Arduino ZMCT103C

Отличный выбор! ZMCT103C — это популярный и недорогой датчик тока на основе трансформатора для Arduino и других микроконтроллеров. Вот подробное описание.

Описание модуля с датчиком тока ZMCT103C

ZMCT103C — это готовый модуль для бесконтактного измерения переменного тока (AC). Его ключевой компонент — миниатюрный трансформатор тока (Current Transformer, CT) с одноименным названием ZMCT103C.

Принцип работы:

1. Трансформатор тока (ZMCT103C): Провод, по которому течет измеряемый переменный ток, пропускается через отверстие в датчике. Ток индуцирует пропорциональное напряжение на выходных выводах трансформатора. Важно: Сам датчик гальванически развязан от измеряемой цепи, что обеспечивает безопасность при работе с высоким напряжением.
2. Операционный усилитель (на модуле): Слабый сигнал с трансформатора усиливается и смещается на операционном усилителе (обычно LM358). Смещение необходимо, чтобы биполярный сигнал (отрицательная и положительная полуволны) стал униполярным (только положительные значения), который может считать аналоговый вход Arduino (0-5В).
3. Arduino: Усиленный сигнал подается на аналоговый вход (A0-A7). Скетч (программа) считывает значение, вычисляет действующее напряжение (RMS), а затем, используя коэффициент трансформации, рассчитывает действующий ток.

Основное применение:

• Мониторинг потребления электроэнергии бытовых приборов.
• Умные розетки и системы домашней автоматизации (Умный дом).
• Защита от перегрузки по току.
• Контроль работы электродвигателей, насосов, освещения.

Технические характеристики

Характеристики датчика ZMCT103C (трансформатор):

• Тип: Трансформатор тока (Current Transformer).
• Номинальный входной ток (I_p): 5А (максимальный — до 20А кратковременно).
• Выходной ток (I_s): 5 мА (при номинальном входном токе).
• Коэффициент трансформации (Turns Ratio): 1000:1 или 2000:1 (уточняйте у поставщика, чаще 1000:1). Это означает, что при токе 5А через первичную обмотку (1 виток — ваш провод), на выходе будет 5 мА.
• Сопротивление нагрузки (R_L): Рекомендуется 100-200 Ом.
• Рабочая частота: 50Hz/60Hz.
• Класс точности: Около 3% (не подходит для высокоточных коммерческих измерений).

Характеристики готового модуля (популярная версия):

• Рабочее напряжение (VCC): 5В (от Arduino).
• Выходной сигнал: Аналоговое напряжение 0-5В.
• Измеряемый ток: Зависит от калибровки. Обычно диапазон 0-30А переменного тока.
• Разрешение АЦП: Зависит от АЦП Arduino (10 бит = 1024 значения).
• Опорное напряжение (Vref): Обычно 5В (можно использовать более стабильное внутреннее 1.1В для повышения точности на малых токах).
• Частота дискретизации: Определяется кодом. Для 50Гц рекомендуется не менее 1 кГц.
• Разъемы: Клеммник для подключения измеряемой цепи (IN), пины "VCC", "OUT", "GND".

Парт-номера и совместимые модели

1. Прямые аналоги датчика (трансформатора) ZMCT103C:

• TA17-03 — очень похожий трансформатор тока, часто используется как полный аналог.
• SCT-013-000 — датчик тока с выходом по току (нужна нагрузочная резистор), один из самых популярных в DIY-сообществе. Не является прямым "drop-in" заменой, но функционально идентичен.
• SCT-013-030 — аналог SCT-013, но с выходом по напряжению (встроенный резистор), более совместим с ZMCT103C по подключению.
• EEM CS1200 — другой распространенный трансформатор тока.

2. Совместимые модули для Arduino (готовые платы):

• PZEM-004T — Готовый модуль-ваттметр с датчиком тока, дисплеем и связью по UART (RX/TX). Более высокий уровень, сразу отдает цифровые данные о напряжении, токе, мощности.
• ACS712 — Датчик тока на эффекте Холла. Измеряет и постоянный (DC), и переменный (AC) ток, но требует более сложной обработки сигнала и имеет меньшую гальваническую развязку.
• INA219 — Датчик тока и напряжения по шине I2C. Для измерения постоянного тока в низковольтных цепях (до 26В). Не для сетевого 220В.
• HLW8032 / BL0937 — Специализированные микросхемы для измерения энергии (как в коммерческих счетчиках). Используются в более продвинутых самодельных ваттметрах.

3. Совместимые платформы (кроме Arduino):

• ESP8266 (NodeMCU, Wemos D1) — очень популярная связка для создания IoT-устройств, отправляющих данные о потреблении в сеть.
• ESP32 — благодаря большему количеству аналоговых входов и высокой производительности, идеален для одновременного мониторинга нескольких каналов.
• Raspberry Pi Pico (RP2040) — может работать с ZMCT103C, но у Pi Pico меньше аналоговых входов.
• Любой микроконтроллер с АЦП (STM32, ATtiny и т.д.).

Важное предупреждение по безопасности

При работе с сетевым напряжением 220В необходимо соблюдать крайнюю осторожность!

• Все подключения к сети выполняйте при полностью отключенном питании.
• Используйте защищенные клеммники, изоляцию.
• Не прикасайтесь к оголенным частям цепи при включенном питании.
• Модуль ZMCT103C обеспечивает развязку, но вся измерительная цепь (провод, клеммы) должна быть надежно изолирована.

Для начала работы вам понадобится библиотека "EmonLib" (от проекта OpenEnergyMonitor), которая значительно упрощает расчет действующих значений тока и мощности.