树莓派PICO使用INA226测量电流和总线电压(2)

news2024/11/16 3:13:58

        上一篇文章里,我们讲了如何设置配置寄存器(0x01),在测量电流之前,还需要设置校准寄存器(0x05),校准寄存器非常关键,如果不设置这个寄存器,INA226是不会工作的。

        在设置寄存器之前,有一个概念必须了解:LSB,即最低有效位(least significant bit)。这个值非常的关键,因为它就是ADC能提供的分辨率,在手册里,提供了如何计算校准值的方法,其中最关键的就是计算LSB。

        在计算校准值之前,我们必须知道IN+和IN-之间的电阻大小,在这儿我建议根据电流极限,尽可能使用较大的采样电阻。因为PCB的铜箔也有电阻,虽然值并不大,但也能达到毫欧级别。所以,在设计线路的时候,尽可能将采样电阻贴紧INA226,减少线路带来的误差。

        

        依照手册给出的公式,我们必须人为的指定一个最大的测量电流,然后用这个值除以 32768,即2的15次方,得到的值,就是电流的最低有效位。比如,在这个方案里面,我选择的电流最大测量范围是0.512A,不用奇怪我为啥用一个带三位小数的值,因为 512 是2的9次方。

        根据公式 2,current_lsb = 0.512 / 32768 = 0.000015625;大概15.625 uA。

        然后根据公式 1 计算校准值,因为已知分流器是0.1Ω,计算如下:

        cal = 0.00512 / ( 0.000015625 * 0.1 ) = 3276.8;取整之后,得到 3276,这个就是校准值。

        当然,也可以根据实际情况,将 current_lsb 做略微的调整,比如

        从 0.000015625 调整到 0.000016(16 是 2的4次方),然后计算

        cal = 0.00512 / ( 0.000016 * 0.1 ) = 3200;这样就不存在取整的问题。

        得到 cal 之后,将 current_lsb 和 cal 单独保存下来,后面的计算还需要这两个值。

        计算 cal 的代码如下:


uint8_t config_register         = 0x00;
uint8_t shunt_register          = 0x01;
uint8_t bus_voltage_register    = 0x02;
uint8_t current_register        = 0x04;
uint8_t calibration_register    = 0x05;


double current_lsb = 0.0;
double calibration = 0.0;

uint16_t INA226Calibration(double shunt_resistor, double max_expected_current)
{
    current_lsb = max_expected_current / 32768;
    calibration = 0.00512 / current_lsb;
    calibration = calibration / shunt_resistor;
    return (uint16_t)( calibration );
} 

接下来,就是设置校准寄存器:

        

void setup() 
{
    // put your setup code here, to run once:
    Serial.begin( 115200 );
    i2c_init( i2c_default, 100*1000 );
    gpio_set_function(I2C_SDA, GPIO_FUNC_I2C);
    gpio_set_function(I2C_SCL, GPIO_FUNC_I2C);
    gpio_pull_up(I2C_SDA);
    gpio_pull_up(I2C_SCL);
    bi_decl(bi_2pins_with_func(I2C_SDA, I2C_SCL,GPIO_FUNC_I2C));

    
    uint16_t config = INA226Config( IAT_4, ICT_588US, ICT_8244US, IOM_CONTINUOUS_SHUNT_AND_BUS_VOLTAGE );

    uint8_t data_1[3];
    data_1[0] = config_register;
    data_1[1] = config >> 8;
    data_1[2] = config & 0x00ff;    

    i2c_write_blocking(i2c_default, 0x40, data_1, sizeof(data_1), false );


    uint16_t cal = INA226Calibration( 0.1, 0.512 );

    uint8_t data_2[3]; 
    data_2[0] = calibration_register;
    data_2[1] = cal >> 8;
    data_2[2] = cal & 0x00ff;

    i2c_write_blocking(i2c_default, 0x40, data_2, sizeof(data_2), false );
}

        这两个寄存器设置完成之后,INA226就开始工作了。此时,已经可以通过代码读取INA226的测量数据了。 代码如下:

    for( ;; )
    {
        uint16_t readed = 0;

        i2c_write_blocking(i2c_default, 0x40, & shunt_register, sizeof(shunt_register), true );
        i2c_read_blocking (i2c_default, 0x40, (uint8_t *) & readed, sizeof(readed), false );

        readed = readed >> 8 | readed << 8;

        Serial.printf( "%X, %d, %f, %fA\n", cal, config, calibration, readed * current_lsb );
    }

         读取出来的值,需要做大小端交换,然后将这个值乘以 current_lsb,就能得到电流读数。在我的例子中,电压3.3V,电阻调整在1.6k附近,读出来的数据范围和计算数据范围吻合。

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