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【外设移植】Ai-WB2+INA266

安信可科技  · 公众号  ·  · 2024-09-23 11:59

正文


以下作品由安信可社区用户

WangChong制作


Part.01
外设介绍


INA226 是一款由德州仪器 (TI) 生产的高精度电流、功率和电压监控器。它用于监测电源系统中的电流、电压和功率，广泛应用于电源管理、电池管理系统、服务器、电动汽车等领域。以下是 INA226 的一些主要特点：



●功能概述

电流检测：INA226 通过外部分流电阻来测量电流。分流电阻两端的电压差与流经它的电流成比例。

电压监测：可以直接监测电源侧的电压，最大输入电压范围可达 36V。

功率计算：INA226 内部集成了功率计算功能，通过测量电流和电压，实时计算功率。

I2C 通信接口：通过 I2C 接口与微控制器通信，读取电压、电流和功率数据。


● 主要特点

高精度：电流检测的精度可达到 ±0.1%，电压测量的精度为 ±0.01%。

宽输入电压范围：INA226 的输入电压可支持 0V 到 36V，适合多种电源监测应用。

分辨率高：能够检测非常小的电压差（微伏级），使其能够通过低阻值分流电阻测量较大电流。

可编程警报：可以设置电压、电流或功率的报警阈值，当监测值超出设定范围时触发报警。

低功耗：静态电流非常低（通常为 420μA），适用于低功耗应用。


●工作原理

INA226 使用外部的分流电阻，将流过负载的电流转化为分流电阻上的电压降。然后通过内部的放大器放大电压降，最终通过 ADC（模数转换器）将其转化为数字信号，并通过 I2C 总线发送给微控制器。

同时，INA226 可以直接测量电源电压。利用这些信息，它可以计算系统的功耗，帮助优化系统性能。



上述的INA226模块一共有8个接口，分别是IN+ （电流+输入） IN - （电流-输出） VBS(测量电压) ALE(闹钟，警报，一般不用) SCL 和 SDA （I2C通讯）以及GND 和VCC

如果想使用这个模块需要正确的接线， 比如现在想测量通过三个LED灯的电流，需要将这三个LED灯串联在上述的电路中。LED灯的-极接 INA226的IN +，然后把IN- 接到GND上。即可完成电流测量的接线。

如果想测量电压，只需要将VBS接入待测电压的+极即可。


Part.02
接线图如下

INA 226 WB2 LED灯（用于测电流）
SCL SCL 
SDA SDA 
VCC   3.3V
GND   GND

3.3 LED+
IN+    
LED-
IN-GND
VBUS 
LED+
ALE






Part.03
移植过程

根据INA226数据手册得知，如果想读取INA226的数据的话，需要用IIC访问以下的寄存器。




而这里需要注意一点的是，如果要想读取电流的数据的话，一定要先校准INA226， 也就是往INA226的0x05寄存器中写入数据。




可以用过下面的公式计算出来校准寄存器里应该写入的数值。



比如说现在期望读取的最大的电流为5A， 用5/2^15 可以得到电流的lowest significant bit （LSB） 然后使用上面的公式 0.00512 /(LSB * 分流电阻的阻值)， 计算的结果大概等于335。换算到代码中则为以下：


// 初始化INA266传感器并设置校准值static void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c){    uint16_t calibration_value = 335;    ina266_set_calibration(i2c, calibration_value);}


完整的读取代码如下：


#include #include #include #include #include #include 
#define INA266_DEFAULT_ADDR 0x40 // INA266 I2C地址
#define INA266_REG_CURRENT 0x04     // INA266电流寄存器地址#define INA266_REG_CALIBRATION 0x05 // INA266校准寄存器地址#define INA266_REG_BUS_VOLTAGE 0x02 // INA266总线电压寄存器地址
// 设置INA266校准寄存器static void ina266_set_calibration(hosal_i2c_dev_t *i2c, uint16_t calibration_value){    uint8_t data[3];
    // 将校准值写入校准寄存器    data[0] = INA266_REG_CALIBRATION;          // 校准寄存器地址    data[1] = (calibration_value >> 8) & 0xFF; // 高字节    data[2] = calibration_value & 0xFF;        // 低字节
    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);}
// 初始化INA266传感器并设置校准值static void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c){    uint16_t calibration_value = 335;    ina266_set_calibration(i2c, calibration_value);}
// 读取INA266电流static float ina266_read_current(hosal_i2c_dev_t *i2c){    uint8_t reg_addr = INA266_REG_CURRENT;    uint8_t data[2];    int16_t raw_current;
    // 读取电流寄存器的数据    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, ®_addr, sizeof(reg_addr), 100);    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);
    // 将读取到的数据转换为电流值    raw_current = (data[0] << 8) | data[1];
    // 使用新的LSB值 0.0001A 来计算电流    float current = raw_current * 0.000152; // 每个LSB 0.0001A
    return current;}
// 读取INA266电压static float ina266_read_voltage(hosal_i2c_dev_t *i2c){    uint8_t reg_addr = INA266_REG_BUS_VOLTAGE;    uint8_t data[2];    int16_t raw_voltage;
    // 读取电压寄存器的数据    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, ®_addr, sizeof(reg_addr), 100);    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);
    // 将读取到的数据转换为电压值    raw_voltage = (data[0] << 8) | data[1];
    // INA266的电压值计算公式，假设每个Lsb对应1.25mV，具体数值参考数据手册    float voltage = raw_voltage * 0.00125; // 1.25mV per LSB
    return voltage;}
// 主函数int main(void){    // I2C 设备配置    static hosal_i2c_dev_t i2c0 = {        .config = {            .address_width = HOSAL_I2C_ADDRESS_WIDTH_7BIT, // 7位I2C地址模式            .freq = 50000,                                 // 50kHz I2C速率            .mode = HOSAL_I2C_MODE_MASTER,                 // 主模式            .scl = 12,                                     // SCL连接到GPIO 12            .sda = 3,                                      // SDA连接到GPIO 3        },        .port = 0, // I2C端口号    };




    

    hosal_i2c_init(&i2c0); // 初始化I2C
    ina266_init(&i2c0); // 初始化INA266传感器并设置校准值
    for (;;)    {        // 读取电流数据        float current = ina266_read_current(&i2c0);        blog_info("Current: %.3f A\r\n", current);
        // 读取电压数据        float voltage = ina266_read_voltage(&i2c0);        blog_info("Voltage: %.3f V\r\n", voltage);
        vTaskDelay(portTICK_RATE_MS * 500); // 延时1秒，进入下一次测量    }
    return 0;}


实验现象：




那么根据实际情况，加上对UT89XD的测量，电压的误差大概在0.1v 电流的误差大概在0.06MA。



库文件


main.c

#include #include #include #include #include #include #include "ina226.h"
// 主函数int main(void){    // I2C 设备配置    static hosal_i2c_dev_t i2c0 = {        .config = {            .address_width = HOSAL_I2C_ADDRESS_WIDTH_7BIT, // 7位I2C地址模式            .freq = 50000,                                 // 50kHz I2C速率            .mode = HOSAL_I2C_MODE_MASTER,                 // 主模式            .scl = 12,                                     // SCL连接到GPIO 12            .sda = 3,                                      // SDA连接到GPIO 3        },        .port = 0, // I2C端口号    };
    hosal_i2c_init(&i2c0); // 初始化I2C
    ina266_init(&i2c0); // 初始化INA266传感器并设置校准值
    for (;;)    {        // 读取电流数据        float current = ina266_read_current(&i2c0);        blog_info("Current: %.3f A\r\n", current);
        // 读取电压数据        float voltage = ina266_read_voltage(&i2c0);        blog_info("Voltage: %.3f V\r\n", voltage);
        vTaskDelay(portTICK_RATE_MS * 500); // 延时1秒，进入下一次测量    }
    return 0;}



ina226.c


#include "ina226.h"
// 设置INA266校准寄存器void ina266_set_calibration(hosal_i2c_dev_t *i2c, uint16_t calibration_value){    uint8_t data[3];
    // 将校准值写入校准寄存器    data[0] = INA266_REG_CALIBRATION;          // 校准寄存器地址    data[1] = (calibration_value >> 8) & 0xFF; // 高字节    data[2] = calibration_value & 0xFF;        // 低字节
    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);}
// 初始化INA266传感器并设置校准值void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c){
    uint16_t calibration_value = 335;    ina266_set_calibration(i2c, calibration_value);}
// 读取INA266电流float ina266_read_current(hosal_i2c_dev_t *i2c){    uint8_t reg_addr = INA266_REG_CURRENT;    uint8_t data[2];    int16_t raw_current;
    // 读取电流寄存器的数据    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, ®_addr, sizeof(reg_addr), 100);    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);
    // 将读取到的数据转换为电流值    raw_current = (data[0] << 8) | data[1];
    // 使用新的LSB值 0.0001A 来计算电流    float current = raw_current * 0.000152; // 每个LSB 0.0001A
    return current;}
// 读取INA266电压float ina266_read_voltage(hosal_i2c_dev_t *i2c){    uint8_t reg_addr = INA266_REG_BUS_VOLTAGE;    uint8_t data[2];    int16_t raw_voltage;
    // 读取电压寄存器的数据    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, ®_addr, sizeof(reg_addr), 100);    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);
    // 将读取到的数据转换为电压值    raw_voltage = (data[0] << 8) | data[1];
    // INA266的电压值计算公式，假设每个Lsb对应1.25mV，具体数值参考数据手册    float voltage = raw_voltage * 0.00125; // 1.25mV per LSB
    return voltage;}


ina226.h


#include #include 
#define INA266_DEFAULT_ADDR 0x40 // INA266 I2C地址
#define
                            

                            






                            

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