树莓派PICO使用INA226测量电流和总线电压（1）

最新推荐文章于 2025-09-05 13:36:49 发布

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#PICO #RP2040 #INA226 #ADC #C++

TI的INA226是一款不错的16位电流测量芯片，拥有非常高的性价比，而且测量精度能够覆盖我们大多数的应用场景，INA226的接线也比较简单，通过I2C读取数据会稍微麻烦一点。

INA226可以在淘宝上直接买开发板，非常的便宜，我买的是100mΩ的版本，因为测试中测量的电压和电流并不是很高（3.3V总线电压和500mA最大测量电流），如果电流大，可以选择10mΩ的版本。

测量的线路也非常简单，用PICO的3.3V输出电压作为INA226的Vcc输入并接到Vbus，将PICO的GND接到INA226的GND，同时接到IN-；Vbus接线到一个电位器中位，并将一端接到IN+；这样，3.3V输入电压通过电位器和采样电阻到地。剩下的就需要接I2C连线了，考虑到板子的距离（越短越好），我选择了PICO的pin 16和17作为I2C的接口。

给测试板接上输入电源，简单的测量了一下各个位置的电压，没问题后，接上电脑开始写代码。

在进行编程之前，我们有必要简单的了解一下如何从INA226获取数据，通过手册，我们得知，我们是通过I2C访问INA226的寄存器来获取测量数据，寄存器的编号和作用如下：

在测量之前，必须先设置好两个寄存器，即0x01和0x05，第一个是配置寄存器，需要设置INA226的工作状态，第二个是校准寄存器，在校准寄存器设置之前，INA226是不会进行测量的。

第一个配置寄存器需要设置4个参数，分别是采样平均次数，总线电压转换时间，分流器电压转换时间，还有操作模式。

采样平均次数决定了采样的次数，并将这些值做平均处理，两个转换时间一个是针对Vbus，一个是针对Shunt Resistor，时间从140us到8244us不等，总的来讲，采样时间越长，得到的噪音越小，再加上平均次数，完成一次采样的时间是：平均次数 * ( 总线采样时间 + 分流器采样时间)。所以，需要用户自己针对自己的应用场景设置好这三个参数。

第四个参数是工作模式：

这个根据自己的需要选取，我选择的就是最后一个，连续测量Vbus和分流器。参数决定好之后，就可以设置0x01号寄存器了，寄存器参数组装的代码如下：


enum INA226_AVERAGE_TIMES
{
  IAT_1 = 0,
  IAT_4,
  IAT_16,
  IAT_64,
  IAT_128,
  IAT_256,
  IAT_512,
  IAT_1024,
  IAT_AMOUNT
};

enum INA226_CONVERSION_TIME
{
  ICT_140US,
  ICT_204US,
  ICT_332US,
  ICT_588US,
  ICT_1100US,
  ICT_2116US,
  ICT_4156US,
  ICT_8244US,
  ICT_AMOUNT
};

enum INA226_OPERATION_MODE
{
  IOM_POWER_DOWN_0,
  IOM_TRIGGERED_SHUNT_VOLTAGE,
  IOM_TRIGGERED_BUS_VOLTAGE,
  IOM_TRIGGERED_SHUNT_AND_BUS_VOLTAGE,
  IOM_POWER_DOWN_1,
  IOM_CONTINUOUS_SHUNT_VOLTAGE,
  IOM_CONTINUOUS_BUS_VOLTAGE,
  IOM_CONTINUOUS_SHUNT_AND_BUS_VOLTAGE,
  IOM_AMOUNT
};


uint16_t INA226Reset()
{
  return 0xC000;
}

uint16_t INA226Config(uint16_t average_times, uint16_t vbus_voltage_conversion_time, uint16_t shunt_voltage_conversion_time, uint16_t operation_mode)
{
    uint16_t result = 0x0400;
    average_times                 = min( average_times, IAT_1024 );
    vbus_voltage_conversion_time  = min( vbus_voltage_conversion_time,  ICT_8244US );
    shunt_voltage_conversion_time = min( shunt_voltage_conversion_time, ICT_8244US );
    operation_mode                = min( operation_mode, IOM_CONTINUOUS_SHUNT_AND_BUS_VOLTAGE );

    result = result | average_times << 9 | vbus_voltage_conversion_time << 6 | shunt_voltage_conversion_time << 3 | operation_mode;
    return result;
}

设置寄存器的代码如下：

#include "hardware/i2c.h"
#include "pico/binary_info.h"
#define I2C_SDA 16
#define I2C_SCL 17


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 );
}

我使用的是PICO的SDK，代码稍微复杂点，首先是初始化 I2C，我们这儿使用I2C0，所以直接用i2c_default，并设置通讯速率是100K，如果是用I2C1，则只需要替换成 i2c1 就行了。PICO 已经定义了两个I2C通道：

extern i2c_inst_t i2c0_inst;
extern i2c_inst_t i2c1_inst;

#define i2c0 (&i2c0_inst) ///< Identifier for I2C HW Block 0
#define i2c1 (&i2c1_inst) ///< Identifier for I2C HW Block 1

#if !defined(PICO_DEFAULT_I2C_INSTANCE) && defined(PICO_DEFAULT_I2C)
#define PICO_DEFAULT_I2C_INSTANCE (__CONCAT(i2c,PICO_DEFAULT_I2C))
#endif

#ifdef PICO_DEFAULT_I2C_INSTANCE
#define i2c_default PICO_DEFAULT_I2C_INSTANCE
#endif

然后就是分别设定16，17号脚的功能是I2C，拉高16, 17的电平，最后绑定16, 17号脚到I2C这个功能上。

接下来就是选择参数，配置好平均次数，采样时间，模式等，得到一个uint16_t的值，这个值不能直接传递给INA226，因为I2C通讯传递的是大端数据，即高位在前（字节为单位），而PICO使用的是小端数据，所以，需要对数据进行一次位变换。传输的帧格式是：寄存器编号 + 大端数据，组装好数据帧就可以发送给INA226了。

到此，第一步设置配置寄存器的工作就做好了，接下来还需要配置校准寄存器（参见树莓派PICO使用INA226测量电流和总线电压（2））。