Was ist das ACS712-Stromsensormodul und wie funktioniert es?

Das Stromsensormodul ACS712 ist ein weit verbreitetes Hall-Effekt-basiertes Gerät zur Messung von Wechsel- und Gleichstrom in elektronischen Systemen.In diesem Artikel werden die ACS712-Modulübersicht, Pinbelegung, Spezifikationen, Funktionen, Verdrahtungsmethode, Programmierprozess, Anwendungen, Vergleich und Leistungsüberlegungen erläutert.

Katalog

ACS712 Stromsensormodul

Die ACS712 Stromsensormodul ist ein kompaktes Gerät zur Messung von Wechsel- und Gleichstrom in elektronischen Schaltkreisen.Es basiert auf dem von Allegro MicroSystems entwickelten Hall-Effekt-Stromsensor-IC ACS712.Dieses Modul wandelt den gemessenen Strom in eine proportionale analoge Spannung um und erleichtert so die Verbindung mit Mikrocontrollern wie Arduino, Raspberry Pi und anderen eingebetteten Systemen.

Der Sensor erkennt das Magnetfeld, das entsteht, wenn Strom durch seinen Innenleiter fließt.Die Ausgangsspannung liegt etwa bei der Hälfte der Versorgungsspannung (typischerweise 2,5 V bei Versorgung mit 5 V).Wenn Strom in eine Richtung fließt, erhöht sich die Ausgangsspannung;Fließt es in die entgegengesetzte Richtung, nimmt die Spannung ab.Dies ermöglicht eine genaue bidirektionale Strommessung.Das ACS712-Modul ist in verschiedenen Strombereichen erhältlich, z. B. ±5 A, ±20 A und ±30 A (ACS712-05B, ACS712-20A , ACS712-30A).

Wenn Sie am Kauf des ACS712-Stromsensormoduls interessiert sind, kontaktieren Sie uns bitte bezüglich Preis und Verfügbarkeit.

Pinbelegung des ACS712-Sensormoduls

Pin / Terminal	Etikett auf Modul	Beschreibung
1	IP+ (Schraube Terminal)	Verbinden Sie sich mit dem positive Seite der Last oder Stromquelle.Hier tritt Strom ein.
2	IP− (Schraube Terminal)	Verbinden Sie sich mit dem Minusseite der Last oder Stromquelle.Aktuelle Ausgänge hier.
3	VCC	Stromversorgung Eingang (typischerweise +5V).
4	AUS	Analoger Ausgang Spannung proportional zum gemessenen Strom.
5	GND	Boden Anschluss für Stromversorgung und Signalreferenz.

Spezifikationen des ACS712-Sensormoduls

Parameter	ACS712-05B (5A)	ACS712-20A	ACS712-30A
Versorgungsspannung (VCC)	5V DC (4,5V – 5,5V)	5V DC (4,5V – 5,5V)	5V DC (4,5V – 5,5V)
Messung Reichweite	-5A bis +5A	-20A bis +20A	-30A bis +30A
Empfindlichkeit (Skalierungsfaktor)	185 mV/A	100 mV/A	66 mV/A
Ausgangsspannung bei 0A	VCC/2 (≈2,5V)	VCC/2 (≈2,5V)	VCC/2 (≈2,5V)
Ausgabetyp	Analoge Spannung	Analoge Spannung	Analoge Spannung
Isolation Spannung	2,1 kVeff (Minimum)	2,1 kVeff (Minimum)	2,1 kVeff (Minimum)
Bandbreite	80 kHz	80 kHz	80 kHz
Reaktionszeit	5 µs	5 µs	5 µs
Betrieb Temperatur	-40°C bis +85°C	-40°C bis +85°C	-40°C bis +85°C
Intern Leiterwiderstand	1,2 mΩ	1,2 mΩ	1,2 mΩ
Chip-Teilenummer	ACS712ELCTR-05B	ACS712ELCTR-20A	ACS712ELCTR-30A

Merkmale des ACS712-Sensormoduls

Misst sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom

Das ACS712-Sensormodul kann sowohl Wechselstrom (AC) als auch Gleichstrom (DC) messen.Dadurch eignet es sich für eine Vielzahl von Anwendungen wie Stromversorgungen, Batterieüberwachung, Motorsteuerung und Wechselrichtersysteme.

Hall-Effekt-basierte Erfassung

Das Modul nutzt die Hall-Effekt-Technologie, um das durch den Stromfluss erzeugte Magnetfeld zu erkennen.Da es das Magnetfeld misst, anstatt einen direkten elektrischen Kontakt herzustellen, bietet es eine sicherere und zuverlässigere Stromerkennung.

Elektrische Isolierung

Der ACS712 bietet eine interne elektrische Isolierung (bis zu 2,1 kVRMS) zwischen dem Strompfad und den Ausgangssignalpins.Dadurch werden Niederspannungs-Mikrocontroller vor Hochspannungsschaltkreisen geschützt.

Analoger Spannungsausgang

Der Sensor gibt eine lineare Analogspannung proportional zum gemessenen Strom aus.Der Ausgang ist auf VCC/2 zentriert (ca. 2,5 V bei Versorgung mit 5 V), was die Verbindung mit ADC-Eingängen von Mikrocontrollern erleichtert.

Mehrere Strombereiche verfügbar

Das Modul ist in den Versionen ±5A, ±20A und ±30A erhältlich.Dadurch können Benutzer den richtigen Bereich basierend auf ihren Anwendungsanforderungen auswählen.

Niedriger interner Leiterwiderstand

Mit einem Innenwiderstand von ca. 1,2 Milliohm führt der Sensor zu minimalem Leistungsverlust und minimaler Wärmeentwicklung im Schaltkreis.

Schnelle Reaktionszeit

Der ACS712 verfügt über eine typische Reaktionszeit von 5 Mikrosekunden und eine Bandbreite von 80 kHz, wodurch er sich für die Erkennung schnell ändernder Ströme eignet.

Kompaktes und einfach zu bedienendes Modul

Das Breakout-Board verfügt über Schraubklemmen für Hochstromanschlüsse und Standard-Stiftleisten für die Signalausgabe, was eine schnelle und einfache Integration in elektronische Projekte ermöglicht.

So verwenden Sie das ACS712-Sensormodul

Das Diagramm zeigt, wie das ACS712 Stromsensormodul ordnungsgemäß in einem Stromkreis angeschlossen und verwendet wird.Das Modul wird in Reihe mit der Last geschaltet, was bedeutet, dass der Strom, der von der Stromquelle zur Last fließt, durch den ACS712-Sensor fließen muss.Ein Anschluss des Sensors wird an die positive Seite der Stromquelle angeschlossen, der andere Anschluss an die Last.Dadurch kann der Sensor das durch den fließenden Strom erzeugte Magnetfeld erkennen und genau messen.

Signalseitig ist das Modul mit einem Mikrocontroller verbunden.Der VCC-Pin ist mit einer 5-V-Versorgung vom Mikrocontroller verbunden und der GND-Pin ist mit der Systemmasse verbunden, um eine gemeinsame Referenz sicherzustellen.Der OUT-Pin ist mit einem analogen Eingangspin des Mikrocontrollers verbunden.Dieser Pin gibt eine Spannung proportional zum gemessenen Strom aus.

Wenn kein Strom fließt, beträgt die Ausgangsspannung etwa die Hälfte von VCC (etwa 2,5 V).Wenn der Strom zunimmt oder die Richtung ändert, verschiebt sich die Ausgangsspannung nach oben oder unten, sodass der Mikrocontroller den Stromwert berechnen kann.

So programmieren Sie das ACS712-Sensormodul

Das ACS712-Stromsensormodul erfordert keine Programmierung im Sensor selbst.Stattdessen verbinden Sie seinen Ausgang mit einem Mikrocontroller wie einem Arduino Uno und lesen die von ihm erzeugte analoge Spannung ab.Der Sensor gibt eine Spannung aus, die auf der Hälfte der Versorgungsspannung liegt.Bei einer Versorgung mit 5 V beträgt der Ausgang etwa 2,5 V, wenn kein Strom fließt.

Um es zu verwenden, verbinden Sie VCC mit 5 V, GND mit Masse und den OUT-Pin mit einem analogen Eingang wie A0.Die Last muss in Reihe mit den IP+- und IP–-Klemmen geschaltet werden.Lesen Sie im Code den Analogwert mit analogRead() und wandeln Sie diesen Wert dann in Spannung um, indem Sie ihn mit 5,0 multiplizieren und durch 1023 dividieren. Anschließend subtrahieren Sie den Nullstrom-Offset (normalerweise etwa 2,5 V).Teilen Sie abschließend das Ergebnis durch die Empfindlichkeit des Sensors.Die Empfindlichkeit hängt von der Modulversion ab: 185 mV/A für 5 A, 100 mV/A für 20 A und 66 mV/A für 30 A.

Nehmen Sie für eine bessere Genauigkeit mehrere Messungen vor und mitteln Sie sie, um das Rauschen zu reduzieren.Sie können auch die tatsächliche Nullstromspannung messen und diese als Offset für die Kalibrierung verwenden.Führen Sie bei Wechselstrommessungen wiederholt Proben durch und berechnen Sie den RMS-Wert.Wenn Sie diese Schritte befolgen, können Sie den Strom mit dem ACS712-Modul genau messen.

Anwendungen des ACS712-Sensormoduls

• Überwachung des Stromversorgungsstroms

• Überwachung des Ladens und Entladens der Batterie

• Strommessung von Solarstromanlagen

• Motorstromüberwachung

• Überstromschutzschaltungen

• Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV).

• Strommessung des Wechselrichters

• Energieüberwachungssysteme für Privathaushalte

• Lasterkennungssysteme

• Strommessung von Industrieanlagen

• Stromsteuerung durch Robotik

• Stromerfassung für Elektrofahrzeuge

Vergleich: ACS712 Sensor vs. INA219

Funktion	ACS712 Sensor	INA219 Sensor
Messtyp	Misst Wechselstrom und Gleichstrom	Misst Gleichstrom Nur aktuell
Ausgabetyp	Analoge Spannung Ausgabe	Digitaler I2C Ausgabe
Schnittstelle	Analoger Pin (ADC erforderlich)	I2C Kommunikation
Aktueller Bereich	±5A, ±20A, ±30A Versionen	Hängt vom Shunt ab Widerstand (normalerweise ±3,2 A Standard)
Spannung Messung	Nur aktuell	Misst beides Strom und Busspannung
Macht Berechnung	Extern Berechnung erforderlich	Eingebaute Stromversorgung Berechnung
Isolation	Hall-Effekt Isolation	Keine Isolation (Shunt-basiert)
Genauigkeit	Mäßig	Höhere Genauigkeit
Geräuschpegel	Empfindlicher zu Lärm	Stabiler digitaler Ausgang
Kalibrierung	Manueller Offset Kalibrierung	Software Kalibrierung über Register
Typisch Anwendungen	Motorsteuerung, AC-Überwachung, Wechselrichter	Batterie Überwachung, Energiemanagement, DC-Systeme
Mikrocontroller Laden	Erfordert ADC Verarbeitung	Minimal Verarbeitung über I2C

Mechanische Abmessungen

Vorteile und Einschränkungen

Vorteile des ACS712-Moduls

• Misst sowohl Wechsel- als auch Gleichstrom

• Bietet elektrische Isolierung (Hall-Effekt-Erkennung)

• Einfache analoge Ausgangsschnittstelle

• Einfache Verbindung mit Mikrocontrollern

• Erhältlich in mehreren Strombereichen (5A, 20A, 30A)

• Niedrige Kosten und weit verbreitet

• Kompakte Modulgröße

Einschränkungen des ACS712-Moduls

• Mäßige Genauigkeit im Vergleich zu digitalen Sensoren

• Der Ausgang reagiert empfindlich auf elektrisches Rauschen

• Erfordert ADC und Signalverarbeitung

• Erfordert eine manuelle Nullpunktkalibrierung

• Begrenzte Auflösung aufgrund des analogen Ausgangs

• Temperaturdrift kann die Genauigkeit beeinträchtigen

• Nicht ideal für die Messung sehr geringer Ströme

Fazit

Das Stromsensormodul ACS712 mit seiner Hall-Effekt-Sensortechnologie bietet elektrische Isolierung, geringen Innenwiderstand und schnelle Reaktion, während sein Analogausgang eine einfache Integration mit Mikrocontrollern ermöglicht.Durch das Verständnis seiner Spezifikationen, Pin-Konfiguration, Empfindlichkeitswerte und der richtigen Programmiermethode können Sie genaue Strommessungen für die Leistungsüberwachung, Schutzschaltungen und Steuerungssysteme erreichen.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Wie genau ist das Stromsensormodul ACS712?

Der ACS712 bietet normalerweise eine mäßige Genauigkeit, unter idealen Bedingungen etwa ±1,5 %.Die Genauigkeit kann durch Temperatur, Rauschen und Kalibrierungsqualität beeinträchtigt werden.

2. Kann der ACS712 sehr niedrige Ströme genau messen?

Es ist nicht ideal für die Messung sehr geringer Ströme, da kleine Stromänderungen sehr kleine Spannungsverschiebungen erzeugen, die durch Rauschen beeinflusst werden können.

3. Benötigt der ACS712 einen externen Verstärker?

Nein, das Modul verfügt bereits über einen verstärkten Analogausgang.Allerdings kann eine externe Filterung oder Signalaufbereitung die Stabilität verbessern.

4. Wie kann das Rauschen bei ACS712-Messungen reduziert werden?

Nutzen Sie die Mittelwertbildung in der Software, fügen Sie zur Filterung einen Kondensator zwischen OUT und GND hinzu, halten Sie die Verkabelung kurz und sorgen Sie für eine stabile Stromversorgung.

5. Was passiert, wenn der Strom den Nennbereich überschreitet?

Eine Überschreitung des Nennbereichs kann zu einer Sättigung des Ausgangssignals führen und den Innenleiter des Sensors dauerhaft beschädigen.

6. Kann ich ACS712 mit 3,3-V-Mikrocontrollern verwenden?

Ja, aber stellen Sie sicher, dass die Ausgangsspannung den ADC-Grenzwert nicht überschreitet.Möglicherweise ist ein Spannungsteiler oder eine ordnungsgemäße ADC-Referenzeinstellung erforderlich.

7. Ist der ACS712 sicher für Hochspannungsstromkreise?

Ja, es bietet eine interne Isolierung von bis zu 2,1 kVRMS und schützt so Steuerkreise mit niedriger Spannung vor Strompfaden mit hoher Spannung.

8. Wie wähle ich zwischen den Versionen 5A, 20A und 30A?

Wählen Sie die Version, die Ihrem maximal erwarteten Strom am nächsten kommt.Versionen mit niedrigerem Bereich bieten eine bessere Empfindlichkeit und Auflösung.