中级
30 分钟

使用INA3221和PIC32MZ2048EFH100实时准确测量电压-电流-功率(VCP)参数

电压-电流-功率监控的未来

VCP Monitor 2 Click with Flip&Click PIC32MZ

已发布 6月 26, 2024

点击板

VCP Monitor 2 Click

开发板

Flip&Click PIC32MZ

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC32MZ2048EFH100

持续监测电压、电流和功率水平,确保电气系统的安全高效运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

VCP Monitor 2 Click 基于 Texas Instruments 的 INA3221,这是一款带有报警指示功能的三通道高端电流和总线电压监控器,确保预期的应用在所需的工作条件下运行。它对三个感兴趣的电源(CH3 - CH1)进行两次测量。通过负载电流通过分流电阻产生的电压在 IN+ 和 IN- 引脚之间测量。该器件还在每个通道的 IN- 引脚内部测量电源总线电压。分流电压相对于 IN- 引脚测量,总线电压相对于地测量。用于通道测量的芯片 INA3221-Q1 通常由 2.7V 到 5.5V 范围内的单独电源供电。监测的电源总线范围为 0V 到 26V。INA3221-Q1 对每个通道进行两次测量:一次分流电压和一次总线电压。每个测量可以根据配置模式设置独立或顺序进行。当 INA3221-Q1 处于正常工作模式时,器件连续转换分流电压读取,然后是总线电压读取。此过程转换一个通道,然后继续到下一个启用通道的分流电压读取,然后是该通道的总线电压读取,依此类推,直到所有启用的通道都被测量。编程的配置寄存器模式设置适用于所有通道。任何未启用的通道在测量序列中被绕过,无论模式设置如何。INA3221-Q1 有两种工作模式:连续

和单次触发,这决定了这些转换完成后的内部 ADC 操作。当 INA3221-Q1 设置为连续模式时,器件继续循环通过所有启用的通道,直到编程新的配置设置。配置寄存器模式控制位还允许选择仅转换分流或总线电压的模式。此功能进一步允许设备适应特定的应用要求。在单次触发模式下,将任何单次触发转换模式设置为配置寄存器会触发单次转换。此操作会为所有启用的通道生成一组测量值。要触发另一次单次转换,请第二次写入配置寄存器,即使模式没有改变。当启动单次转换时,所有启用的通道将测量一次,然后器件进入掉电状态。INA3221-Q1 寄存器可以随时读取,即使在掉电状态下也是如此。除了两种工作模式,INA3221-Q1 还有一个单独的可选择掉电模式,可以减少静态电流并关闭进入 INA3221-Q1 输入的电流。掉电模式可减少设备未使用时的电源消耗。从掉电模式完全恢复需要 40 µs。在掉电模式下可以读取和写入 INA3221-Q1 寄存器。设备将保持在掉电模式,直到将活动模式设置之一写入配置寄存器。VCP Monitor 2 Click 还提供可编程阈值,确保预期应用在所需工作条件下运行。通过四个警报引脚可

以实现多种监控功能:Critical(关键),Warning(警告),PV(电源有效)和 TC(定时控制)。这些警报引脚的状态可以通过 PCA9538A 访问,这是一个带中断和复位功能的低电压 8 位 GPIO 扩展器。当任何警报引脚状态发生变化时,开漏中断(INT)输出被激活。此信号用于通知微控制器总线电压不在所需工作条件内。PCA9538A 使用 I2C 通信协议读取警报监控引脚的当前状态,并具有可更改的从地址以避免高级系统中的总线冲突。为了直观地表示任何超出编程阈值的偏差,警报监控引脚连接到 Click 板™ 上的 4 个 LED。VCP Monitor 2 Click 支持 I2C 通信协议。由于 Click 板™ 上有两个从设备,焊接的 SMD 跳线方便地放置以便轻松重新配置 I2C 从地址。INA3221-Q1 有一个用于一个地址引脚的十字形跳线选择,具有连接到 GND,VCC,SDA 或 SCL 的四个可能地址。另一个 PCA9538A,有两个用于地址引脚 A1 和 A0 的跳线,可能有四个不同的从地址,使此 Click 板™ 灵活地用于与共享同一总线的各种外围设备的其他系统中。

VCP Monitor 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Flip&Click PIC32MZ 是一款紧凑型开发板,设计为一套完整的解决方案,它将 Click 板™的灵活性带给您喜爱的微控制器,使其成为实现您想法的完美入门套件。它配备了一款板载 32 位 PIC32MZ 微控制器,Microchip 的 PIC32MZ2048EFH100,四个 mikroBUS™ 插槽用于 Click 板™连接,两个 USB 连接器,LED 指示灯,按钮,调试器/程序员连接器,以及两个与 Arduino-UNO 引脚兼容的头部。得益于创

新的制造技术,它允许您快速构建具有独特功能和特性的小工具。Flip&Click PIC32MZ 开发套件的每个部分都包含了使同一板块运行最高效的必要组件。此外,还可以选择 Flip&Click PIC32MZ 的编程方式,使用 chipKIT 引导程序(Arduino 风格的开发环境)或我们的 USB HID 引导程序,使用 mikroC、mikroBasic 和 mikroPascal for PIC32。该套件包括一个通过 USB 类型-C(USB-C)连接器的干净且调

节过的电源供应模块。所有 mikroBUS™ 本身支持的 通信方法都在这块板上,包括已经建立良好的 mikroBUS™ 插槽、用户可配置的按钮和 LED 指示灯。Flip&Click PIC32MZ 开发套件允许您在几分钟内创建新的应用程序。它由 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,它涵盖了原型制作的许多方面。

Flip&Click PIC32MZ double image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC32

MCU 内存 (KB)

2048

硅供应商

Microchip

引脚数

100

RAM (字节)

524288

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
RE2
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Interrupt
RD9
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RA2
SCL
I2C Data
RA3
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

VCP Monitor 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Flip&Click PIC32MZ front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Flip&Click PIC32MZ作为您的开发板开始。

Flip&Click PIC32MZ front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MB1 Access - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Flip&Click PIC32MZ MCU step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step 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

该库包含 VCP Monitor 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • vcpmonitor2_get_manifacture_id - 获取制造商 ID

  • vcpmonitor2_get_die_id - 获取 DIE ID

  • vcpmonitor2_get_bus_voltage - 获取总线电压(单位:mV)

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 
 * \brief Vcpmonitor2 Click example
 * 
 * # Description
 * VCP Monitor 2 Click is a three-channel, high-side current and bus voltage monitor with alert indication 
 * function ensuring the intended application works within desired operating conditions.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initiaizes the driver, and checks the communication by reading the manufacture device ID.
 * After that, performs the device default configuration.
 * 
 * ## Application Task  
 * Displays the voltage, current, and power detected from channel 1 on the USB UART every 2 seconds.
 * It also displays the status of alert indicators.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "vcpmonitor2.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static vcpmonitor2_t vcpmonitor2;
static log_t logger;

static uint16_t check_id;

// ------------------------------------------------------ APPLICATION FUNCTIONS

void display_alert_status ( )
{
    uint8_t status;
    
    status = vcpmonitor2_get_alert_status( &vcpmonitor2 );

    if ( ( status & VCPMONITOR2_ALERT_PVALID ) != 0 )
    {
        log_printf( &logger, ">> Alert status: [ PVALID ]\r\n" );
    }
    if ( ( status & VCPMONITOR2_ALERT_WRNG ) != 0 )
    {
        log_printf( &logger, ">> Alert status: [ WRNG ]\r\n" );
    }
    if ( ( status & VCPMONITOR2_ALERT_CRTCL ) != 0 )
    {
        log_printf( &logger, ">> Alert status: [ CRTCL ]\r\n" );
    }
    if ( ( status & VCPMONITOR2_ALERT_TCTRL ) != 0 )
    {
        log_printf( &logger, ">> Alert status: [ TCTRL ]\r\n" );
    }
}

void display_channel_data ( uint8_t channel )
{
    float shunt_volt;
    float bus_volt;
    float current;
    float power;
    
    shunt_volt = vcpmonitor2_get_shunt_voltage( &vcpmonitor2, channel );
    log_printf( &logger, ">> Shunt voltage: %.2f mV\r\n", shunt_volt );

    bus_volt = vcpmonitor2_get_bus_voltage( &vcpmonitor2, channel );
    log_printf( &logger, ">> BUS voltage: %.2f mV\r\n", bus_volt );

    current = vcpmonitor2_get_current( &vcpmonitor2, channel );
    log_printf( &logger, ">> Current: %.2f mV\r\n", current );

    power = vcpmonitor2_get_power( &vcpmonitor2, channel );
    log_printf( &logger, ">> Power: %.2f mV\r\n", power );
}

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    vcpmonitor2_cfg_t cfg;

    /** 
     * 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.

    vcpmonitor2_cfg_setup( &cfg );
    VCPMONITOR2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    vcpmonitor2_init( &vcpmonitor2, &cfg );

    check_id = vcpmonitor2_get_manifacture_id( &vcpmonitor2 );
    if ( check_id == VCPMONITOR2_DEF_MANUFACTURE_ID )
    {
        log_printf( &logger, ">> Manufacture ID: 0x%.4X\r\n", check_id );
    }
    else
    {
        log_error( &logger, " WRONG ID READ! " );
        log_printf( &logger, "Please restart your system.\r\n" );
        for ( ; ; );
    }

    vcpmonitor2_default_cfg( &vcpmonitor2 );
}

void application_task ( void )
{
    log_printf( &logger, ">> CHANNEL 1 <<\r\n" );
    display_channel_data( VCPMONITOR2_CHANNEL_1 );

    display_alert_status( );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    
    Delay_ms( 2000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}

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

额外支持

资源

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