51 驱动 INA219 电流电压功率测量
文章目录
- 一、INA219简介
- 二、引脚功能
- 三、寄存器介绍
- 1.配置寄存器 0x00
- 2.分流电压寄存器 0x01
- 3.总线电压寄存器 0x02
- 4.功率寄存器 0x03
- 5.电流寄存器 0x04
- 6.基准寄存器 0x05
- 四、IIC 时序说明
- 1.写时序
- 2.读时序
- 五、程序
- 六、实验现象
- 1.线路图
- 2.输出数据
一、INA219简介
INA219是一个电流分流和电源监视器与I2C或smbus兼容的接口。该设备监测分流电压降和总线电源电压，可编程转换时间和滤波。可编程的校准值与内部乘法器相结合，可直接读出以安培为单位的电流。一个附加的相乘寄存器计算功率，单位为瓦。I2C或smbus兼容接口具有16个可编程地址。
二、引脚功能
| IN+ | 连接到分流电阻的正级 |
|---|---|
| IN- | 连接到分流电阻的负级 |
| GND | 电源地 |
| VS | 电源正 |
| SCL | 时钟线 |
| SDA | 数据线 |
| A0 | IIC地址设置引脚 |
| A1 | IIC地址设置引脚 |
INA219有两个地址引脚，A0和A1。下图描述了16个可能地址中的每一个的引脚逻辑。由原理图可知 INA219 模块 A0 A1 引脚被下拉至 GND ，故 IIC 地址则为 Write：1000 0000 0x80 Read：1000 0001 0x81
三、寄存器介绍
1.配置寄存器 0x00
用于配置传感器的量程及工作模式等等
| Bit | 字段 | 类型 | 默认值(二进制) | 描述 |
|---|---|---|---|---|
| 15 | RST | R/W | 0 | 设置成1 复位 |
| 14 | NC | R/W | 0 | 无功能 保留 |
| 13 | BRNG | R/W | 1 | 总线电压量程范围 0 = 16V FSR 1 = 32V FSR |
| 11 12 | PG | R/W | 11 | 分流电阻最大电压，可设置最大量程电流，I=V/R (模块分流电阻R=0.1欧，非芯片内部电路) 00 ±40 mV 01 ±80 mV 10 ±160 mV 11 ±320 mV |
| 7:10 | BADC | R/W | 0011 | 总线ADC分辨率及采样次数 参考下文说明 |
| 3:6 | SADC | R/W | 0011 | 分流ADC分辨率及采样次数 参考下文说明 |
| 0:2 | MODE | R/W | 111 | 操作模式 000 关闭 001 分流电压 触发 010 总线电压 触发 011 分流及总线电压 触发 100 关闭ADC 101 分流电压 连续测量 110 总线电压 连续测量 111 分流及总线电压 连续测量 |
BADC(7:10) SADC(3:6) 的配置都参考下图
2.分流电压寄存器 0x01
存放分流电压数据
3.总线电压寄存器 0x02
存放总线电压数据
总线电压值 = 寄存器值>>3 * LSB(4mV)
上图可知数据存放于寄存器的 3-15Bit ，故计算的话先右移三位去掉其余非数据位，再乘最小分辨率LSB(4mV)
4.功率寄存器 0x03
存放功率数据
功率 = 寄存器值 * Power_LSB ，Power_LSB 的计算参考第6小节说明
5.电流寄存器 0x04
存放电流数据
电流值 = 寄存器值 * Current_LSB ，Current_LSB 的计算参考第6小节说明
6.基准寄存器 0x05
设置传感器的基准值
根据上面的公式计算Cal(基准值) 首先得计算 Current_LSB(电流最小分辨率)，trunc 取整，Rshunt 分流电阻0.1R
Current_LSB_MAX = Maximum Expected Current(最大电流) / 2^15
Current_LSB_MIN = Maximum Expected Current(最大电流) / 2^12
最大电流 = 分流电阻最大电压(可通过00寄存器自行配置，本文采用320mV) / 分流电阻 = 320mV / 0.1R=3.2A
Current_LSB_MAX = 3.2A / 2^15 = 0.00009765625
Current_LSB_MIN = 3.2A / 2^12 = 0.00078125
取中间值适用值： Current_LSB = 0.0001A
因此 Cal(基准值) = 0.04096 / 0.0001A * 0.1R = 4096 = 0x1000 ，将该值写入寄存器 0x05 即可
测量结果如果出现偏差过大可用下图公式校准基准值
手册还给出了功率最小分辨率 Power_LSB 的计算公式
Power_LSB = 20 * 0.0001A = 0.002W
四、IIC 时序说明
1.写时序
2.读时序
该时序前还应加一个发送寄存器地址的时序：起始信号—IIC地址—ACK—寄存器地址—ACK
五、程序
INA219.c
#include <STC89C5xRC.H>
#include <IIC.H>
/*IIC 地址-------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define INA219 0x80
/*寄存器地址------------------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define INA219_Configuration 0x00
#define INA219_Shuntvoltage 0x01
#define INA219_Busvoltage 0x02
#define INA219_Power 0x03
#define INA219_Current 0x04
#define INA219_Calibration 0x05
/* INA219_curation Bit15-0 ------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define RST 0 //设置成1复位 0(默认) （Bit15）
// 0 //（Bit14 保留）
#define BRNG 0 //总线电压量程范围 16V （Bit13）
#define PG 0x03 //分流电阻最大电压 ±320mV(默认) （Bit11-12）
#define BADC 0x0C //总线电压ADC分辨率/平均值设置 12位分辨率/16次平均值/8.51ms（Bit7–10）
#define SADC 0x0C //分压电阻ADC分辨率/平均值设置 12位分辨率/16次平均值/8.51ms（bit3-6）
#define MODE 0x07 //运行模式 连续检测（默认）（Bit0–2）
#define Configuration_H (RST << 7)|(BRNG << 5)|(PG << 3)|((BADC >> 1) & 0x0F)
#define Configuration_L ((BADC & 0x01) << 7)|(BADC << 3)|(MODE)
/* INA219_Calibration -------------------------------------------------------------------------------------------------*/
#define Calibration_H 0x10
#define Calibration_L 0x00
/*
0.32V/0.1R = 3.2A
Current_LSB_MAX = 3.2/2^12 = 0.00078125A
Current_LSB_MIN = 3.2/2^15 = 0.00009765625A
Current_LSB = 0.0001A = 0.1mA
Power_LSB = 20 * Current_LSB = 20 * 0.1mA = 2mW
CAL = 0.04096/(0.0001A*0.1R) = 4096 = 0x1000
*/
void INA219_Write(unsigned char Register,unsigned char Data_H,unsigned char Data_l)
{
IIC_Start();
IIC_SendByte(INA219);
IIC_ReceiveAck();//没有对返回的 ACK 做处理
IIC_SendByte(Register);
IIC_ReceiveAck();
IIC_SendByte(Data_H);
IIC_ReceiveAck();
IIC_SendByte(Data_l);
IIC_ReceiveAck();
IIC_Stop();
}
unsigned int INA219_Read(unsigned char Register)
{
unsigned int Register_Data=0;
IIC_Start();
IIC_SendByte(INA219);
IIC_ReceiveAck();//没有对返回的 ACK 做处理
IIC_SendByte(Register);
IIC_ReceiveAck();
IIC_Start();
IIC_SendByte(INA219+0x01);
IIC_ReceiveAck();
Register_Data = IIC_ReceiveByte();
IIC_SendAck(0);
Register_Data = (Register_Data<<8)|IIC_ReceiveByte();
// IIC_SendAck(1);
IIC_Stop();
return Register_Data;
}
void INA219_Init()
{
INA219_Write(INA219_Configuration,Configuration_H,Configuration_L);
INA219_Write(INA219_Calibration,Calibration_H,Calibration_L);
}
unsigned int INA219_GetVoltage()//总线电压值 = 寄存器值>>3 * LSB(4mV)
{
unsigned int Voltage;
Voltage = (unsigned int)(((INA219_Read(INA219_Busvoltage)) >> 3) * 4);
return Voltage;
}
unsigned int INA219_GetCurrent()//电流值 = 寄存器值 * Current_LSB(0.1mA)
{
unsigned int Current;
Current = (unsigned int)((INA219_Read(INA219_Current)) * 0.1);
return Current;
}
unsigned int INA219_GetPower()//功率 = 寄存器值 * Power_LSB(2mW)
{
unsigned int Power;
Power = (unsigned int)((INA219_Read(INA219_Power)) * 2);
return Power;
}
main.c
#include <STC89C5xRC.H>
#include <uart.H>
#include <INA219.H>
#include <delay.H>
//整形数据转字符数组
void IntToString(unsigned char *str,unsigned int dat)//str 存放字符的数组，dat 整形数据
{
unsigned char i = 0;
unsigned int buf[12];
do { //先转换成 低位在前的十进制数组 将低位高位互换
buf[i++] = dat % 10;
dat /= 10;
} while (dat > 0);
while (i-- > 0) //将数组值转换为 ASCII 码反向拷贝到接收指针上
{
*str++ = buf[i] + '0';
}
*str = '\0';
}
void main()
{
unsigned int Voltage = 0,Current = 0,Power = 0;
unsigned char arr[12];
char * P = arr;
uart_init();//波特率2400
INA219_Init();
Delay_x_ms(1000);
while(1)
{
Voltage = INA219_GetVoltage();Delay_x_ms(100);//获取总线电压
Current = INA219_GetCurrent();Delay_x_ms(100);//获取电流
Power = INA219_GetPower();//获取功率
IntToString(P,Voltage);//int转char数组
UART_Send(P);
UART_Send("mV");UART_SendByte(0x0D);UART_SendByte(0x0A);
IntToString(P,Current);
UART_Send(P);
UART_Send("mA");UART_SendByte(0x0D);UART_SendByte(0x0A);
IntToString(P,Power);
UART_Send(P);
UART_Send("mW");UART_SendByte(0x0D);UART_SendByte(0x0A);
Delay_x_ms(1000);
}
}
六、实验现象
1.线路图
2.输出数据
5V 0.8A 测试
电源—负载仪
程序输出数据
5V 2A 测试
电源—负载仪
程序输出数据
7V 1A 测试
电源—负载仪
程序输出数据
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