電壓測量模塊INA226和電流測量模塊ACS712介紹

1.硬件平臺

CPU：STM32F103C8

屏幕：0.96寸OLED屏幕(SPI接口)

電壓測量模塊： INA226(IIC接口)

電流測量模塊：ACS712(ADC采集)

2.功能實現(xiàn)

1.可測量直流電壓0~36V,適用于低電壓電子電路中。
2.可測量直流電0~5A范圍內(nèi)，目前采用的ACS712測量量程為5A,該模塊有多個量程，可測量到20A
3.實時功率監(jiān)測
4.電池電量監(jiān)測(采用電壓壓降方式計算)

3.硬件介紹

3.1 INA226模塊

NA226是具有I2C?或SMBUS兼容接口的電流分流器和功率監(jiān)控器。該設(shè)備同時監(jiān)視并聯(lián)電壓降和總線電源電壓。可編程的校準值，轉(zhuǎn)換時間和平均值與內(nèi)部乘法器結(jié)合使用，可以直接讀取以安培為單位的電流和以瓦特為單位的功率。INA226感應(yīng)共?？偩€電壓上的電流，該電壓可在0 V至36 V之間變化，與電源電壓無關(guān)。該器件采用2.7V至5.5V單電源供電，典型功耗為330 μA。該器件的額定工作溫度范圍為–40°C至125 xC2°C，并且在I 2 C兼容接口上具有多達16個可編程地址。

根據(jù)實物和原理圖可看出IN和OUT 之間進接了一個0.002R電阻。在官方提供說明文檔介紹改模塊是可以測量直流電壓0~36V,可測量總線共模電流，測量電流范圍為-20A ~ 20A之間。測量精度為±1%。但在實際使用過程中發(fā)現(xiàn)僅能測量測量到電壓值。測量電壓時接線方式為：
INPUT接電源正極，GND接電源負極。
按照模塊使用說明提示在將模塊串聯(lián)接入電路(即OUPUT接入到負載)，實際測量發(fā)現(xiàn)無法獲取到正常電流值，因此采用ACS712模塊通過ADC方式完成電流測量。

3.2 INA226模塊相關(guān)寄存器和設(shè)備地址

1.INA226一共有6個寄存器(0x0~0x5),關(guān)于各個寄存器詳細介紹這里則不展開介紹，可自行下載相關(guān)資料。

2.INA226模塊采用IIC通訊，根據(jù)原理圖可知地址A1 A0 ==00，再參考官方技術(shù)文檔可知模塊設(shè)備地址為：0x40

從時序可以看出，第8位為讀寫使能位，則地址和讀寫為組合則為：讀0x81,寫0x80

3.3 INA226模塊驅(qū)動

#include "sys.h"
#include "myiic.h"
#define 	CFG_REG	 		0x00		//
#define 	SV_REG 			0x01		//分流電壓
#define 	BV_REG 			0x02		//總線電壓
#define 	PWR_REG 		0x03		//電源功率
#define 	CUR_REG 		0x04		//電流
#define 	CAL_REG 		0x05		//校準，設(shè)定滿量程范圍以及電流和功率測數(shù)的 
#define 	ONFF_REG 		0x06		//屏蔽 使能 警報配置和轉(zhuǎn)換準備就緒
#define 	AL_REG 			0x07		//包含與所選警報功能相比較的限定值
#define 	INA226_GET_ADDR 0XFF		/
//初始化INA226
void INA226_Init(void)
{	

	IIC_Init();
	INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x8000);	//重新啟動
	
	INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x484f);	//設(shè)置轉(zhuǎn)換時間204us,求平均值次數(shù)128，采樣時間為204*128，設(shè)置模式為分流和總線連續(xù)模式
	INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,CAL);	//設(shè)置分辨率
	//INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,0x0012);//設(shè)置分流電壓轉(zhuǎn)電流轉(zhuǎn)換參數(shù)	
	INA226_Get_ID(INA226_ADDR1);					//獲取ina226的id
}
//設(shè)置寄存器指針
void INA226_SetRegPointer(u8 addr,u8 reg)
{
	IIC_Start();

	IIC_Send_Byte(addr);
	IIC_Wait_Ack();

	IIC_Send_Byte(reg);
	IIC_Wait_Ack();

	IIC_Stop();
}

//發(fā)送,寫入數(shù)據(jù)
void INA226_SendData(u8 addr,u8 reg,u16 data)
{
	u8 temp=0;
	IIC_Start();

	IIC_Send_Byte(addr);
	IIC_Wait_Ack();

	IIC_Send_Byte(reg);
	IIC_Wait_Ack();
	
	temp = (u8)(data>>8);
	IIC_Send_Byte(temp);
	IIC_Wait_Ack();

	temp = (u8)(data&0x00FF);
	IIC_Send_Byte(temp);
	IIC_Wait_Ack();
	
	IIC_Stop();
}

//讀取數(shù)據(jù)
u16 INA226_ReadData(u8 addr)
{
	u16 temp=0;
	IIC_Start();

	IIC_Send_Byte(addr+1);
	IIC_Wait_Ack();
	
	temp = IIC_Read_Byte(1);
	temp<<=8;	
	temp |= IIC_Read_Byte(0);
	
	IIC_Stop();
	return temp;
}
//1mA/bit
u16 INA226_GetShunt_Current(u8 addr)
{
	u16 temp=0;	
	INA226_SetRegPointer(addr,CUR_REG);
	temp = INA226_ReadData(addr);
	if(temp&0x8000)	temp = ~(temp - 1);	
	return temp;
}

//獲取id
void INA226_Get_ID(u8 addr)
{
	u32 temp=0;
	INA226_SetRegPointer(addr,INA226_GET_ADDR);
	temp = INA226_ReadData(addr);
	ina226_data.ina226_id = temp;
}

//獲取校準值
u16 INA226_GET_CAL_REG(u8 addr)
{	
	u32 temp=0;
	INA226_SetRegPointer(addr,CAL_REG);
	temp = INA226_ReadData(addr);
	return (u16)temp;
}

//1.25mV/bit
u16 INA226_GetVoltage(u8 addr)
{
	u32 temp = 0;
	INA226_SetRegPointer(addr,BV_REG);
	temp = INA226_ReadData(addr);
	return (u16)temp;	
}

//2.5uV/bit
u16 INA226_GetShuntVoltage(u8 addr)
{
	int16_t temp = 0;
	INA226_SetRegPointer(addr,SV_REG);
	temp = INA226_ReadData(addr);
	if(temp&0x8000)	temp = ~(temp - 1);	
	return (u16)temp;	
}

//獲取電壓
void GetVoltage(float *Voltage)//mV
{
	*Voltage = INA226_GetVoltage(INA226_ADDR1)*Voltage_LSB;
}

3.4 ACS712模塊
ACS712基于霍爾感應(yīng)的原理設(shè)計，由一個精確的低偏移線性霍爾傳感器電路與位于接近IC表面的銅箔組成（如下圖所示），電流流過銅箔時，產(chǎn)生一個磁場, 霍爾元件根據(jù)磁場感應(yīng)出一個線性的電壓信號，經(jīng)過內(nèi)部的放大、濾波、斬波與修正電路，輸出一個電壓信號，該信號從芯片的第七腳輸出，直接反應(yīng)出流經(jīng)銅箔電流的大小。ACS712根據(jù)尾綴的不一樣，量程分為三個規(guī)格：±5A、±20A、±30A 。輸入與輸出在量程范圍內(nèi)為良好的線性關(guān)系，其系數(shù)Sensitivity分別為，185 mV/A、100 mV/A、66mV/A。因為斬波電路的原因，其輸出將加載于0.5Vcc上。ACS712的Vcc電源 一般建議采用5V。輸出與輸入的關(guān)系為Vout=0.5Vcc+IpSensitivity。一般輸出的電壓信號介于0.5V~4.5V之間。
典型的應(yīng)用：電機領(lǐng)域,載荷檢測和管理,開關(guān)電源領(lǐng)域,和各種電子產(chǎn)品過電流故障保護。
器件特點

80KHZ帶寬

總輸出誤差為1.5％

采用小型貼片SOIC8封裝

1.2mΩ內(nèi)部電阻

左側(cè)大電流引腳（PIN1-4）與右側(cè)低電壓引腳（PIN5-8）最小絕緣電壓為2100V

5V單電壓工作

該器件不可應(yīng)用于汽車領(lǐng)域

ACS712模塊為霍爾傳感器，通過ADC采集電壓值，載根據(jù)電壓與電流的線性關(guān)系時序電流轉(zhuǎn)換，輸入電流與輸出電壓對應(yīng)曲線及計算公式：
ACS712ELCTR-05B電流電壓對應(yīng)關(guān)系如下圖，Ip=0A即沒有輸入電流的時候，對應(yīng)輸出電壓為2.5V.精確度為185mV/A即為圖中斜線的斜率。取VCC=5V,計算公式為：
Vout = 2.5 + 0.185*Ip

3.5 ACS712驅(qū)動

#include "adc.h"
/***************ADC規(guī)則通道初始化*************
**硬件接口：PB0 -- ADC1_CH8(模擬)
**
*注：ADC的工作頻頻率不能超過14MHZ
********************************************/
void ADC1_RegularChannel_Init(void)
{
	//1.開時鐘
	RCC->APB2ENR|=1<<9;//ADC1時鐘
	RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB0時鐘
	RCC->APB2RSTR|=1<<9;//ADC復位時鐘
	RCC->APB2RSTR&=~(1<<9);//關(guān)復位
	/*2.GPIO配置*/
	GPIOB->CRL&=0xFFFFFFF0;//模式輸入方式
	/*3.ADC時鐘頻率配置*/
	RCC->CFGR&=~(0x3<<14);//清除原來配置
	RCC->CFGR|=0x2<<14;//ADC工作頻率72MHZ/6=12MZH
	/*4.配置ADC核心寄存器*/
//	ADC1->CR1&=~(0xF<<16);//獨立模式
	ADC1->CR2|=1<<23;//啟動溫度傳感器（測量CPU溫度）
	ADC1->CR2|=1<<20;//規(guī)則通道外部觸發(fā)轉(zhuǎn)換模式
	ADC1->CR2|=0x7<<17;//外部事件通過開關(guān)事件觸發(fā)
//	ADC1->CR2&=~(1<<11);//右對齊（地位對齊，高位補0）
	ADC1->SMPR1|=0x7<<18;//溫度傳感器采樣時間通道16
	ADC1->SMPR2|=0x7<<24;//通道8采用時間
	ADC1->SQR1&=~(0xF<<20);//規(guī)則通道轉(zhuǎn)換的通道數(shù)目為1個轉(zhuǎn)換
//	ADC1->CR2&=~(1<<1);//單次轉(zhuǎn)換模式
	ADC1->CR2|=1<<0;//開啟ADC
	ADC1->CR2|=1<<3;//初始化校準
	while(ADC1->CR2&1<<3);//等待初始化校準完成
	ADC1->CR2|=1<<2;//開始校準
	while(ADC1->CR2&1<<2){}//等待校準完成
}
/****************ADC1規(guī)則通道獲取數(shù)值***************/
u16 ADC1_GetRegularCHx(u8 chx)
{
	ADC1->SQR3&=~(0x1F<<0);//清除原來寄存器中的值
	ADC1->SQR3|=chx;//要轉(zhuǎn)的通道號
	ADC1->CR2|=1<<22;//開啟轉(zhuǎn)換規(guī)則通過
	while(!(ADC1->SR&1<<1)){}//等待轉(zhuǎn)換完成
	return ADC1->DR;
}

審核編輯：湯梓紅