Grove - 2.5A DC电流传感器(ACS70331)

Grove - 2.5A DC电流传感器(ACS70331)是一款基于ACS70331的高精度直流电流传感器。ACS70331是一系列芯片，本模块使用ACS70331EESATR-2P5U3，这是Allegro公司为小于2.5A电流检测应用设计的高灵敏度电流传感器IC。它采用巨磁阻(GMR)技术，其灵敏度是传统霍尔效应传感器的25倍，用于检测通过低电阻集成主导体的电流所产生的磁场。

Grove - 2.5A DC电流传感器(ACS70331)可以测量最高2.5A的直流电流，具有800mV/A的基础灵敏度。该传感器不支持交流电流，如果您需要测量交流负载，请查看以下产品：

Grove - 2.5A DC电流传感器 (ACS725)

特性

1 MHz带宽，响应时间小于550 ns
低噪声：1 MHz时为8 mA(rms)
1.1 mΩ主导体电阻，功率损耗低
高DC PSRR，支持低精度电源或电池（3至4.5 V运行）
模拟输出

规格

参数	值
供电电压	3.3V / 5V
工作环境温度	-40 – 85℃
存储温度	- 65°C – 125°C
工作电压	<100V
电流检测范围	0 – 2.5A
灵敏度	800mV/A(典型值)
输出接口	模拟
输入接口	螺丝端子

工作原理

电流检测有两种类型：直接检测和间接检测。分类主要基于用于测量电流的技术。

直接检测：

欧姆定律

间接检测：

法拉第电磁感应定律
磁场传感器
法拉第效应

Grove - 2.5A DC电流传感器(ACS70331)采用磁场传感器技术。磁场传感器技术主要有以下三种：

霍尔效应
磁通门传感器
磁阻电流传感器

Grove - 2.5A DC电流传感器(ACS70331)基于磁阻电流传感器原理，也称为GMR。磁阻器(MR)是一种双端设备，其电阻会随着施加的磁场呈抛物线变化。这种由于磁场导致MR电阻变化的现象称为磁阻效应。

ACS70331 QFN封装的内部结构如图1所示。芯片位于主电流路径上方，使得磁场与芯片上的GMR元件平面一致。GMR元件1和2检测正IP电流流动时的+X方向磁场，GMR元件3和4检测正IP电流流动时的-X方向磁场。这使得能够对电流进行差分测量并排除外部杂散磁场。

四个GMR元件以惠斯通桥配置排列，如图2所示，使得桥的输出与四个元件检测到的差分磁场成比例，同时排除公共磁场。

硬件概述

支持的平台

Arduino	树莓派

入门指南

caution

测试过程中禁止人体接触模块，否则可能有触电危险。

使用 Arduino

所需材料

Seeeduino V4.2	Base Shield	2.5A DC 电流传感器 (ACS70331)

立即购买	立即购买	立即购买

此外，您可以考虑我们的新款 Seeeduino Lotus M0+，它相当于 Seeeduino V4.2 和 Base Shield 的组合。

note

1 请轻轻插入 USB 数据线，否则可能损坏接口。请使用内部有 4 根线的 USB 数据线，2 根线的 USB 数据线无法传输数据。如果您不确定手头的数据线是否符合要求，可以点击这里购买。

2 每个 Grove 模块在购买时都会附带一根 Grove 数据线。如果您丢失了 Grove 数据线，可以点击这里购买。

硬件连接

步骤 1. 将 Grove - 2.5A DC 电流传感器 (ACS70331) 连接到 Base Shield 的 A0 端口。
步骤 2. 将待测电路的正负极连接到螺丝端子对应的正负极。

tip

如果正负极接反，读数会反转。此传感器在使用前需要校准，因此请不要先给电路通电。

步骤 3. 将 Grove - Base Shield 插入 Seeeduino。
步骤 4. 使用 USB 数据线将 Seeeduino 连接到电脑。

**图 4**. *在此演示中我们使用了直流电源，请将电流设置为 0A 或暂时不要通电*

软件

caution

如果这是您第一次使用 Arduino，我们强烈建议您在开始之前查看 Arduino 入门指南。

步骤 1. 从 Github 下载 Grove Current Sensor 库。
步骤 2. 在 /example/ 文件夹中，您可以找到示例代码。这里我们以 Grove_2_5A_Current_Sensor.ino 为例。只需点击 Grove_2_5A_Current_Sensor.ino 打开示例代码，或者您可以复制以下代码：

#ifdef ARDUINO_SAMD_VARIANT_COMPLIANCE
  #define RefVal 3.3
  #define SERIAL SerialUSB
#else
  #define RefVal 5.0
  #define SERIAL Serial
#endif
//需要一个 OLED 显示屏
//使用引脚 A0
#define Pin A0

// 取 10 次平均值

const int averageValue = 10;

int sensorValue = 0;

float sensitivity = 1000.0 / 800.0; //1000mA 对应 800mV 


float Vref = 265;  //首先，修改此值！！！

void setup() 
{
  SERIAL.begin(9600);
}

void loop() 
{
  // 读取值 10 次：
  for (int i = 0; i < averageValue; i++)
  {
    sensorValue += analogRead(Pin);

    // 在下一次循环前等待 2 毫秒
    delay(2);

  }

  sensorValue = sensorValue / averageValue;
 

  // 板载 ADC 是 10 位
  // 不同的电源会导致不同的参考源
  // 示例：2^10 = 1024 -> 5V / 1024 ~= 4.88mV
  //          unitValue= 5.0 / 1024.0*1000 ;
  float unitValue= RefVal / 1024.0*1000 ;
  float voltage = unitValue * sensorValue; 
  
  //无负载时，Vref=初始值
  SERIAL.print("初始值: ");
  SERIAL.print(voltage);
  SERIAL.println("mV"); 

  // 计算对应的电流
  float current = (voltage - Vref) * sensitivity;

  // 打印显示电压 (mV)
  // 此电压是对应电流的引脚电压
  /*
  voltage = unitValue * sensorValue-Vref;
  SERIAL.print(voltage);
  SERIAL.println("mV");
  */

  // 打印显示电流 (mA)
  SERIAL.print(current);
  SERIAL.println("mA");
   
  SERIAL.print("\n");

  // 重置 sensorValue 以进行下一次读取
  sensorValue = 0;
  // 每秒读取一次
  delay(1000);
}

步骤 3. 上传示例代码。如果您不知道如何上传代码，请查看如何上传代码。
步骤 4. 打开 Arduino IDE 的 串行监视器，点击 工具->串行监视器，或者同时按下 ctrl+shift+m 键。将波特率设置为 9600。
步骤 5. 校准
当没有电流流动时，传感器仍会有一个小的输出值。我们称这个值为 零偏移。

**图 5**. *此板的零偏移为 283.20mV，转换为电流为 22.75mA*

由于存在零偏移，当没有电流时传感器仍会有读数。因此我们设置了一个参数 Vref 来修正它，您可以在上面的代码块中找到它。

第 21 行：

float Vref = 265;  
//Vref 是零漂移值，您需要将此值更改为您实际测量的值后再使用。

在示例代码中，我们将 Vref 设置为 265，但零偏移值因板而异。如您所知，我们在此示例中使用的板的零偏移值为 283.20。因此让我们修改第 21 行：

float Vref = 283;  
//Vref 是零漂移值，您需要将此值更改为您实际测量的值后再使用。

现在让我们上传修改后的代码并检查结果：

当电流输出变为 0mA 或一个小值时，您已完成校准。

步骤 5. 现在您可以开始使用了，给电流供电。请随意使用，但请记住这是一个 2.5A 的直流电流传感器，电流不能超过 2.5A！

如果您想了解结果的计算公式，请参考 FAQ Q1。

使用 Raspberry Pi

所需材料

Raspberry Pi	Grove Base Hat for RasPi	2.5A DC Current Sensor

立即购买	立即购买	立即购买

硬件连接

步骤 1. 将 Grove Base Hat 插入 Raspberry Pi。
步骤 2. 将 Grove - 2.5A DC Current Sensor(ACS70331) 连接到 Base Hat 的 A0 端口。
步骤 3. 将待测电路的正负极连接到螺丝端子的对应正负极。

**图 7**. *在此示例中我们使用直流电源，请将电流设置为 0A 或不要先通电*

:::提示如果您反接了正负极，读数将会反转。此传感器在使用前需要校准，因此请不要先给电路通电。 :::

步骤 4. 通过 Micro-USB 电缆为 Raspberry Pi 供电。

:::注意您可以通过电脑 USB 端口或直流适配器为 Raspberry Pi 供电，但如果您使用的是 Raspberry Pi 3B+，我们强烈建议您使用直流适配器供电。如果使用电脑的 USB 端口，可能会损坏 Raspberry Pi 3B+。 :::

软件

步骤 1. 按照设置软件配置开发环境。
步骤 2. 通过克隆 grove.py 库下载源文件。

cd ~
git clone https://github.com/Seeed-Studio/grove.py

步骤 3. 执行以下命令运行代码。

cd grove.py/grove   # 进入示例文件夹
python grove_current_sensor.py 0 2.5A   # 运行示例程序

然后终端将输出如下内容：

pi@raspberrypi:~/grove.py/grove $ python grove_current_sensor.py 0 2.5A
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
13.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
13.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
13.0
()
pin_voltage(mV):
269
current(mA):
11.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
13.0
()
^CTraceback (most recent call last):
  File "grove_current_sensor.py", line 200, in <module>
    main()
  File "grove_current_sensor.py", line 185, in main
    time.sleep(1)
KeyboardInterrupt

同时按下 ctrl+c 退出。

:::注意请注意第二条命令，文件名后有两个参数：

0 表示传感器连接到 A0 端口。如果您将传感器连接到 A2 端口，则需要将此参数更改为 2。此参数范围为 0-7，但如果您使用 Grove Base Hat，由于接口的物理限制，您只能使用 0/2/4/6。
2.5A 表示电流传感器类型为 2.5A DC :::

传感器	电流类型	参数值
Grove - 2.5A DC 电流传感器 (ACS70331)	DC	2.5A
Grove - 2.5A DC 电流传感器 (ACS725)	DC	5A_DC
AC	5A_AC
Grove - 10A DC 电流传感器 (ACS725)	DC	10A

此系列包含三个电流传感器，参数列表如上

note

请注意，2.5A 的 DC 电流传感器在测量小范围电流时会有较大的误差，因此建议提供超过 200mA 的电流进行测试。此外，测量环境会影响精度，例如电源电压的纹波应尽可能小。

步骤 4 校准

当没有电流流动时，传感器仍然会有一个小的输出值。我们称这个值为零偏移。如您所见，在步骤 3 中，该板的零偏移为 270mV，转换为电流为 13mA。

由于存在零偏移，传感器在没有电流时也会有读数。因此我们设置了一个参数 Vref 来修正它，您可以在 python grove_current_sensor.py 中找到它。对于 Grove - 2.5A DC 电流传感器 (ACS70331)，我们默认将 Vref 设置为 260，但零偏移因板而异。这就是为什么我们需要先进行校准。

查看以下 Python 代码：

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
#
# MIT 许可证 (MIT)
# 版权所有 (C) 2018 Seeed Technology Co.,Ltd.
#
# 这是 Grove Base Hat 的库
# 用于连接树莓派的 Grove 传感器。
'''
这是以下传感器的代码：
    - `Grove - 2.5A DC 电流传感器  <https://www.seeedstudio.com/Grove-2-5A-DC-Current-Sensor-ACS70331-p-2929.html>`_
    - `Grove - 5A AC/DC 电流传感器 <https://www.seeedstudio.com/Grove-5A-DC-AC-Current-Sensor-ACS70331-p-2928.html>`_
    - `Grove - 10A 电流传感器      <https://www.seeedstudio.com/Grove-10A-DC-Current-Sensor-ACS725-p-2927.html>`_
示例：
    .. code-block:: python
        import time
        from grove_current_sensor import Current
        pin = 0
        sensor_type = "2.5A"
        # 如果使用 10A 电流传感器输入：pin = 0 , sensor_type = "10A"
        if (sensor_type == "2.5A"):
            sensitivity = 1000.0 / 800.0
            Vref = 260
        if (sensor_type == "5A_DC"):
            sensitivity = 1000.0 / 200.0
            Vref = 1498
        if (sensor_type == "5A_AC"):
            sensitivity = 1000.0 / 200.0
            Vref = 1498
        if (sensor_type == "10A"):
            sensitivity = 1000.0 / 264.0
            Vref = 322
        averageValue = 500
        ADC = Current()
        while True:
            if(sensor_type == "5A_AC"):
                pin_voltage = ADC.get_nchan_vol_milli_data(pin,averageValue)
                current = ADC.get_nchan_AC_current_data(pin,sensitivity,Vref,averageValue)
            else:
                temp = ADC.get_nchan_current_data(pin,sensitivity,Vref,averageValue)
                current = temp[0]
                pin_voltage = temp[1]
        
            current = round(current)
            print("pin_voltage(mV):")
            print(pin_voltage)
            print("current(mA):")
            print(current)
            print()
            time.sleep(1)
    
'''

import sys
import time
from grove.i2c import Bus

ADC_DEFAULT_IIC_ADDR = 0X04

ADC_CHAN_NUM = 8

REG_RAW_DATA_START = 0X10
REG_VOL_START = 0X20
REG_RTO_START = 0X30

REG_SET_ADDR = 0XC0

__all__ = ['Current','Bus']

class Current():
    '''
    Grove 电流传感器类
    '''

    def __init__(self,bus_num=1,addr=ADC_DEFAULT_IIC_ADDR):
        '''
        初始化 IIC。
        参数: 
            bus_num(int): 总线编号;
            addr(int): IIC 地址;
        '''
        self.bus = Bus(bus_num)
        self.addr = addr
  
    def get_nchan_vol_milli_data(self,n,averageValue):
        '''
        获取 n 通道数据，单位为 mV。
        :param int n: ADC 引脚。
        :param int averageValue: 平均采集频率。
        返回: 
            int: 电压值
        '''
        val = 0
        for i in range(averageValue):
            data = self.bus.read_i2c_block_data(self.addr,REG_VOL_START+n,2)
            val += data[1]<<8|data[0]
        val = val / averageValue
        return val

    def get_nchan_current_data(self,n,sensitivity,Vref,averageValue):
        '''
        2.5A/5A DC/10A 电流传感器获取 n 通道数据，单位为 mA。
        :param int n: ADC 引脚。
        :param float sensitivity: 电压转换为电流的系数。
        :param int Vref: 无负载时的初始电压。
        :param int averageValue: 平均采集频率。
        返回: 
            int: 电流值
        '''
        val = 0
        for i in range(averageValue):
            data = self.bus.read_i2c_block_data(self.addr,REG_VOL_START+n,2)
            val += data[1]<<8|data[0]
        val = val / averageValue
        currentVal = (val - Vref) * sensitivity
        return currentVal,val

    def get_nchan_AC_current_data(self,n,sensitivity,Vref,averageValue):
        '''
        5A 电流传感器 AC 输出并获取 n 通道数据，单位为 mA。
        :param int n: ADC 引脚。
        :param float sensitivity: 电压转换为电流的系数。
        :param int Vref: 无负载时的初始电压。
        :param int averageValue: 平均采集频率。
        返回: 
            int: 电流值
        '''
        sensorValue = 0
        for i in range(averageValue):
            data=self.bus.read_i2c_block_data(self.addr,REG_VOL_START+n,2)
            val=data[1]<<8|data[0]
            if(val > sensorValue):
                sensorValue=val
            time.sleep(0.00004)
        currentVal = ((sensorValue - Vref) * sensitivity)*0.707
        return currentVal   

ADC = Current()
def main():
    if(len(sys.argv) == 3):

        pin = int(sys.argv[1])
        sensor_type = sys.argv[2]
        if (pin < 8 and (sensor_type == "2.5A" or sensor_type == "5A_DC" or sensor_type == "5A_AC" or sensor_type == "10A") ):
            if (sensor_type == "2.5A"):
                sensitivity = 1000.0 / 800.0
                Vref = 260
            if (sensor_type == "5A_DC"):
                sensitivity = 1000.0 / 200.0
                Vref = 1498
            if (sensor_type == "5A_AC"):
                sensitivity = 1000.0 / 200.0
                Vref = 1498
            if (sensor_type == "10A"):
                sensitivity = 1000.0 / 264.0
                Vref = 322
            averageValue = 500

            while True:

                if(sensor_type == "5A_AC"):
                    pin_voltage = ADC.get_nchan_vol_milli_data(pin,averageValue)
                    current = ADC.get_nchan_AC_current_data(pin,sensitivity,Vref,averageValue)
                else:
                    temp = ADC.get_nchan_current_data(pin,sensitivity,Vref,averageValue)
                    current = temp[0]
                    pin_voltage = temp[1]

                current = round(current)
                print("pin_voltage(mV):")
                print(pin_voltage)
                print("current(mA):")
                print(current)
                print()
                time.sleep(1)
            
        else:
            print("参数输入错误！")
            print("请输入参数，例如：python grove_current_sensor 0 2.5A")
            print("参数1: 0-7")
            print("参数2: 2.5A/5A_DC/5A_AC/10A")
    
    else:
        print("请输入参数，例如：python grove_current_sensor 0 2.5A")
        print("参数1: 0-7")
        print("参数2: 2.5A/5A_DC/5A_AC/10A")
    
    
if __name__ == '__main__':
    main()

您可以在上述代码块的第 147 行修改 Vref：

        if (pin < 8 and (sensor_type == "2.5A" or sensor_type == "5A_DC" or sensor_type == "5A_AC" or sensor_type == "10A") ):
            if (sensor_type == "2.5A"):
                sensitivity = 1000.0 / 800.0
                Vref = 260
            if (sensor_type == "5A_DC"):
                sensitivity = 1000.0 / 200.0
                Vref = 1498
            if (sensor_type == "5A_AC"):
                sensitivity = 1000.0 / 200.0
                Vref = 1498
            if (sensor_type == "10A"):
                sensitivity = 1000.0 / 264.0
                Vref = 322
            averageValue = 500

如您所见，对于 2.5A 电流传感器，默认的 Vref 是 260，而在 步骤 3 中，我们可以发现当没有电流时零偏移值为 270mV。因此，让我们将其更改为 270。

            if (sensor_type == "2.5A"):
                sensitivity = 1000.0 / 800.0
                Vref = 270

现在，让我们再次运行这个示例。

pi@raspberrypi:~/grove.py/grove $ python grove_current_sensor.py 0 2.5A
pin_voltage(mV):
269
current(mA):
-1.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
0.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
0.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
0.0
()
pin_voltage(mV):
270
current(mA):
0.0
()
^CTraceback (most recent call last):
  File "grove_current_sensor.py", line 200, in <module>
    main()
  File "grove_current_sensor.py", line 185, in main
    time.sleep(1)
KeyboardInterrupt

嗯，比之前更好了，现在您可以更准确地测量电流了 😄

常见问题解答

Q1# 电流计算公式是什么？

A1: 如果您觉得原理部分非常复杂，我们可以简单地说明一下。被测电路中的电流激发磁场，从而导致 GMR 元件的电阻值发生变化。而桥中的电阻变化会导致芯片输出电压的变化。我们将输出电压称为 V_IOUT。

V_IOUT = Sens × I_p + V_IOUT(Q)

Sens: Sens 是将电流转换为输出电压的系数。对于此模块，它是 800mA/V。
I_p: I_p 是被测电路中的电流值，单位为 mA。
V_IOUT(Q): V_IOUT(Q) 是当 I_p 为 0mA（即被测电路中没有电流）时的输出电压，单位为 mV。

以下是电流值的计算公式：

I_p = (V_IOUT - V_IOUT(Q)) / Sens

现在，让我们回顾图 5，我们将解释为什么当被测电路中的实际电流值为 0 时，输出的电流值不是 0。如您在图 5 中所见，initialValue 是 283.20mV，即 V_IOUT；电流是 22.75mA，即 I_p。至于 V_IOUT(Q)，它是我们在代码中设置的 Vref。在图 5 中，它是 265。而 Sens 是 800mA/V，即 800mA/1000mV。现在，做一些数学计算：

{(283.20mV-265mV) / (800mA/1000mV)} = 22.75mA

因此，在图 6 中，当我们将 Vref 设置为 283.20 时，Ip 变为 0mA。

原理图在线查看器

资源

[ZIP] Grove - 2.5A DC电流传感器(ACS70331)原理图文件
[PDF] ACS70331 数据手册

技术支持与产品讨论

感谢您选择我们的产品！我们致力于为您提供多种支持，以确保您使用我们的产品时拥有顺畅的体验。我们提供多个沟通渠道，以满足不同的偏好和需求。

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