【STM32 开发】| INA219采集电压、电流值

news2024/12/23 5:19:38

目录

  • 前言
  • 1 原理图
  • 2 IIC地址说明
  • 3 寄存器地址说明
  • 4 开始工作前配置
  • 5 程序代码
    • 1）驱动程序
    • 2）头文件
    • 3) 测试代码

前言

INA219 是一款具备 I2C 或 SMBUS 兼容接口的分流器和功率监测计。该器件监测分流器电压降和总线电源电压，转换次数和滤波选项可通过编程设定。可编程校准值与内部乘法器相结合，支持直接读取电流值（单位：安培）。通过附加乘法寄存器可计算功率（单位：瓦）。I2C 或 SMBUS 兼容接口 具有 16 个可编程地址。

INA219 可在 0V 至 26V 范围内感测总线中的分压。该器件由 3V 至 5.5V 单电源供电，电源的最大流耗为1mA。INA219 的工作温度范围为 -40°C 至 125°C。

1 原理图

在这里插入图片描述

2 IIC地址说明

在这里插入图片描述
此测试时A0、A1都下拉接地，所以INA219的IIC通信地址为1000000B

3 寄存器地址说明

在这里插入图片描述

  • 0x00 配置寄存器，用来配置工作模式、采集范围以及其他参数
  • 0x01 分流电阻两端的电压
  • 0x02 总线电压（IN-到GND的电压差）
  • 0x03 功率
  • 0x04 经过分流电阻两端的电流
  • 0x05 校准寄存器，用于对测量结果进行校准

4 开始工作前配置

  • 0x00 寄存器Bit 13：设置检测最大检测电压 0 = 16V，1 = 32V （此处项目需要测3V到5V的电压，故设置Bit 13 为 0）
  • 0x00 寄存器Bit 11-12：设置总线分流电阻最大的电压（此处项目需要测0A到5A的电流，故设置Bit 11-12 为 01，即量程±80mV，可测电流±8A）
  • 0x00 寄存器Bit 0-2：设置工作模式（默认）
  • 0x05 寄存器：设置基准值（根据需要测的电压、电流范围再套入公式得出结果）

由以下公式可得出0x05的配置值。
C a l = t r u n c ( 0.04096 C u r r e n t L S B × R s h u n t ) Cal = trunc\left ( \frac{0.04096}{CurrentLSB\times Rshunt} \right ) Cal=trunc(CurrentLSB×Rshunt0.04096​)
C u r r e n t L S B = M a x i m u m E x p e c t e d C u r r e n t 2 15 CurrentLSB = \frac{Maximum Expected Current}{2^{15}} CurrentLSB=215MaximumExpectedCurrent​

数据手册说明文档
在这里插入图片描述

5 程序代码

1）驱动程序

#include "main.h"
#include "ina219aidcnr_helper.h"

uint16_t ina219_calibrationValue;
uint16_t ina219_currentDivider_mA;
float ina219_powerMultiplier_mW;

/**
 * @brief  The IIC reads 16bit data from the specified register address.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @param  registerAddress Internal memory address.
 * @return 16 bit register data.
 */
uint16_t INA219_ReadDataForRegister_16Bits(INA219_t *ina219, uint8_t registerAddress)
{
  uint8_t Value[2];

  HAL_I2C_Mem_Read(ina219->ina219_i2c, (INA219_ADDRESS<<1), registerAddress, 1, Value, 2, 1000);

  return ((Value[0] << 8) | Value[1]);
}

/**
 * @brief  Writes 16 bits of data to the register.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @param  registerAddress Internal memory address.
 * @param  Value 16 bits of data to be written.
 */
void INA219_WriteDataToRegister_16Bits(INA219_t *ina219, uint8_t registerAddress, uint16_t Value)
{
  uint8_t regAddr[2];
  /* High Byte */
  regAddr[0] = (Value >> 8) & 0xff;
  /* Low Byte */
  regAddr[1] = (Value >> 0) & 0xff;
  HAL_I2C_Mem_Write(ina219->ina219_i2c, (INA219_ADDRESS<<1), registerAddress, 1, (uint8_t*)regAddr, 2, 1000);
}

/**
 * @brief  Read bus voltage.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @return Read voltage value, unit mV.
 */
uint16_t INA219_ReadBusVoltage(INA219_t *ina219)
{
  uint16_t result = INA219_ReadDataForRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_BUS_VOLTAGE);

  /* return mV */
  return ((result >> 3  ) * 4);
}

/**
 * @brief  Read current register value.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @return Current register value.
 */
uint16_t INA219_ReadCurrentRaw(INA219_t *ina219)
{
  uint16_t result = INA219_ReadDataForRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_CURRENT);

  return (result);
}

/**
 * @brief  Read current register value, unit mA.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @return Current value.
 */
uint16_t INA219_ReadCurrent_mA(INA219_t *ina219)
{
  uint16_t result = INA219_ReadCurrentRaw(ina219);

  return (result / ina219_currentDivider_mA);
}

/**
 * @brief  Read current register value, unit mV.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @return Shunt Voltage value.
 */
uint16_t INA219_ReadShuntVoltage_mV(INA219_t *ina219)
{
  uint16_t result = INA219_ReadDataForRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_SHUNT_VOLTAGE);

  /* When multiple sign bits are present, they will all be the same value.
   * Negative numbers are represented in 2's complement format.
   * Generate the 2's complement of a negative number by complementing the absolute value binary number and adding 1.
   * Extend the sign, denoting a negative number by setting the MSB = 1.
   * Extend the sign to any additional sign bits to form the 16-bit word. */
  if(result > MAX_SHUNT_RANGE)
  {
    result = 65536 - MAX_SHUNT_RANGE;
  }

  /* Shunt voltage, unit mV. */
  return (result / 100);
}

/**
 * @brief  INA219 system reset.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 */
void INA219_Reset(INA219_t *ina219)
{
  INA219_WriteDataToRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_CONFIG, INA219_CONFIG_RESET);
  HAL_Delay(1);
}

/**
 * @brief Set calibration register.
 * @param ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @param calibrationData Calibrated data.
 */
void INA219_SetCalibration(INA219_t *ina219, uint16_t calibrationData)
{
  INA219_WriteDataToRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_CALIBRATION, calibrationData);
}

/**
 * @brief  Gets the value of the configuration register.
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @return Configuration Register value.
 */
uint16_t INA219_GetConfigInfo(INA219_t *ina219)
{
  uint16_t result = INA219_ReadDataForRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_CONFIG);
  return result;
}

/**
 * @brief Set configuration register.
 * @param ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @param configData Configuration data.
 */
void INA219_SetConfig(INA219_t *ina219, uint16_t configData)
{
  INA219_WriteDataToRegister_16Bits(ina219, INA219_REG_CONFIG, configData);
}

/**
 * @brief The measurement results are calibrated. Voltage range is 16V, Current range is 8A.
 * @param ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 */
void INA219_SetCalibration_16V_8A(INA219_t *ina219)
{
  uint16_t configInfo = INA219_CONFIG_VOLTAGE_RANGE_16V |
                    INA219_CONFIG_GAIN_2_80MV | INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT |
                    INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_1S_532US |
                    INA219_CONFIG_MODE_SANDBVOLT_CONTINUOUS;

  // Current_LSB = Maximum Expected Current / 2^15 = (80 / 10) / 2^15 = 0.0002
  // Cal = 0.04096 / (Current_LSB / R) = 0.04096 / (0.0002A * 0.01R) = 20480 = 0x5000
  // Calibration Register = 20480
  ina219_calibrationValue = 20480;

  // 1mA = Current_LSB * bits = 200uA * 5bit (5 bit/mA)
  ina219_currentDivider_mA = 5;
  // 1mW = Power_LSB * bits = 4mW * 0.25bit (0.25f bit/mW)
  ina219_powerMultiplier_mW = 0.25f;

  INA219_SetCalibration(ina219, ina219_calibrationValue);
  INA219_SetConfig(ina219, configInfo);
}

/**
 * @brief  Ina219 driver initialization
 * @param  ina219 Slave configuration structure of the IIC.
 * @param  i2c Pointer to a I2C_HandleTypeDef structure that contains
 *             the configuration information for the specified I2C.
 * @param  Address  Configuration data.
 * @return status.
 */
uint8_t INA219_Init(INA219_t *ina219, I2C_HandleTypeDef *i2c, uint8_t Address)
{
  ina219->ina219_i2c = i2c;
  ina219->Address = Address;

  ina219_currentDivider_mA = 0;
  ina219_powerMultiplier_mW = 0;

  uint8_t ina219_isReady = HAL_I2C_IsDeviceReady(i2c, (Address << 1), 3, 2);

  if(ina219_isReady == HAL_OK)
  {

    INA219_Reset(ina219);
    INA219_SetCalibration_16V_8A(ina219);

    return 1;
  }

  else
  {
    return 0;
  }
}

2）头文件


#ifndef INA219AIDCNR_HELPER_H
#define INA219AIDCNR_HELPER_H


#define INA219_ADDRESS 							        (0x40)
#define MAX_SHUNT_RANGE                     			(0x0FA0)

/* Register */
#define	INA219_REG_CONFIG						        (0x00)
#define	INA219_REG_SHUNT_VOLTAGE				    	(0x01)
#define	INA219_REG_BUS_VOLTAGE					    	(0x02)
#define	INA219_REG_POWER						        (0x03)
#define	INA219_REG_CURRENT						      	(0x04)
#define	INA219_REG_CALIBRATION					    	(0x05)
//
#define INA219_CONFIG_RESET 					      	(0x8000)
//
#define INA219_CONFIG_VOLTAGE_RANGE_16V					(0x0000)      // 0-16V Range
#define INA219_CONFIG_VOLTAGE_RANGE_32V					(0x2000)      // 0-32V Range

#define	INA219_CONFIG_GAIN_1_40MV				    	(0x0000)      // Gain 1, 40mV Range
#define	INA219_CONFIG_GAIN_2_80MV				    	(0x0800)      // Gain 2, 80mV Range
#define	NA219_CONFIG_GAIN_4_160MV				    	(0x1000)      // Gain 4, 160mV Range
#define	INA219_CONFIG_GAIN_8_320MV				  		(0x1800)      // Gain 8, 320mV Range

#define	INA219_CONFIG_BADCRES_9BIT				      	(0x0000)  // 9-bit bus res = 0..511
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_10BIT				      	(0x0080)  // 10-bit bus res = 0..1023
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_11BIT				      	(0x0100)  // 11-bit bus res = 0..2047
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT				      	(0x0180)  // 12-bit bus res = 0..4097
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_2S_1060US 			(0x0480)  // 2 x 12-bit bus samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_4S_2130US	  		(0x0500)  // 4 x 12-bit bus samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_8S_4260US	  		(0x0580)  // 8 x 12-bit bus samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_16S_8510US			(0x0600)  // 16 x 12-bit bus samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_32S_17MS	  		(0x0680)  // 32 x 12-bit bus samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_64S_34MS	  		(0x0700)  // 64 x 12-bit bus samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_BADCRES_12BIT_128S_69MS	  		(0x0780)  // 128 x 12-bit bus samples averaged together

#define	INA219_CONFIG_SADCRES_9BIT_1S_84US		  		(0x0000)  // 1 x 9-bit shunt sample
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_10BIT_1S_148US	  		(0x0008)  // 1 x 10-bit shunt sample
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_11BIT_1S_276US	  		(0x0010)  // 1 x 11-bit shunt sample
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_1S_532US	  		(0x0018)  // 1 x 12-bit shunt sample
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_2S_1060US	  		(0x0048)  // 2 x 12-bit shunt samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_4S_2130US	  		(0x0050)  // 4 x 12-bit shunt samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_8S_4260US	 	 	(0x0058)  // 8 x 12-bit shunt samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_16S_8510US			(0x0060)  // 16 x 12-bit shunt samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_32S_17MS	  		(0x0068)  // 32 x 12-bit shunt samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_64S_34MS	  		(0x0070)  // 64 x 12-bit shunt samples averaged together
#define	INA219_CONFIG_SADCRES_12BIT_128S_69MS	  		(0x0078)  // 128 x 12-bit shunt samples averaged together

#define INA219_CONFIG_MODE_MASK					        0x07
#define	INA219_CONFIG_MODE_POWERDOWN			       	0x00
#define	INA219_CONFIG_MODE_SVOLT_TRIGGERED		   		0x01
#define	INA219_CONFIG_MODE_BVOLT_TRIGGERED		   		0x02
#define	INA219_CONFIG_MODE_SANDBVOLT_TRIGGERED	 		0x03
#define	INA219_CONFIG_MODE_ADCOFF				        0x04
#define	INA219_CONFIG_MODE_SVOLT_CONTINUOUS		   		0x05
#define	INA219_CONFIG_MODE_BVOLT_CONTINUOUS		   		0x06
#define	INA219_CONFIG_MODE_SANDBVOLT_CONTINUOUS  		0x07


typedef struct
{
  I2C_HandleTypeDef 	*ina219_i2c;
  uint8_t				Address;
} INA219_t;


uint8_t INA219_Init(INA219_t *ina219, I2C_HandleTypeDef *i2c, uint8_t Address);
uint16_t INA219_ReadBusVoltage(INA219_t *ina219);
uint16_t INA219_ReadCurrent_mA(INA219_t *ina219);
uint16_t INA219_ReadCurrent_raw(INA219_t *ina219);
uint16_t INA219_ReadShuntVoltage_mV(INA219_t *ina219);
uint16_t INA219_ReadDataForRegister_16Bits(INA219_t *ina219, uint8_t registerAddress);
uint16_t INA219_GetConfigInfo(INA219_t *ina219);

void INA219_Reset(INA219_t *ina219);
void INA219_SetCalibration(INA219_t *ina219, uint16_t calibrationData);
void INA219_SetConfig(INA219_t *ina219, uint16_t configData);
void INA219_SetCalibration_16V_8A(INA219_t *ina219);
void INA219_WriteDataToRegister_16Bits(INA219_t *ina219, uint8_t registerAddress, uint16_t Value);




#endif //INA219AIDCNR_HELPER_H

3) 测试代码

int main(void)
{
  /* USER CODE BEGIN 1 */
  uint16_t vbus, vshunt, current;
  /* USER CODE END 1 */

  /* MCU Configuration--------------------------------------------------------*/

  /* Reset of all peripherals, Initializes the Flash interface and the Systick. */
  HAL_Init();

  /* USER CODE BEGIN Init */

  /* USER CODE END Init */

  /* Configure the system clock */
  SystemClock_Config();

  /* USER CODE BEGIN SysInit */

  /* USER CODE END SysInit */

  /* Initialize all configured peripherals */
  MX_GPIO_Init();
  MX_USART1_UART_Init();
  MX_I2C2_Init();
  /* USER CODE BEGIN 2 */

  while(!INA219_Init(&ina219, &hi2c2, INA219_ADDRESS))
  {

  }
  /* USER CODE END 2 */

  /* Infinite loop */
  /* USER CODE BEGIN WHILE */
  while (1)
  {
    /* USER CODE END WHILE */

    /* USER CODE BEGIN 3 */
    vbus = INA219_ReadBusVoltage(&ina219);
    vshunt = INA219_ReadShuntVoltage_mV(&ina219);
    current = INA219_ReadCurrent_mA(&ina219);
    
    sprintf(strBuffer, "INA219 param: vbus:%d mV; current:%d mA\r\n", vbus, current);
    HAL_UART_Transmit(&huart1, strBuffer, strlen(strDataBuf), 0xff);

    UserDelay_ms(500);
  }

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MATLAB绘图中文显示为方框 MATLAB显示英文和字母没有问题&#xff0c;但是当显示中文时会显示乱码&#xff0c;中文显示为方框&#xff0c;如下图&#xff1a; 可以在绘图命令中添加如下代码&#xff1a; set(gca,Fontname,Monospaced); 例如&#xff1a; % 滤波器系数%低通…
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Kafka入门

Kafka入门

kafka无疑是当今互联网公司使用最广泛的分布式实时消息流系统&#xff0c;它的高吞吐量&#xff0c;高可靠等特点为并发下的大批量实时请求处理提供了可靠保障。很多同学在项目中都用到过kafka&#xff0c;但是对kafka的设计原理以及处理机制并不是十分清楚。为了知其然知其所以…
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vue项目代码防止被调试-打开控制台直接跳空白页面

vue项目代码防止被调试-打开控制台直接跳空白页面

vue项目代码防止被调试-打开控制台直接跳空白页面 前端代码上线后&#xff0c;代码会暴露&#xff0c;或者接口暴露&#xff0c;会被有心之人研究代码逻辑&#xff0c;找到项目bug漏洞&#xff01; 项目背景 被安全测试针对了&#xff0c;总是调试我这不太安全的代码。前端代码…
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用dbeaver创建一个enum类型，并讲述一部分，mysql的enum类型的知识

用dbeaver创建一个enum类型，并讲述一部分，mysql的enum类型的知识

写这个博客的目的就是我在网上看了半天&#xff0c;发现没有这方面的知识&#xff0c;也许是老手认为这个太简单了&#xff0c;不过我还是告诉新人使用dbeaver来创建一个enum类型的方法&#xff1a; 就是enum("a","b","name") 第一步用dbeaver…
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搜索引擎Elasticsearch基础与实践

搜索引擎Elasticsearch基础与实践

倒排索引 将文档中的内容分词&#xff0c;然后形成词条。记录每条词条与数据的唯一表示如id的对应关系&#xff0c;形成的产物就是倒排索引&#xff0c;如下图&#xff1a; ElasticSearch数据的存储和搜索原理 这里的索引库相当于mysql中的database。一个文档&#xff08;do…
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大语言模型(LLM)综述(七)：大语言模型设计应用与未来方向

大语言模型(LLM)综述(七)：大语言模型设计应用与未来方向

A Survey of Large Language Models 前言8 A PRACTICAL GUIDEBOOK OF PROMPT DESIGN8.1 提示创建8.2 结果与分析 9 APPLICATIONS10 CONCLUSION AND FUTURE DIRECTIONS 前言 随着人工智能和机器学习领域的迅速发展&#xff0c;语言模型已经从简单的词袋模型&#xff08;Bag-of-…
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Mabitys总结

Mabitys总结

一、ORM ORM(Object/Relation Mapping)&#xff0c;中文名称&#xff1a;对象/关系 映射。是一种解决数据库发展和面向对象编程语言发展不匹配问题而出现的技术。 使用JDBC技术时&#xff0c;手动实现ORM映射&#xff1a; 使用ORM时&#xff0c;自动关系映射&#xff1a; &am…
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