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基于STM32电压检测和电流检测

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基于STM32电压检测和电流检测
1.硬件平台
CPU:STM32F103C8
屏幕:0.96寸OLED屏幕(SPI接口)
电压测量模块: INA226(IIC接口)
点流测量模块:ACS712(ADC采集)
2.功能实现
1.可测量直流电压0~36V,适用于低电压电子电路中。
2.可测量直流电0~5A范围内,目前采用的ACS712测量量程为5A,该模块有多个量程,可测量到20A
3.实时功率监测
4.电池电量监测(采用电压压降方式计算)

3.硬件介绍
3.1 INA226模块
  INA226是具有I2C™或SMBUS兼容接口的电流分流器和功率监控器。该设备同时监视并联电压降和总线电源电压。可编程的校准值,转换时间和平均值与内部乘法器结合使用,可以直接读取以安培为单位的电流和以瓦特为单位的功率。INA226感应共模总线电压上的电流,该电压可在0 V至36 V之间变化,与电源电压无关。该器件采用2.7V至5.5V单电源供电,典型功耗为330 µA。该器件的额定工作温度范围为–40°C至125 \ xC2°C,并且在I 2 C兼容接口上具有多达16个可编程地址。

 根据实物和原理图可看出IN和OUT 之间进接了一个0.002R电阻。在官方提供说明文档介绍改模块是可以测量直流电压0~36V,可测量总线共模电流,测量电流范围为-20A ~ 20A之间。测量精度为±1%。但在实际使用过程中发现仅能测量测量到电压值。测量电压时接线方式为:
  INPUT接电源正极,GND接电源负极。
  按照模块使用说明提示在将模块串联接入电路(即OUPUT接入到负载),实际测量发现无法获取到正常电流值,因此采用ACS712模块通过ADC方式完成电流测量。



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沙发
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:55 | 只看该作者
3.2 INA226模块相关寄存器和设备地址
   1.INA226一共有6个寄存器(0x0~0x5),关于各个寄存器详细介绍这里则不展开介绍,可自行下载相关资料。


   2.INA226模块采用IIC通讯,根据原理图可知地址A1 A0 ==00,再参考官方技术文档可知模块设备地址为:0x40

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板凳
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:57 | 只看该作者
从时序可以看出,第8位为读写使能位,则地址和读写为组合则为:读0x81,写0x80


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地板
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:57 | 只看该作者
3.3 INA226模块时序图
   在时钟下降沿沿时发送数据,上升沿读取数据。

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5
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:57 | 只看该作者
3.3 INA226模块驱动

#include "sys.h"
#include "myiic.h"
#define         CFG_REG                         0x00                //
#define         SV_REG                         0x01                //分流电压
#define         BV_REG                         0x02                //总线电压
#define         PWR_REG                 0x03                //电源功率
#define         CUR_REG                 0x04                //电流
#define         CAL_REG                 0x05                //校准,设定满量程范围以及电流和功率测数的
#define         ONFF_REG                 0x06                //屏蔽 使能 警报配置和转换准备就绪
#define         AL_REG                         0x07                //包含与所选警报功能相比较的限定值
#define         INA226_GET_ADDR 0XFF                /
//初始化INA226
void INA226_Init(void)
{       

        IIC_Init();
        INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x8000);        //重新启动
       
        INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x484f);        //设置转换时间204us,求平均值次数128,采样时间为204*128,设置模式为分流和总线连续模式
        INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,CAL);        //设置分辨率
        //INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,0x0012);//设置分流电压转电流转换参数       
        INA226_Get_ID(INA226_ADDR1);                                        //获取ina226的id
}
//设置寄存器指针
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();
}

//发送,写入数据
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();
}

//读取数据
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;
}

//获取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;
}

//获取校准值
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;       
}

//获取电压
void GetVoltage(float *Voltage)//mV
{
        *Voltage = INA226_GetVoltage(INA226_ADDR1)*Voltage_LSB;
}

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9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:58 | 只看该作者
3.4 ACS712模块
  ACS712基于霍尔感应的原理设计,由一个精确的低偏移线性霍尔传感器电路与位于接近IC表面的铜箔组成(如下图所示),电流流过铜箔时,产生一个磁场, 霍尔元件根据磁场感应出一个线性的电压信号,经过内部的放大、滤波、斩波与修正电路,输出一个电压信号,该信号从芯片的第七脚输出,直接反应出流经铜箔电流的大小。ACS712根据尾缀的不一样,量程分为三个规格:±5A、±20A、±30A 。输入与输出在量程范围内为良好的线性关系,其系数Sensitivity分别为,185 mV/A、100 mV/A、66mV/A。因为斩波电路的原因,其输出将加载于0.5Vcc上。ACS712的Vcc电源 一般建议采用5V。输出与输入的关系为Vout=0.5Vcc+IpSensitivity。一般输出的电压信号介于0.5V~4.5V之间。
  典型的应用:电机领域,载荷检测和管理,开关电源领域,和各种电子产品过电流故障保护。

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7
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:58 | 只看该作者
器件特点

80KHZ带宽
总输出误差为1.5%
采用小型贴片SOIC8封装
1.2mΩ内部电阻
左侧大电流引脚(PIN1-4)与右侧低电压引脚(PIN5-8)最小绝缘电压为2100V
5V单电压工作
该器件不可应用于汽车领域

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8
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:58 | 只看该作者
 ACS712模块为霍尔传感器,通过ADC采集电压值,载根据电压与电流的线性关系时序电流转换,输入电流与输出电压对应曲线及计算公式:
  ACS712ELCTR-05B电流电压对应关系如下图,Ip=0A即没有输入电流的时候,对应输出电压为2.5V.精确度为185mV/A即为图中斜线的斜率。取VCC=5V,计算公式为:
Vout = 2.5 + 0.185*Ip

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9
9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:58 | 只看该作者
3.5 ACS712驱动

#include "adc.h"
/***************ADC规则通道初始化*************
**硬件接口:PB0 -- ADC1_CH8(模拟)
**
*注:ADC的工作频频率不能超过14MHZ
********************************************/
void ADC1_RegularChannel_Init(void)
{
        //1.开时钟
        RCC->APB2ENR|=1<<9;//ADC1时钟
        RCC->APB2ENR|=1<<3;//PB0时钟
        RCC->APB2RSTR|=1<<9;//ADC复位时钟
        RCC->APB2RSTR&=~(1<<9);//关复位
        /*2.GPIO配置*/
        GPIOB->CRL&=0xFFFFFFF0;//模式输入方式
        /*3.ADC时钟频率配置*/
        RCC->CFGR&=~(0x3<<14);//清除原来配置
        RCC->CFGR|=0x2<<14;//ADC工作频率72MHZ/6=12MZH
        /*4.配置ADC核心寄存器*/
//        ADC1->CR1&=~(0xF<<16);//独立模式
        ADC1->CR2|=1<<23;//启动温度传感器(测量CPU温度)
        ADC1->CR2|=1<<20;//规则通道外部触发转换模式
        ADC1->CR2|=0x7<<17;//外部事件通过开关事件触发
//        ADC1->CR2&=~(1<<11);//右对齐(地位对齐,高位补0)
        ADC1->SMPR1|=0x7<<18;//温度传感器采样时间通道16
        ADC1->SMPR2|=0x7<<24;//通道8采用时间
        ADC1->SQR1&=~(0xF<<20);//规则通道转换的通道数目为1个转换
//        ADC1->CR2&=~(1<<1);//单次转换模式
        ADC1->CR2|=1<<0;//开启ADC
        ADC1->CR2|=1<<3;//初始化校准
        while(ADC1->CR2&1<<3);//等待初始化校准完成
        ADC1->CR2|=1<<2;//开始校准
        while(ADC1->CR2&1<<2){}//等待校准完成
}
/****************ADC1规则通道获取数值***************/
u16 ADC1_GetRegularCHx(u8 chx)
{
        ADC1->SQR3&=~(0x1F<<0);//清除原来寄存器中的值
        ADC1->SQR3|=chx;//要转的通道号
        ADC1->CR2|=1<<22;//开启转换规则通过
        while(!(ADC1->SR&1<<1)){}//等待转换完成
        return ADC1->DR;
}

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9dome猫|  楼主 | 2024-2-27 15:59 | 只看该作者
实物测量效果

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