهای ورودی و خروجی آنالوگ است که به راحتی می‌توان آنها را به میکروکنترلرها و سایر سیستم‌های الکترونیکی متصل کرد. ولتاژ خروجی ماژول مستقیماً متناسب با شدت جریان ورودی است و می‌توان آن را با استفاده از یک پین آنالوگ میکروکنترلر یا سایر سیستم‌های الکترونیکی خواند.
• دقت بالا: ماژول ACS712 دارای دقت بالای اندازه‌گیری جریان است. بسته به نوع نسخه، میزان دقت اندازه‌گیری ممکن است متفاوت باشد.
• عملکرد غیرتماسی: یکی از مزیت‌های ماژول ACS712، عدم نیاز به مستقیم برخورد با جریان است. این به معنای این است که ماژول بدون تماس مستقیم با سیم جریان، قادر به اندازه‌گیری جریان الکتریکی است.
• حفاظت در برابر نویز: ماژول ACS712 دارای قابلیت حفاظت در برابر نویز الکترومغناطیسی و تداخلات محیطی است. این ویژگی مهم برای دقت و استحکام اندازه‌گیری جریان است.

ماژول ACS712 در برنامه‌های مختلف الکترونیکی استفاده می‌شود. برخی از کاربردهای رایج آن عبارتند از:

• کنترل و مانیتورینگ جریان در سیستم‌های الکترونیکی و صنعتی.
• اندازه‌گیری جریان در دستگاه‌های رباتیک و خودروها.
• استفاده در سیستم‌های حفاظتی و ایمنی برای اندازه‌گیری جریان اضافی یا ناگهانی.
• استفاده در سیستم‌های مانیتورینگ مصرف انرژی و کنترل توان.
• اندازه‌گیری جریان در سیستم‌های تغذیه و توزیع برق.

جدول شماره ۱

عمل کرد سنسور ACS712 بر اساس اثر هال می‌‌باشد. ولتاژ خروجی آن به صورت خطی متناسب با جریان تغییر می‌کند.حداکثر فرکانس عملیاتی  ۸۰KHZ می باشد و زمان تغییر خروجی آن ۵ میکرو ثانیه می باشد. خطا حداکثر ۱٫۵% در دمای ۲۵ درجه می باشد .

پین‌های ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712

ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712 دارای پایه‌های مختلفی است که وظایف مختلف را بر عهده دارند. در زیر توضیحاتی درباره پایه‌های اصلی این ماژول آورده شده است:

• پایه VCC: این پایه به منبع تغذیه ماژول متصل می‌شود و ولتاژ تغذیه مورد نیاز ماژول را فراهم می‌کند. معمولاً با ولتاژ ۵ ولت یا ۳٫۳ ولت سیستم الکترونیکی سازگار است.
• پایه GND: این پایه به میزان صفر ولتاژ تغذیه متصل می‌شود و به عنوان نقطه مشترک برای سیستم الکترونیکی عمل می‌کند.
• پایه OUT: این پایه ولتاژ خروجی را تولید می‌کند که متناسب با شدت جریان ورودی است. می‌توان از این پایه برای اتصال به پین آنالوگ یک میکروکنترلر یا سایر سیستم‌های الکترونیکی استفاده کرد تا جریان را اندازه‌گیری کند.
• پایه NC: این پایه به منظور افزودن پایه‌های اضافی در برخی نسخه‌های ماژول ACS712 استفاده می‌شود. این پایه‌ها معمولاً به عنوان پایه‌های خالی یا عدم اتصال استفاده می‌شوند و در برخی نسخه‌ها حضور دارند.
• پایه VIOUT و VREF: این پایه‌ها در برخی نسخه‌های ACS712 برای تنظیم خروجی و ولتاژ مرجع استفاده می‌شوند. این پایه‌ها به طور معمول برای کاربردهای خاص و تنظیمات پیشرفته استفاده می‌شوند و در نسخه‌های ساده‌تر این ماژول‌ها حضور ندارند.

حتما به این نکته توجه داشته باشید که در صورتی که سیمی که می‌خواهید جریان را اندازه بگیرید  ، همانند شکل بالا به ترمینال متصل شود.

• در صورتی که همانند شکل فوق متصل شود ولتاژ خروجی ماژول از ۲٫۵ ولت بیشتر می‌شود و همواره با افزایش جریان ولتاژ خروجی نیز افزایش پیدا می‌کند .
• در صورتی که بالعکس متصل شود ، خروجی ماژول از ۲٫۵ ولت کمتر می‌شود با افزایش جریان همواره ولتاژ خروجی نیز کمتر می‌شود.

مدارساده‌ای از ماژول ACS712 و شرح عمل‌کرد آن

همانطور که پیش از این توضیح داده شد ، این نوع ماژول‌ها در درجه اول به منظور ارتباط با میکروکنترلرهایی نظیر آردوینو طراحی شده‌اند. برای چنین کاربرد‌هایی اتصالات باید همانند شکل زیر باشند :

اگر در تصویر بالا لامپ نشان داده شده خاموش بود ، خروجی ماژول ACS712  برابر ۲٫۵ ولت ‌خواهد بود. به محض این‌ که لامپ روشن شود ، خروجی باید متناسب با جریان لامپ تغییر یابد.  اگر ماژول استفاده‌ی شده ما از نوع ۵ آمپر بود و چراغ جریان ۱ آمپر می‌کشید  ، خروچی ماژول بایستی ۲٫۶۸۵ ولت شود.همانطور که در جدول شماره ۱ گفته شد  ، ماژول ACS712 مدل ۵ آمپر  به ازای هر آمپر ، ۱۸۵ میلی‌ولتاژ خروجیش افزایش پیدا می‌کند.و همانطور که میدانیم در جریان ۰ آمپر نیز خروجی مازول برابر ۲٫۵ ولت می‌باشد .پس جریان خروجی برابر است با :

۲٫۵+۰٫۱۸۵=۲٫۶۸۵

حال تصور کنید که قطب‌های باتری را جابه‌جا کنیم ؛ خروجی ماژول ۲٫۳۱۵ ولت خواهد بود. ( علت این اتفاق را خودتان بیان کنید)

نکاتی مهم در مورد استفاده از ACS712

در راه‌اندازی ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712، می‌توانید توجه به نکات زیر را داشته باشید:

تغذیه: ابتدا، ولتاژ تغذیه ماژول ACS712 را به پایه VCC وصل کنید. از طریق اتصال به منبع تغذیه مورد نیاز (معمولاً ۵ ولت یا ۳٫۳ ولت)، ماژول را تغذیه کنید. همچنین، پایه GND را به نقطه مشترک صفر ولتاژ تغذیه متصل کنید.

ورودی جریان: سیم جریانی که می‌خواهید اندازه‌گیری کنید را به پایه IN+ ماژول وصل کنید. سیم دیگر را به پایه IN- متصل کنید. مطمئن شوید که سیم جریانی که می‌خواهید اندازه‌گیری کنید، از طریق مسیر مناسب از ماژول عبور می‌کند.

خروجی: ولتاژ خروجی ماژول ACS712 را از طریق پایه OUT دریافت کنید. این ولتاژ متناسب با شدت جریان ورودی است. می‌توانید این ولتاژ را به پین آنالوگ میکروکنترلر یا سایر سیستم‌های الکترونیکی وصل کنید تا جریان را اندازه‌گیری کنید.

خطای آفست: به طور پیش فرض، ولتاژ خروجی ماژول ACS712 در حالت بدون جریان (صفر آمپر) حدوداً به ولتاژ نصف تغذیه می‌رسد. این مقدار به عنوان خطای آفست شناخته می‌شود. برای برطرف کردن خطای آفست، می‌توانید با استفاده از میانبر یا پیش‌تنظیمات مربوطه این خطا را تنظیم کنید.

کالیبراسیون: برای دقت بیشتر در اندازه‌گیری جریان،برای دقت بیشتر در اندازه‌گیری جریان با ماژول ACS712، می‌توانید اقدام به کالیبراسیون (تنظیم) آن کنید. برخی نکات مهم در مورد کالیبراسیون عبارتند از:

مقادیر خطای آفست: قبل از کالیبراسیون، مقدار ولتاژ خروجی ماژول در حالت بدون جریان (صفر آمپر) را بسنجید. این مقدار باید نصف ولتاژ تغذیه باشد. در صورتی که این مقدار با وضعیت ماژول متفاوت است، می‌توانید آن را به عنوان خطای آفست در نظر بگیرید و در محاسبات بعدی استفاده کنید.

تنظیم ولتاژ مرجع: برخی نسخه‌های ماژول ACS712 دارای پایه VREF هستند که برای تنظیم ولتاژ مرجع استفاده می‌شود. با تنظیم این ولتاژ، می‌توانید محدوده خروجی را به شکل دلخواه تنظیم کنید. این مقدار ولتاژ مرجع را می‌توانید با استفاده از روش‌های کالیبراسیون و تست دقیق تعیین کنید.

کالیبراسیون با استفاده از جریان معروف: یک روش کالیبراسیون متداول این است که با استفاده از یک منبع جریان معروف، مانند یک منبع جریان متغیر یا یک آمپرمتر دیجیتال، ماژول را کالیبره کنید. با تنظیم خروجی ماژول تا مقدار معروف جریان و با مقایسه آن با خروجی ماژول، می‌توانید ضریبی برای تبدیل ولتاژ خروجی به جریان بدست آورید.

توجه به نویز و تداخلات: در هنگام کالیبراسیون و استفاده از ماژول ACS712، توجه به نویزها و تداخلات الکترونویزها و تداخلات الکترومغناطیسی می‌تواند تأثیری بر دقت اندازه‌گیری جریان داشته باشد. برای کاهش این تأثیرات، می‌توانید اقدامات زیر را در نظر بگیرید:

مسیر بندی سیم‌ها: سعی کنید سیم جریان و سیم‌های خروجی را به فاصله کافی از سیم‌های قدرت و دیگر منابع تداخل قرار دهید. این کار می‌تواند کاهش تداخلات الکترومغناطیسی و نویز را به همراه داشته باشد.

استفاده از میانبرها: برخی نسخه‌های ماژول ACS712 دارای پایه‌های میانبر هستند که به جلوگیری از تداخلات الکترومغناطیسی کمک می‌کنند. با اتصال این پایه‌ها به منبع تراکم جریان خارجی، تأثیرات تداخل را کاهش دهید.

طول سیم جریان: برخی از نسخه‌های ACS712 حساسیت بیشتری به طول سیم جریان دارند. در نظر داشته باشید که طول سیم جریان بین ماژول و منبع جریان حداقل باشد تا افت ولتاژ در سیم را به حداقل برسانید.

استفاده از فیلترها: در صورت لزوم، می‌توانید فیلترهای الکترومغناطیسی بر روی سیم جریان نصب کنید تا تأثیر نویزهای الکترومغناطیسی را کاهش دهید.

کالیبراسیون مکرر: در صورتی که شرایط یا محیط کاری تغییر کند، ممکن است نیاز به کالیبراسیون مجدد داشته باشید. در این صورت، به‌طور دوره‌ای ماژول را کالیبره کنید تا دقت اندازه‌گیری جریان حفظ شود.

جمع بندی

این ماژول یک سنسور جریان بر اساس اصل هال اثر است و قادر به اندازه‌گیری جریان مستقیم و متناوب است.در ابتدا، با ساختار و عملکرد این ماژول آشنا شدیم. همچنین، مزایا و کاربردهای آن را مورد بررسی قرار دادیم. مهم‌ترین مزیت این ماژول، دقت بالا و قدرت اندازه‌گیری جریان بالا است.سپس، به بررسی پایه‌های ماژول پرداختیم و عملکرد هر پین را توضیح دادیم. این اطلاعات می‌تواند در راه‌اندازی و اتصال ماژول به میکروکنترلر یا سیستم مورد نظر کمک کند.همچنین، نکاتی مهم در مورد راه‌اندازی و کالیبراسیون ماژول را بررسی کردیم. این نکات شامل مقادیر خطای آفست، تنظیم ولتاژ مرجع، کالیبراسیون با استفاده از جریان معروف و روش‌های کاهش نویز و تداخلات الکترومغناطیسی بود.در نهایت، به مجموعه‌ای از اقدامات پیشنهادی برای دستیابی به دقت بیشتر در اندازه‌گیری جریان با ماژول ACS712 پرداختیم. این اقدامات شامل تمیز نگه داشتن مدار، درجه حرارت مناسب، استفاده از فیلترها و آمپلیفایرها، و مراقبت درست از ماژول بود.در نهایت، با توجه به این مقاله، می‌توان نتیجه گرفت که ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712 یک ابزار قدرتمند برای اندازه‌گیری جریان در پروژه‌های الکترون با توجه به این مقاله، می‌توان نتیجه گرفت که ماژول اندازه‌گیری جریان ACS712 یک ابزار قدرتمند برای اندازه‌گیری جریان در پروژه‌های الکترونیکی است. با استفاده از این ماژول، می‌توانید جریان مستقیم و متناوب را با دقت بالا اندازه‌گیری کنید.برای راه‌اندازی بهینه ماژول ACS712، می‌بایست از نکات مهمی که در این مقاله بیان شد، پیروی کنید. ابتدا باید به درستی اتصالات پایه‌های ماژول را انجام داده و از سیم‌های مناسب برای جریان و خروجی استفاده کنید. همچنین، اطمینان حاصل کنید که تداخل الکترومغناطیسی کم است و سیم‌های جریان از منابع تداخل محافظت شده‌اند.پس از راه‌اندازی، مهم است که ماژول را کالیبره کنید.