初学者
10 分钟

使用ACS37800KMACTR-030B3-I2C和PIC18F4455实现精确可靠的电压和电流测量

可靠的电流测量能力,适用于高达30安培的负载

PWR Meter 3 Click with EasyPIC v7

已发布 7月 15, 2024

点击板

PWR Meter 3 Click

开发板

EasyPIC v7

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18F4455

提供有价值的数据以监控工业设备的功耗并检测潜在问题

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

PWR Meter 3 Click 基于 Allegro Microsystems 的 ACS37800KMCTR-030B3-I2C,这是一种简洁的电压、电流和功率监测解决方案,适用于 60Hz 的多种交流/直流应用,能够简化电源监测功能的集成。ACS37800KMCTR-030B3-I2C 内部包含一条铜导电路径,用于产生与所施加电流成正比的磁场,并采用差分检测方式以抑制共模磁场引入的误差。该器件特别适用于高隔离应用,具有 4800VRMS 的增强型隔离等级,以及 ±15A/±30A/±60A 的可靠双向电流检测范围。凭借其高度可配置性和集成功能,该 Click 板可适用于大多数电源监测场景。ACS37800KMCTR-030B3-I2C 通过 REF 引脚检测所施加电压(范围为 

9.5V 至 27V),并通过电阻分压,使其适配板载电压检测放大器的输入范围,并实现电气隔离。电流通过电流检测端施加,使用集成电流环和隔离霍尔传感器进行检测。这两个模拟信号随后由高精度 ADC 采样后进入数字系统。计量引擎随后计算电源频率,并计算电流、电压和功率的 RMS 值,提供多种平均处理和配置选项。PWR Meter 3 Click 使用标准的 I2C 2 线接口与 MCU 通信,用于读取数据和设置配置,支持 I2C 标准模式(100kHz)与快速模式(最高 400kHz)。该芯片可通过 mikroBUS™ 插座上的 RST 引脚(连接至 EN)使能或关闭,从而通过TPS2041B 控制对 ACS37800KMCTR-030B3-I2C

的电源通断。除了电压与电流测量能力外,板载还有两个 LED 指示灯(DIO0 和 DIO1),用于可视化提示运行异常状态,例如欠压、过压报告以及快速过流故障检测。其中 DIO0 默认用于零交叉检测,DIO1 用于过流检测。除了 LED 指示,这些状态信息还可通过 mikroBUS™ 插座上的 INT 和 AN 引脚(标记为 D0 和 D1)进行检测。该 Click 板仅支持 3.3V 逻辑电平。在使用其他逻辑电平的 MCU 前,需进行适当的电平转换。不过,该 Click 板配有配套函数库与示例代码,可供进一步开发使用。

PWR Meter 3 Click - 30A hardware overview image
PWR Meter 3 Click - 30A Warning image

功能概述

开发板

EasyPIC v7 是第七代 PIC 开发板,专为快速开发嵌入式应用而设计。它支持 Microchip 的广泛 8 位 PIC 微控制器,并具备一系列独特功能,如强大的板载 mikroProg 程序员和通过 USB-B 的在线电路调试器。开发板布局合理,设计周到,确保最终用户在一个地方可以找到所有必需的元素,如开关、按钮、指示器、连接器等。EasyPIC v7 提供四种不同的连接器用于每个端口,使您能够比以往更高效地连接附件板、传感器和自定义电子设备。EasyPIC v7 开发板的每个

部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。一个集成的 mikroProg、一个快速的 USB 2.0 程序器带有 mikroICD 硬件在线电路调试器,提供许多宝贵的编程/调试选项并与 Mikroe 软件环境无缝集成。此外,它还包括一个为开发板提供的干净且调节过的电源模块。它可以使用各种外部电源,包括外部 12V 电源、7-23V 交流或 9-32V 直流通过 DC 连接器/螺丝端子,以及通过 USB Type-B(USB-B)连接器的电源。通信选项如 USB-UART 和 RS-232 也包括在

内,还有广受好评的 mikroBUS™ 标准、三种显示选项(七段、图形和基于字符的 LCD),以及几种不同的 DIP 插座。这些插座覆盖了广泛的 8 位 PIC MCU,包括 PIC10F, PIC12F, PIC16F, PIC16Enh, PIC18F, PIC18FJ, 和 PIC18FK 系列。EasyPIC v7 是 Mikroe 快速开发生态系统的一个重要组成部分,由 Mikroe 软件工具原生支持,得益于大量不同的 Click 板™(超过一千块板),其数量每天都在增长,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

EasyPIC v7 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

PIC18F4455

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

24

硅供应商

Microchip

引脚数

40

RAM (字节)

2048

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Overcurrent Fault
RA2
AN
Device Enable
RE1
RST
ID COMM
RE0
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Zero Crossing
RB0
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RC3
SCL
I2C Data
RC4
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

PWR Meter 3 Click - 30A Schematic schematic

一步一步来

项目组装

EasyPIC v7 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以EasyPIC v7作为您的开发板开始。

EasyPIC v7 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
MCU DIP 40 hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
EasyPIC v7 Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image hardware assembly
NECTO Output Selection Step Image hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Necto DIP image step 7 hardware assembly
EasyPIC PRO v7a Display Selection Necto Step hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Necto PreFlash Image hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

PWR Meter 3 Click 演示应用程序使用 NECTO Studio开发,确保与 mikroSDK 的开源库和工具兼容。该演示设计为即插即用,可与所有具有 mikroBUS™ 插座的 开发板、入门板和 mikromedia 板完全兼容,用于快速实现和测试。

示例描述
本示例演示了如何使用 PWR Meter 3 Click 板读取并显示电压、电流和功率的 RMS 测量值。

关键功能:

  • pwrmeter3_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • pwrmeter3_init - 初始化函数。

  • pwrmeter3_default_cfg - Click 默认配置函数。

  • pwrmeter3_get_dio0_pin - 读取 DIO0 引脚逻辑状态的函数。

  • pwrmeter3_get_dio1_pin - 读取 DIO1 引脚逻辑状态的函数。

  • pwrmeter3_read_average_rms - 读取指定数量样本的平均电压和电流 RMS 测量值。

应用初始化
初始化驱动并执行 Click 默认配置,该配置设置直流测量方式,并将 VRMS 的过压阈值设定为约 28V,欠压阈值设定为约 9.3V。

应用任务
从 500 个样本中读取平均电压与电流 RMS 值,然后计算功率并将结果输出到 USB UART。如果检测到欠压(UV)或过压(OV)标志,将在日志中显示相应信息。

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * @file main.c
 * @brief PWR Meter 3 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of PWR Meter 3 Click board by reading and displaying
 * the voltage, current, and power RMS measurements.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the Click default configuration which sets the DC measurement
 * and VRMS thresholds to about 28V for overvoltage and about 9.3V for undervoltage flag.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the voltage and current RMS values averaged from 500 samples, then calculates the power from it
 * and displays the results on the USB UART. Also if an UV or OV flag is detected it will be logged accordingly.
 * 
 * @note
 * In case of 15A or 60A versions of PWR Meter 3 Click board the PWRMETER3_MAX_CURRENT macro from pwrmeter3.h file
 * must be adjusted for accurate current measurements.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "pwrmeter3.h"

static pwrmeter3_t pwrmeter3;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    pwrmeter3_cfg_t pwrmeter3_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.
    pwrmeter3_cfg_setup( &pwrmeter3_cfg );
    PWRMETER3_MAP_MIKROBUS( pwrmeter3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == pwrmeter3_init( &pwrmeter3, &pwrmeter3_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( PWRMETER3_ERROR == pwrmeter3_default_cfg ( &pwrmeter3 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    float v_rms, i_rms;
    if ( PWRMETER3_OK == pwrmeter3_read_average_rms ( &pwrmeter3, &v_rms, &i_rms, PWRMETER3_DEF_AVG_SAMPLES ) )
    {
        if ( !pwrmeter3_get_dio0_pin ( &pwrmeter3 ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Over-voltage detected!\r\n" );
        }
        if ( !pwrmeter3_get_dio1_pin ( &pwrmeter3 ) )
        {
            log_printf ( &logger, " Under-voltage detected!\r\n" );
        }
        log_printf ( &logger, " Voltage: %.2f V\r\n", v_rms );
        log_printf ( &logger, " Current: %.2f A\r\n", i_rms );
        log_printf ( &logger, " Power: %.2f W\r\n\n", i_rms * v_rms );
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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