ماژول اندازه گیری ولتاژ و جریان CJMCU 3221 با رابط I2C

معرفی

ماژول CJMCU-3221 یک سنسور اندازه‌گیری جریان، ولتاژ و توان الکتریکی بر پایه‌ی تراشه‌ی INA3221 ساخت Texas Instruments است. این ماژول دارای سه کانال مستقل اندازه‌گیری جریان و ولتاژ بوده و از طریق رابط I2C داده‌ها را با دقت بالا به میکروکنترلر ارسال می‌کند.

این ماژول برای اندازه‌گیری میزان مصرف باتری، مانیتورینگ سیستم‌های رباتیک، سیستم‌های خورشیدی، پروژه‌های IoT و تجهیزات صنعتی کاربرد فراوانی دارد.

🔵 مشخصات فنی ماژول CJMCU-3221

·         تراشه اصلی: INA3221

·         تعداد کانال‌ها: ۳ کانال برای اندازه‌گیری جریان و ولتاژ

·         رابط ارتباطی (SMBus)، ارتباط I2C با قابلیت آدرس‌دهی

·         محدوده ولتاژ باس که قابل اندازه‌گیری است: ۰ تا حدود ۲۶ ولت

·         محدوده ولتاژ شانت (Shunt Voltage): تا ±۱۶۳٫۸۴ میلی‌ولت

·         ولتاژ تغذیه ماژول (VCC): تقریباً ۲٫۷ تا ۵٫۵ ولت (3.3V)

·         مصرف جریان ماژول: در حدود ۳۵۰ میکروآمپر در حالت فعال( مصرف توان بسیار پایین)

·         دقت آفست (Offset Voltage): حدود ±۸۰ میکروولت در بدترین حالت

·         خطای بهره (Gain Error): حداکثر حدود ۰٫۲۵٪

·         تعداد آدرس I2C قابل تنظیم: چند آدرس مختلف (چند حالت آدرس‌دهی)

·         خروجی هشدار (Alert / Warning): امکان پیکربندی هشدار برای جریان یا ولتاژ در هر کانال

·         محدوده دمای کاری: تقریباً از –۴۰ درجه سلسیوس تا +۱۲۵ درجه سلسیوس

·         ابعاد ماژول: حدود ۲۵ × ۱۵ میلی‌متر

·         دقت بالا در اندازه‌گیری توان و جریان و نویز کم

·         قابلیت اندازه‌گیری جریان دوطرفه (هم مثبت، هم منفی، Bidirectional)

🔵 کاربردها

این ماژول در پروژه‌هایی که نیاز به پایش دقیق توان دارند بسیار پرکاربرد است:

✔ مانیتورینگ باتری (باتری‌های لیتیومی، Lead-Acid، UPS)

✔ سیستم‌های سولار و پاوربانک‌ها

✔ رباتیک و کنترل موتورها

✔ اندازه‌گیری مصرف توان میکروکنترلرها و تجهیزات IoT

✔ مانیتورینگ توان در سرورها و تجهیزات صنعتی

✔ بررسی جریان لحظه‌ای و حفاظت در برابر اضافه بار

✔ سیستم‌های چند منبع تغذیه و توزیع توان

🔵 توضیحات پایه‌ها (Pinout)

🔸 VCC

ورودی تغذیه ماژول – معمولاً 3.3V (برای 5V باید از Level Shifter استفاده شود.)

🔸 GND

زمین مشترک مدار.

🔸 SDA

پایه داده رابط I2C برای انتقال اطلاعات جریان و ولتاژ.

🔸 SCL

پایه کلاک I2C.

🔸 A0 / A1 (در برخی نسخه‌ها)

انتخاب آدرس I2C (بسته به نسخه ماژول ممکن است حضور داشته باشد یا بریج لحیمی باشد).

🔸 CH1 – CH3 (Shunt Inputs)

هر کانال شامل دو ورودی است:

• IN+ → اتصال به سمت مثبت بار
• IN− → اتصال به مقاومت شنت

🔸 VBUS1 – VBUS3

اندازه‌گیری ولتاژ باس (ولتاژ ورودی اصلی هر خط)

🔸 ALERT / WARNING (در برخی بردها)

خروجی هشدار سطح ولتاژ/جریان (قابل تنظیم از طریق رجیسترها)

🔵 نحوه اتصال و عملکرد

این ماژول با اندازه‌گیری ولتاژ دو سر مقاومت شنت، مقدار جریان عبوری را محاسبه می‌کند. فرمول کلی:

I = Vshunt / Rshunt

(مثلاً اگر مقاومت شنت 0.1 اهم باشد و سنسور 10 میلی‌ولت اختلاف نشان دهد، جریان 0.1 آمپر است.)

هر سه کانال کاملاً مستقل هستند و می‌توانند سه خط تغذیه را هم‌زمان پایش کنند.

🔵 نکات مهم در استفاده

⚠ 1. فقط مقاومت شنت استاندارد استفاده کنید

استفاده از شنت نامناسب باعث خطا می‌شود.

⚠ 2. سطح ولتاژ ورودی I2C → فقط 3.3V

در صورت استفاده با Arduino Uno یا هر برد 5V باید از Level Shifter استفاده شود.

⚠ 3. جهت جریان مهم است

اگر اتصال IN+ و IN– جابجا شود مقدار جریان منفی نمایش داده می‌شود.

⚠ 4. ولتاژ باس بیش از 26 ولت وارد نکنید

باعث آسیب دائمی به تراشه می‌شود.

⚠ 5. مسیرهای جریان باید ضخامت مناسب داشته باشند

چون جریان از روی شنت عبور می‌کند.

🔵 مزایا و نقاط قوت

• دقت بالا
• قابلیت اندازه‌گیری همزمان ۳ خط جریان/ولتاژ
• مناسب برای پروژه‌های حرفه‌ای
• رابط I2C ساده و کم‌پین
• توان مصرفی پایین