【嵌入式外設】 電壓電流反饋采集（INA226）

一、前言

INA226 是由 德州儀器（TI） 推出的一款 高精度電流檢測放大器，專為測量電壓、電流和功率設計。它通過 I2C 接口 與主控設備（如單片機、樹莓派等）通信，廣泛應用于電源管理、電池監(jiān)控、工業(yè)自動化等領域。以下是其核心信息的詳細介紹：

二、模塊介紹

1. 核心特性

• 高精度測量：
  • 支持 電流、電壓、功率 的同步測量，精度高達 ±0.1strong> （典型值）。
  • 內(nèi)置 12 位 ADC，分辨率可達 1.25mV（電壓）和 1.25mA（電流）。
• 寬電壓范圍：
  • 供電電壓范圍：1.4V ~ 5.5V，兼容多種電源系統(tǒng)。
  • 電流檢測范圍：±3.2A ~ ±16A（通過外部分流電阻調(diào)節(jié)）。
• 低功耗設計：
  • 待機電流低于 1μA，適合電池供電設備。
• I2C 接口：
  • 支持 標準模式（100kHz）和快速模式（400kHz） ，便于與微控制器連接。
• 多功能寄存器配置：
  • 可編程設置量程、采樣率、報警閾值等參數(shù)。

2. 技術參數(shù)

3. 工作原理

INA226 通過 分流電阻（Shunt Resistor） 測量電流。其核心原理如下：

1. 電流檢測：
   • 電流流過分流電阻時，產(chǎn)生與電流成正比的電壓降（??=??×??V=I×R）。
   • INA226 的差分放大器將此電壓放大并轉換為數(shù)字信號。
2. 電壓測量：
   • 直接測量電源或負載的電壓（無需分流電阻）。
3. 功率計算：
   • 通過電流和電壓的乘積（??=??×??P=V×I）計算功率。

4. 使用方法

1. 硬件連接：

• • 將分流電阻串聯(lián)在電源與負載之間。
  • 連接 INA226 的 VCC、GND、SCL、SDA 引腳至主控設備。

2. 軟件配置：

• • 通過 I2C 協(xié)議讀取寄存器值（如 CURRENT_REG、VOLTAGE_REG）。
  • 根據(jù)公式計算實際電流（??=(???????????×????????)/???????????I=(Vshunt?×Gain)/Rshunt?）。

3. 校準：

• • 使用 CALIBRATION_REG 設置增益和校準系數(shù)以提高精度。

三、資料獲取

關注微信公眾號--星之援工作室 發(fā)送關鍵字（INA226）

代碼含重要注釋，開源，可自行移植

四、代碼編寫

接線- SCL-PB6 SDA-PB7? VCC （3.3-5）? GND

main.c

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h" 
#include "myiic.h"
#include "INA226.h"
#include "shanwai.h"
	
u16 data1=0,data2=0;
u32 data = 0;
float data_float=0; 
int i=0;
u16 ads1115_data[100]={0};
 
int main(void)
{	 
 
	delay_init();	    	 //延時函數(shù)初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //設置NVIC中斷分組2:2位搶占優(yōu)先級，2位響應優(yōu)先級
	uart_init(115200);	 //串口初始化為115200
 	LED_Init();			     //LED端口初始化
	KEY_Init();          //初始化與按鍵連接的硬件接口	
	IIC_Init();
	printf("INA226 Test!!!rn");	
	do
	{	
		printf("INA226 Initing!!!rn");
		delay_ms(200);
	}while(INA226_Read2Byte(ID_Reg)!=0x2260);
	INA226_Init();
	printf("INA226 Init OK!!!rn");
	
	while(1)
	{ 
		printf("Show data**************rn");
		printf("data=%-5d, Bus_V  =%f mVrn", INA226_Read2Byte(Bus_V_Reg),INA226_Read2Byte(Bus_V_Reg)*1.25);
		printf("data=%-5d, Shunt_V=%f mVrn", INA226_Read2Byte(Shunt_V_Reg),INA226_Read2Byte(Shunt_V_Reg)*2.5*0.001);
		printf("data=%-5d, Curent =%f mArn", INA226_Read2Byte(Current_Reg),INA226_Read2Byte(Current_Reg)*0.02);
		printf("data=%-5d, Power  =%f mWrn", INA226_Read2Byte(Power_Reg),INA226_Read2Byte(Power_Reg)*0.02*25);
		LED0 = !LED0; 
		delay_ms(500);
	}
}

iic.c

驅(qū)動模塊需要使用到模擬 iic?通信

#include "myiic.h"
#include "delay.h"
 
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB時鐘
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽輸出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 輸出高
}
//產(chǎn)生IIC起始信號
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda線輸出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//鉗住I2C總線，準備發(fā)送或接收數(shù)據(jù) 
}	  
//產(chǎn)生IIC停止信號
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda線輸出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	delay_us(4);
	IIC_SDA=1;//發(fā)送I2C總線結束信號					   	
}
//等待應答信號到來
//返回值：1，接收應答失敗
//        0，接收應答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA設置為輸入  
	IIC_SDA=1;delay_us(2);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(2);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//時鐘輸出0 	   
	return 0;  
} 
//產(chǎn)生ACK應答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不產(chǎn)生ACK應答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
//IIC發(fā)送一個字節(jié)
//返回從機有無應答
//1，有應答
//0，無應答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	 SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低時鐘開始數(shù)據(jù)傳輸
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
		if((txd&0x80)>>7)
			IIC_SDA=1;
		else
			IIC_SDA=0;
		txd<<=1; 	  
		delay_us(1);   //對TEA5767這三個延時都是必須的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//讀1個字節(jié)，ack=1時，發(fā)送ACK，ack=0，發(fā)送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	
//	SDA_OUT();
//	IIC_SDA=1;delay_us(2);	 //未加上拉電阻時  手動拉高數(shù)據(jù)線
	
	SDA_IN();//SDA設置為輸入
 
  for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		    IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
				delay_us(2); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//發(fā)送nACK
    else
        IIC_Ack(); //發(fā)送ACK   
    return receive;
}

iic.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"
 
//IO方向設置
#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}
 
//IO操作函數(shù)	 
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA	 
#define READ_SDA   PBin(7)  //輸入SDA 
 
//IIC所有操作函數(shù)
void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口				 
void IIC_Start(void);				//發(fā)送IIC開始信號
void IIC_Stop(void);	  			//發(fā)送IIC停止信號
void IIC_Send_Byte(u8 txd);			//IIC發(fā)送一個字節(jié)
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC讀取一個字節(jié)
u8 IIC_Wait_Ack(void); 				//IIC等待ACK信號
void IIC_Ack(void);					//IIC發(fā)送ACK信號
void IIC_NAck(void);				//IIC不發(fā)送ACK信號
 
void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);	  
#endif

INA226.c

設備需要配置地址部分

#include "INA226.h"
#include "myiic.h"
#include "delay.h"
 
 
u16 INA226_Read2Byte(u8 reg_addr)
{
	u16 reg_data=0;
	u16 temp=0;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte(WRITE_ADDR);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	IIC_Send_Byte(reg_addr);   
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte(READ_ADDR);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	reg_data= IIC_Read_Byte(1);
	reg_data=(reg_data<<8)&0xFF00;
	temp=IIC_Read_Byte(0);
	IIC_Stop();
	reg_data|=temp;
	return reg_data;
}
 
 
u8 INA226_Write2Byte(u8 reg_addr,u16 reg_data)
{        
	u8 data_high=(u8)((reg_data&0xFF00)>>8);
	u8 data_low=(u8)reg_data&0x00FF;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte(WRITE_ADDR);   
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	IIC_Send_Byte(reg_addr );    
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;        
	IIC_Send_Byte(data_high);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;        
	IIC_Send_Byte(data_low);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;                 
	IIC_Stop();
	delay_ms(2);
	return 1;
}
 
 
void INA226_Init(void)
{
	INA226_Write2Byte(Config_Reg, 0x4527);//0100_010_100_100_111 //16次平均,1.1ms,1.1ms,連續(xù)測量分流電壓和總線電壓
	INA226_Write2Byte(Calib_Reg, 0x0A00);
}

INA226.h

#ifndef __INA226_H
#define __INA226_H
#include "sys.h"
 
#define READ_ADDR                  0x81	 //A1=GND，A2=GND // R=1, W=0
#define WRITE_ADDR                 0x80
 
#define Config_Reg                 0x00
#define Shunt_V_Reg                0x01
#define Bus_V_Reg                  0x02
#define Power_Reg                  0x03
#define Current_Reg                0x04
#define Calib_Reg                  0x05
#define Mask_En_Reg                0x06
#define Alert_Reg                  0x07
#define Man_ID_Reg                 0xFE  //0x5449
#define ID_Reg                     0xFF  //0x2260
 
 
u16 INA226_Read2Byte(u8 reg_addr);
u8 INA226_Write2Byte(u8 reg_addr,u16 reg_data);
void INA226_Init(void);
 
#endif

五、參考

【物聯(lián)網(wǎng)畢設】智能能源監(jiān)控-4G+STM32+APP
https://blog.csdn.net/herui_2/article/details/148529928

INA226電壓電流測量模塊詳細筆記（硬件連接+原理介紹+代碼實現(xiàn) 附完整資料）
https://blog.csdn.net/qq_56632135/article/details/143844192