[其他ST产品] 基于STM32电压检测和电流检测

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 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
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。
5104865dd954640e80.png
 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。



 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:55 | 显示全部楼层
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。
4522565dd955f56401.png

   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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 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:57 | 显示全部楼层
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

3714965dd95d0bc181.png
 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:57 | 显示全部楼层
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。
1448365dd95dc90dc7.png
 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:57 | 显示全部楼层
3.3 INA226模块驱动

  1. #include "sys.h"
  2. #include "myiic.h"
  3. #define         CFG_REG                         0x00                //
  4. #define         SV_REG                         0x01                //分流电压
  5. #define         BV_REG                         0x02                //总线电压
  6. #define         PWR_REG                 0x03                //电源功率
  7. #define         CUR_REG                 0x04                //电流
  8. #define         CAL_REG                 0x05                //校准,设定满量程范围以及电流和功率测数的
  9. #define         ONFF_REG                 0x06                //屏蔽 使能 警报配置和转换准备就绪
  10. #define         AL_REG                         0x07                //包含与所选警报功能相比较的限定值
  11. #define         INA226_GET_ADDR 0XFF                /
  12. //初始化INA226
  13. void INA226_Init(void)
  14. {       

  15.         IIC_Init();
  16.         INA226_SendData(INA226_ADDR1,CFG_REG,0x8000);        //重新启动
  17.        
  18.         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
  19.         INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,CAL);        //设置分辨率
  20.         //INA226_SendData(INA226_ADDR1,CAL_REG,0x0012);//设置分流电压转电流转换参数       
  21.         INA226_Get_ID(INA226_ADDR1);                                        //获取ina226的id
  22. }
  23. //设置寄存器指针
  24. void INA226_SetRegPointer(u8 addr,u8 reg)
  25. {
  26.         IIC_Start();

  27.         IIC_Send_Byte(addr);
  28.         IIC_Wait_Ack();

  29.         IIC_Send_Byte(reg);
  30.         IIC_Wait_Ack();

  31.         IIC_Stop();
  32. }

  33. //发送,写入数据
  34. void INA226_SendData(u8 addr,u8 reg,u16 data)
  35. {
  36.         u8 temp=0;
  37.         IIC_Start();

  38.         IIC_Send_Byte(addr);
  39.         IIC_Wait_Ack();

  40.         IIC_Send_Byte(reg);
  41.         IIC_Wait_Ack();
  42.        
  43.         temp = (u8)(data>>8);
  44.         IIC_Send_Byte(temp);
  45.         IIC_Wait_Ack();

  46.         temp = (u8)(data&0x00FF);
  47.         IIC_Send_Byte(temp);
  48.         IIC_Wait_Ack();
  49.        
  50.         IIC_Stop();
  51. }

  52. //读取数据
  53. u16 INA226_ReadData(u8 addr)
  54. {
  55.         u16 temp=0;
  56.         IIC_Start();

  57.         IIC_Send_Byte(addr+1);
  58.         IIC_Wait_Ack();
  59.        
  60.         temp = IIC_Read_Byte(1);
  61.         temp<<=8;       
  62.         temp |= IIC_Read_Byte(0);
  63.        
  64.         IIC_Stop();
  65.         return temp;
  66. }
  67. //1mA/bit
  68. u16 INA226_GetShunt_Current(u8 addr)
  69. {
  70.         u16 temp=0;       
  71.         INA226_SetRegPointer(addr,CUR_REG);
  72.         temp = INA226_ReadData(addr);
  73.         if(temp&0x8000)        temp = ~(temp - 1);       
  74.         return temp;
  75. }

  76. //获取id
  77. void INA226_Get_ID(u8 addr)
  78. {
  79.         u32 temp=0;
  80.         INA226_SetRegPointer(addr,INA226_GET_ADDR);
  81.         temp = INA226_ReadData(addr);
  82.         ina226_data.ina226_id = temp;
  83. }

  84. //获取校准值
  85. u16 INA226_GET_CAL_REG(u8 addr)
  86. {       
  87.         u32 temp=0;
  88.         INA226_SetRegPointer(addr,CAL_REG);
  89.         temp = INA226_ReadData(addr);
  90.         return (u16)temp;
  91. }

  92. //1.25mV/bit
  93. u16 INA226_GetVoltage(u8 addr)
  94. {
  95.         u32 temp = 0;
  96.         INA226_SetRegPointer(addr,BV_REG);
  97.         temp = INA226_ReadData(addr);
  98.         return (u16)temp;       
  99. }

  100. //2.5uV/bit
  101. u16 INA226_GetShuntVoltage(u8 addr)
  102. {
  103.         int16_t temp = 0;
  104.         INA226_SetRegPointer(addr,SV_REG);
  105.         temp = INA226_ReadData(addr);
  106.         if(temp&0x8000)        temp = ~(temp - 1);       
  107.         return (u16)temp;       
  108. }

  109. //获取电压
  110. void GetVoltage(float *Voltage)//mV
  111. {
  112.         *Voltage = INA226_GetVoltage(INA226_ADDR1)*Voltage_LSB;
  113. }
 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:58 | 显示全部楼层
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。
 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:58 | 显示全部楼层
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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 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:58 | 显示全部楼层
 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
3451565dd96288bd81.png
 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:58 | 显示全部楼层
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;
}
 楼主| 9dome猫 发表于 2024-2-27 15:59 | 显示全部楼层
实物测量效果

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