树莓派PICO使用INA226测量电流和总线电压（2）

原创已于 2024-07-13 16:36:17 修改 · 862 阅读

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#单片机 #嵌入式硬件 #RP2040 #PICO #ADC #ARDUINO

于 2024-07-13 12:54:17 首次发布

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, & current_register, sizeof(current_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。