树莓派PICO使用INA226测量电流和总线电压（3）

news2024/9/22 4:09:39

上一篇文章我们讲了如何测试电流，但是INA226有一个非常典型的问题，那就是误差比较大，因为采样电阻非常小，我的开发板用的是100mΩ的采样电阻，在设定中我也用的是这个采样电阻值，但事实上，测试得到的偏差会超过10%，因为采样电阻本身有误差，焊接的工艺，焊锡膏的成分也有带来误差，甚至PCB上的布局和连线也会导致误差！所以，在实际场景中，想要达到比较精确的值，这个采样电阻，绝对不适合采用过小的电阻，比如10mΩ左右的电阻，因为积累误差甚至会超过电阻本身的的值。

对这个问题，我的思考是只能通过某些特定的办法进行补偿，比如通过对采样电阻值的修正，达到更精确的测量目的。修正的原理也很简单，我们已知总线电压（Vbus，INA226测量总线电压非常方便），找一个非常精确的电阻（RL）作为负载，比如1000欧姆。然后设定采样电阻（Rs）的值就等于其标称值，这样我们能得到一个精准的参考电流值；然后我们再通过INA226测量电流值，得到一个测量电流值，这样，我们就可以通过下面的办法来计算实际的采样电阻偏差是多少：

令测量电流是 Is，Vx = Is * ( RL + Rs )，得到一个误差总线电压值；用 Vx - Vbus，得到误差电压ΔV，用ΔV / Vbus，就得到了误差值 r，而采样电阻修正值 Rf = Rs * r，给采样电阻加上这个值之后，重新设定校准寄存器，就可以得到比较精确的电流了。但是这个只是基于对采样电阻值的假设，所以，实际电流和采样电流值之间还是存在一定的误差，只是这个误差比较小而已。


double INA226Compensation(double load_resisitor, double shunt_resistor)
{
    uint16_t current = 0, voltage = 0;

    i2c_write_blocking(i2c_default, 0x40, & current_register, sizeof(current_register), true );
    i2c_read_blocking (i2c_default, 0x40, (uint8_t *) & current, sizeof(current), false );

    current = current >> 8 | current << 8;
    double i2 = current * current_lsb;

    i2c_write_blocking(i2c_default, 0x40, & bus_voltage_register, sizeof(bus_voltage_register), true );
    i2c_read_blocking (i2c_default, 0x40, (uint8_t *) & voltage, sizeof(voltage), false );

    voltage = voltage >> 8 | voltage << 8;
    double bus = voltage * 0.00125;

    double i1 = bus / ( load_resisitor + shunt_resistor );
    double vx = i2 *  ( load_resisitor + shunt_resistor );

    double ratio = ( vx - bus ) / bus;
    double r = ratio * shunt_resistor;
    
    Serial.printf( "%f, %f, %fV, %f, %f\n", i1, i2, bus, ratio, r );
    return r;
}

代码里面有测量电流和总线电压的计算，总线电压非常容易计算，获取到总线电压寄存器的值之后，乘以0.00125就是电压值，这个值非常的精确。

在调用这个函数之前，需要等待约1秒钟，因为第一次设定校准寄存器之后，需要一定的时间，才能得到采样的电流和总线电压值。

    double rs = 0.1;
    double ie = 0.512;
    uint16_t cal = INA226Calibration( rs, ie );

    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 );

    delay( 1000 );

    // fix
    double rf = INA226Compensation(1011, rs);


    cal = INA226Calibration( rs + rf, ie );

    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 );