Точное измерение переменного тока датчиком ACS712 на Arduino: метод истинного RMS (TRMS)

Необходимые компоненты

• Arduino UNO — 1 шт.
• Датчик тока ACS712 (версия 30A) — 1 шт. Совет: для бытовых нагрузок лучше 5A или 10A — меньше шумов.
• Дисплей: LCD 16×2 I²C или OLED 128×32 I²C — 1 шт.
• Перемычки, нагрузка для тестов (лампа накаливания + диммер)

О проекте

Автор (SurtrTech) показывает, как правильно измерять переменный ток с ACS712. Датчик основан на эффекте Холла: выходное напряжение пропорционально току в проводнике, гальванически разделённом с измеряемой цепью. Главная сложность — вычисление истинного корня из среднего квадрата (True RMS) для несинусоидальных сигналов (например, при управлении диммером/триаком).

Почему простой метод «пик-пик» не работает

Для чистой синусоиды RMS = (Vpp / 2) × 0,707. Но если форма сигнала искажена (обрезанная синусоида от фазового регулятора), пик-пик даёт завышенные значения. Пример: мультиметр показывает 0,21 А, простой код — 0,36 А.

Решение: библиотека Filters (статистический подход)

Библиотека Filters.h реализует скользящее окно накопления выборок и вычисляет сигму (стандартное отклонение) сигнала, что эквивалентно TRMS для нулевого среднего. Настройка выполняется двумя коэффициентами:

• intercept — смещение нуля (ошибка при нулевом токе).
• slope — коэффициент пропорциональности (калибровка по известной нагрузке).

Калибровка

1. С током 0 А измеряйте inputStats.sigma(). Если не 0 — задайте intercept = -measured_sigma.
2. Подайте известный ток (например, лампа 75 Вт при 230 В → ~0,326 А). Измерьте sigma. Вычислите slope = I_real / sigma.
3. Пропишите оба коэффициента в скетче.

Примеры кода (основные версии)

1. Тест формы сигнала (Serial Plotter)

#define CURRENT_PIN A0
void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(CURRENT_PIN, INPUT);
}
void loop() {
  float val = analogRead(CURRENT_PIN);
  Serial.println(val);
  delay(100); // подберите задержку для видного синуса
}

2. Метод пик-пик (только для синусоиды)

#define SAMPLES 300
#define ACS_PIN A0
float highPeak, lowPeak, ampsPP, ampsRMS;
void setup() { Serial.begin(9600); pinMode(ACS_PIN, INPUT); }
void loop() {
  readAmps();
  ampsRMS = ampsPP * 0.3536 * 0.06; // 0.06 — эмпирический калибровочный коэф.
  Serial.print(ampsRMS); Serial.print("\t"); Serial.println(ampsPP);
  delay(200);
}
void readAmps() {
  highPeak = 0; lowPeak = 1024;
  for (int i=0; i highPeak) highPeak = v;
    if (v < lowPeak) lowPeak = v;
  }
  ampsPP = highPeak - lowPeak;
}

3. TRMS через библиотеку Filters (Serial)

#include 
#define ACS_PIN A0
float testFreq = 50.0;
float window = 40.0 / testFreq; // 800 мс окно
float intercept = 0;
float slope = 0.0752; // ПОДСТАВЬТЕ СВОИ ПОСЛЕ КАЛИБРОВКИ
unsigned long period = 1000, prev = 0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(ACS_PIN, INPUT);
}
void loop() {
  RunningStatistics stats;
  stats.setWindowSecs(window);
  while (true) {
    float v = analogRead(ACS_PIN);
    stats.input(v);
    if (millis() - prev >= period) {
      prev = millis();
      float amps = intercept + slope * stats.sigma();
      Serial.print("\t Amps: "); Serial.println(amps);
    }
  }
}

4. TRMS + LCD I²C

#include 
#include 
#define ACS_PIN A0
#define I2C_ADDR 0x27
LiquidCrystal_I2C lcd(I2C_ADDR, 2, 1, 0, 4, 5, 6, 7); // En, Rw, Rs, D4-D7
// ... те же параметры окна, intercept, slope ...
void setup() {
  lcd.begin(16,2);
  lcd.setBacklightPin(3, POSITIVE);
  lcd.setBacklight(HIGH);
}
void loop() {
  RunningStatistics stats;
  stats.setWindowSecs(window);
  while (true) {
    stats.input(analogRead(ACS_PIN));
    if (millis() - prev >= period) {
      prev = millis();
      float amps = intercept + slope * stats.sigma();
      lcd.clear();
      lcd.setCursor(2,0);
      lcd.print(amps); lcd.print(" A");
    }
  }
}

5. TRMS + OLED 128×32 (Adafruit SSD1306)

#include 
#include 
#include 
#define ACS_PIN A0
#define SCREEN_W 128
#define SCREEN_H 32
Adafruit_SSD1306 display(SCREEN_W, SCREEN_H, &Wire, -1);
// ... те же параметры ...
void setup() {
  display.begin(SSD1306_SWITCHCAPVCC, 0x3C);
  display.clearDisplay(); display.display();
}
void loop() {
  RunningStatistics stats;
  stats.setWindowSecs(window);
  while (true) {
    stats.input(analogRead(ACS_PIN));
    if (millis() - prev >= period) {
      prev = millis();
      float amps = intercept + slope * stats.sigma();
      display.clearDisplay();
      display.setTextSize(3);
      display.setTextColor(WHITE);
      display.setCursor(15,10);
      display.print(amps); display.println(" A");
      display.display();
    }
  }
}

Схемы подключения

• ACS712: VCC → 5V, GND → GND, OUT → A0. Измеряемый провод проходит через клеммы модуля.
• LCD I²C: SDA → A4, SCL → A5, VCC/GND → 5V/GND.
• OLED I²C: те же пины I²C.

Важные замечания

• Безопасность! Работа с сетью 220 В опасна. Используйте изолированные провода, не касайтесь открытых частей под напряжением.
• Версия ACS712 30A имеет низкую чувствительность (66 мВ/А) — для малых токов шум большой. Лучше 5А (185 мВ/А) или 20А (100 мВ/А).
• Библиотека Filters.h не входит в стандартный набор — скачайте с GitHub автора (ссылка в исходнике) или найдите в Library Manager.
• Частота сети (50/60 Гц) задаётся в testFrequency.