Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331)

El Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331) es un sensor de corriente DC de alta precisión basado en ACS70331. El ACS70331 es una serie de chips, este módulo utiliza ACS70331EESATR-2P5U3, que es el IC sensor de corriente de alta sensibilidad de Allegro para aplicaciones de detección de corriente <2.5 A. Incorpora tecnología de resistencia magnética gigante (GMR) que es 25 veces más sensible que los sensores de efecto Hall tradicionales para detectar el campo magnético generado por la corriente que fluye a través del conductor primario integrado de baja resistencia.

El Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331) puede medir la corriente DC hasta 2.5A y tiene una sensibilidad base de 800mV/A. Este sensor no soporta corriente AC, si desea medir la carga AC por favor consulte el:

Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS725)

Características

Ancho de banda de 1 MHz con tiempo de respuesta <550 ns
Bajo ruido: 8 mA(rms) a 1 MHz
Resistencia del conductor primario de 1.1 mΩ resulta en baja pérdida de potencia
Alto PSRR DC permite el uso con fuentes de alimentación de baja precisión o baterías (operación de 3 a 4.5 V)
Salida analógica

Especificaciones

Parámetro	Valor
Voltaje de alimentación	3.3V / 5V
Temperatura ambiente de operación	-40 – 85℃
Temperatura de almacenamiento	- 65°C – 125°C
Voltaje de trabajo	<100V
Rango de detección de corriente	0 – 2.5A
Sensibilidad	800mV/A(Típ.)
Interfaz de salida	Analógica
Interfaz de entrada	Terminal de tornillo

Principio de Funcionamiento

Existen dos tipos de detección de corriente: directa e indirecta. La clasificación se basa principalmente en la tecnología utilizada para medir la corriente.

Detección directa:

Ley de Ohm

Detección indirecta:

Ley de Inducción de Faraday
Sensores de campo magnético
Efecto Faraday

El Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331) utiliza tecnología de sensores de campo magnético. Y existen tres tipos de tecnología de sensores de campo magnético:

Efecto Hall
Sensores de compuerta de flujo
Sensor de corriente magneto-resistivo

El Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331) se basa en el principio del sensor de corriente magneto-resistivo, que también se conoce como GMR. Un magneto-resistor (MR) es un dispositivo de dos terminales que cambia su resistencia parabólicamente con el campo magnético aplicado. Esta variación de la resistencia del MR debido al campo magnético se conoce como el Efecto Magnetoresistivo.

La construcción interna del paquete QFN del ACS70331 se muestra en la Figura 2. El chip se sitúa sobre la trayectoria de corriente primaria de tal manera que se produce un campo magnético en el plano con los elementos GMR en el chip. Los elementos GMR 1 y 2 detectan el campo en la dirección +X para el flujo de corriente IP positiva, y los elementos GMR 3 y 4 detectan el campo en la dirección –X para el flujo de corriente IP positiva. Esto permite la medición diferencial de la corriente y el rechazo de campos externos dispersos.

**Figura 1**. *Construcción Interna del ACS70331*

Los cuatro elementos GMR están dispuestos en una configuración de puente de Wheatstone como se muestra en la Figura 2, de tal manera que la salida del puente es proporcional al campo diferencial detectado por los cuatro elementos, rechazando campos comunes.

**Figura 2**. *Configuración de Puente de Wheatstone*

Descripción del Hardware

Plataformas Compatibles

Arduino	Raspberry Pi

Comenzando

caution

Está prohibido que el cuerpo humano toque el módulo durante la prueba, de lo contrario existe peligro de descarga eléctrica.

Jugar con Arduino

Materiales requeridos

Seeeduino V4.2	Base Shield	Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331)

Obtener UNO Ahora	Obtener UNO Ahora	Obtener UNO Ahora

Además, puedes considerar nuestro nuevo Seeeduino Lotus M0+, que es equivalente a la combinación de Seeeduino V4.2 y Baseshield.

note

1 Por favor conecta el cable USB suavemente, de lo contrario podrías dañar el puerto. Por favor usa el cable USB con 4 cables en el interior, el cable de 2 cables no puede transferir datos. Si no estás seguro sobre el cable que tienes, puedes hacer clic aquí para comprar

2 Cada módulo Grove viene con un cable Grove cuando lo compras. En caso de que pierdas el cable Grove, puedes hacer clic aquí para comprar.

Conexión de Hardware

Paso 1. Conecta el Grove - Sensor de Corriente DC de 2.5A (ACS70331) al puerto A0 del Base Shield.
Paso 2. Conecta los polos positivo y negativo del circuito a probar a los correspondientes polos positivo y negativo del terminal de tornillo.

tip

Si inviertes los polos positivo y negativo, la lectura será invertida. Este sensor necesita calibración antes del uso, así que por favor no enciendas el circuito primero.

Paso 3. Conecta Grove - Base Shield en Seeeduino.
Paso 4. Conecta Seeeduino a la PC mediante un cable USB.

**Figura 4**. *Usamos la Fuente de Alimentación DC en esta demostración, por favor configura la corriente a 0A o no la enciendas al principio*

Software

caution

Si esta es la primera vez que trabajas con Arduino, te recomendamos encarecidamente que veas Comenzando con Arduino antes de empezar.

Paso 1. Descarga la Librería Grove Current Sensor desde Github.
Paso 2. En la carpeta /example/, puedes encontrar el código de demostración. Aquí tomamos el Grove_2_5A_Current_Sensor.ino como ejemplo. Solo haz clic en Grove_2_5A_Current_Sensor.ino para abrir la demostración. O puedes copiar el siguiente código:

#ifdef ARDUINO_SAMD_VARIANT_COMPLIANCE
  #define RefVal 3.3
  #define SERIAL SerialUSB
#else
  #define RefVal 5.0
  #define SERIAL Serial
#endif
//An OLED Display is required here
//use pin A0
#define Pin A0

// Take the average of 10 times

const int averageValue = 10;

int sensorValue = 0;

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


float Vref = 265;  //Firstly,change this!!!

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

void loop() 
{
  // Read the value 10 times:
  for (int i = 0; i < averageValue; i++)
  {
    sensorValue += analogRead(Pin);

    // wait 2 milliseconds before the next loop
    delay(2);

  }

  sensorValue = sensorValue / averageValue;
 

  // The on-board ADC is 10-bits 
  // Different power supply will lead to different reference sources
  // example: 2^10 = 1024 -> 5V / 1024 ~= 4.88mV
  //          unitValue= 5.0 / 1024.0*1000 ;
  float unitValue= RefVal / 1024.0*1000 ;
  float voltage = unitValue * sensorValue; 
  
  //When no load,Vref=initialValue
  SERIAL.print("initialValue: ");
  SERIAL.print(voltage);
  SERIAL.println("mV"); 

  // Calculate the corresponding current
  float current = (voltage - Vref) * sensitivity;

  // Print display voltage (mV)
  // This voltage is the pin voltage corresponding to the current
  /*
  voltage = unitValue * sensorValue-Vref;
  SERIAL.print(voltage);
  SERIAL.println("mV");
  */

  // Print display current (mA)
  SERIAL.print(current);
  SERIAL.println("mA");
   
  SERIAL.print("\n");

  // Reset the sensorValue for the next reading
  sensorValue = 0;
  // Read it once per second
  delay(1000);
}

Paso 3. Sube la demostración. Si no sabes cómo subir el código, por favor revisa Cómo subir código.
Paso 4. Abre el Monitor Serie del IDE de Arduino haciendo clic en Herramienta-> Monitor Serie. O presiona las teclas ctrl+shift+m al mismo tiempo. Establece la velocidad de baudios a 9600.
Paso 5. Calibración
Cuando no hay corriente fluyendo, el sensor aún tendrá un pequeño valor de salida. Llamamos a este valor desplazamiento cero.

**Figura 5**. *El desplazamiento cero de esta placa es 283.20mV，Convertido en corriente es 22.75mA*

Debido a la presencia del desplazamiento cero, el sensor también tendrá una lectura cuando no hay corriente. Así que establecemos un parámetro Vref para corregirlo, puedes encontrarlo en el bloque de código anterior.

Línea 21:

float Vref = 265;  
//Vref is zero drift value, you need to change this value to the value you actually measured before using it.

En el código de demostración, establecemos el Vref a 265, sin embargo, el valor de desplazamiento cero varía de placa a placa. Como sabes, la placa que usamos en esta demostración es 283.20. Así que modifiquemos la Línea 21:

float Vref = 283;  
//Vref is zero drift value, you need to change this value to the value you actually measured before using it.

Ahora subamos el código modificado y verifiquemos el resultado:

**Figura 6**. *Ahora el desplazamiento cero de corriente se convierte en 0mA*

Cuando la salida de corriente se convierte en 0mA o un valor pequeño, has completado la calibración.

Paso 5. Ahora es todo tuyo, puedes encender la corriente. Por favor siéntete libre de usarlo, ¡recuerda que este es un Sensor de Corriente DC de 2.5A, la corriente no puede exceder 2.5A!

Si quieres conocer la fórmula de cálculo del resultado, por favor consulta las FAQ Q1

Jugar con Raspberry

Materiales requeridos

Raspberry pi	Grove Base Hat para RasPi	Sensor de Corriente DC 2.5A

Obtener UNO Ahora	Obtener UNO Ahora	Obtener UNO Ahora

Conexión de Hardware

Paso 1. Conecta el Grove Base Hat al Raspberry Pi.
Paso 2. Conecta el Grove - Sensor de Corriente DC 2.5A(ACS70331) al puerto A0 del Base Hat.
Paso 3. Conecta los polos positivo y negativo del circuito a probar a los correspondientes polos positivo y negativo del terminal de tornillo.

**Figura 7**. *Usamos la Fuente de Alimentación DC en esta demostración, por favor configura la corriente a 0A o no la enciendas al principio*

tip

Si inviertes los polos positivo y negativo, la lectura será invertida. Este sensor necesita calibración antes del uso, así que por favor no enciendas el circuito primero.

Paso 4. Alimenta el Raspberry Pi a través del cable Micro-USB.

caution

Puedes alimentar el Raspberry Pi por el puerto USB de la computadora o adaptador DC, sin embargo, si estás usando el Raspberry pi 3B+, te recomendamos encarecidamente que lo alimentes por adaptador DC, si usas el puerto USB de la PC, puedes dañar el Raspberry Pi 3B+.

Software

Paso 1. Sigue Configuración de Software para configurar el entorno de desarrollo.
Paso 2. Descarga el archivo fuente clonando la biblioteca grove.py.

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

Paso 3. Ejecuta los siguientes comandos para ejecutar el código.

cd grove.py/grove   # to enter the demo file folder
python grove_current_sensor.py 0 2.5A   # to run the demo program 

Entonces la terminal mostrará la siguiente salida:

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

Presiona ctrl+c+ para salir.

note

Ten en cuenta el segundo comando. Hay dos parámetros después del nombre del archivo:

0 significa que el sensor está conectado al puerto A0. Si conectas el sensor al puerto A2, entonces necesitas cambiar este parámetro a 2. Este parámetro tiene un rango de 0-7, pero si usas el sombrero base Grove, solo puedes usar 0/2/4/6 debido a las limitaciones físicas de la interfaz.
2.5A significa que el tipo de sensor de corriente es 2.5A DC

Sensor	Tipo de corriente	Valor del parámetro
Grove - 2.5A DC Current Sensor(ACS70331)	DC	2.5A
Grove - 2.5A DC Current Sensor (ACS725)	DC	5A_DC

|AC |5A_AC Grove - 10A DC Current Sensor (ACS725) |DC |10A

Esta serie tiene tres sensores de corriente, la lista de parámetros es la anterior

note

Ten en cuenta que el sensor de corriente DC de 2.5A tendrá un gran error al medir un rango pequeño, por lo que se recomienda que proporciones una corriente de más de 200mA para las pruebas. Además, el entorno de medición afectará la precisión, como que la ondulación del voltaje de alimentación sea lo más pequeña posible.

Paso 4 Calibración.

Cuando no hay corriente fluyendo, el sensor aún tendrá un pequeño valor de salida. Llamamos a este valor desplazamiento cero. Como puedes ver, en el paso 3, el desplazamiento cero de esta placa es 270mV, convertido en corriente es 13mA.

Debido a la presencia del desplazamiento cero, el sensor también tendrá una lectura cuando no hay corriente. Así que establecemos un parámetro Vref para corregirlo, puedes encontrarlo en el python grove_current_sensor.py. Para el Grove - 2.5A DC Current Sensor(ACS70331), establecemos el Vref a 260 por defecto, sin embargo el desplazamiento cero varía de placa a placa. Por eso necesitamos hacer la calibración primero.

Revisa el código python a continuación:

#!/usr/bin/env python
# -*- coding: utf-8 -*-
#
# The MIT License (MIT)
# Copyright (C) 2018  Seeed Technology Co.,Ltd.
#
# This is the library for Grove Base Hat
# which used to connect grove sensors for Raspberry Pi.
'''
This is the code for
    - `Grove - 2.5A DC current sensor  <https://www.seeedstudio.com/Grove-2-5A-DC-Current-Sensor-ACS70331-p-2929.html>`_
    - `Grove - 5A AC/DC current sensor <https://www.seeedstudio.com/Grove-5A-DC-AC-Current-Sensor-ACS70331-p-2928.html>`_
    - `Grove - 10A current sensor      <https://www.seeedstudio.com/Grove-10A-DC-Current-Sensor-ACS725-p-2927.html>`_
Examples:
    .. code-block:: python
        import time
        from grove_current_sensor import Current
        pin = 0
        sensor_type = "2.5A"
        #if use 10A current sensor input: 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 Current Sensor class
    '''

    def __init__(self,bus_num=1,addr=ADC_DEFAULT_IIC_ADDR):
        '''
        Init iic.
        Args: 
            bus_num(int): the bus number;
            addr(int): iic address;
        '''
        self.bus = Bus(bus_num)
        self.addr = addr
  
    def get_nchan_vol_milli_data(self,n,averageValue):
        '''
        Get n chanel data with unit mV.
        :param int n: the adc pin.
        :param int averageValue: Average acquisition frequency.
        Returns: 
            int: voltage value
        '''
        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 cunrrent sensor get n chanel data with unit mA.
        :param int n: the adc pin.
        :param float sensitivity: The coefficient by which voltage is converted into current.
        :param int Vref: Initial voltage at no load.
        :param int averageValue: Average acquisition frequency.
        Returns: 
            int: current value
        '''
        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 current sensor AC output and get n chanel data with unit mA.
        :param int n: the adc pin.
        :param float sensitivity: The coefficient by which voltage is converted into current.
        :param int Vref: Initial voltage at no load.
        :param int averageValue: Average acquisition frequency.
        Returns: 
            int: current value
        '''
        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("parameter input error!")
            print("Please enter parameters for example: python grove_current_sensor 0 2.5A")
            print("parameter1: 0-7")
            print("parameter2: 2.5A/5A_DC/5A_AC/10A")
    
    else:
        print("Please enter parameters for example: python grove_current_sensor 0 2.5A")
        print("parameter1: 0-7")
        print("parameter2: 2.5A/5A_DC/5A_AC/10A")
    
    
if __name__ == '__main__':
    main()

Puedes modificar el Vref en la línea 147 del bloque de código anterior:

        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

Como puedes ver, para el Sensor de Corriente de 2.5A el Vref predeterminado es 260, y en el Paso 3, podemos encontrar que cuando no hay corriente el valor de desplazamiento cero es 270mV. Así que vamos a cambiarlo a 270.

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

Ahora, ejecutemos esta demostración nuevamente.

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

Bueno, mejor que antes, ahora puedes medir la corriente con mayor precisión 😄

FAQ

P1# ¿Cuál es la fórmula de cálculo de corriente?

R1: Si piensas que la parte del principio es muy complicada, vamos a explicarlo de manera sencilla. La corriente en el circuito a probar excita el campo magnético, lo que causa que el valor de resistencia de los elementos GMR cambie. Y el cambio de resistencia en el puente causa un cambio en el voltaje a la salida del chip. Llamamos a la salida de voltaje como V_IOUT.

V_IOUT = Sens × I_p + V_IOUT(Q)

Sens: Sens es el coeficiente que convierte la corriente en un voltaje de salida. Para este módulo es 800mA/V.
I_p: I_p es el valor de corriente en el circuito a probar, Unidad mA.
V_IOUT(Q): V_IOUT(Q) es la salida de voltaje cuando I_p es 0mA (lo que significa que no hay corriente en el circuito a probar), Unidad mV.

Aquí viene el valor de corriente:

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

Ahora, revisemos la figura 5, explicaremos por qué el valor de corriente de la salida no es 0 cuando el valor de corriente real en el circuito a probar es 0. Como puedes ver en la figura 5, el initialValue es 283.20mV, que es el V_IOUT; la corriente es 22.75mA, que es el I_p. En cuanto al V_IOUT(Q), es el Vref que establecemos en el código. En la figura 5, es 265. Y el Sens es 800mA/V, que es 800mA/1000mV. Ahora, solo hagamos algunos cálculos:

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

Entonces, en la figura 6, cuando establecemos el Vref a 283.20, el Ip se convierte en 0mA.

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