中级
30 分钟

使用INA3221和PIC18LF25K42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 EasyPIC v8

已发布 6月 26, 2024

点击板

VCP Monitor 2 Click

开发板

EasyPIC v8

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

PIC18LF25K42

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

EasyPIC v8 是一款专为快速开发嵌入式应用的需求而特别设计的开发板。它支持许多高引脚计数的8位PIC微控制器,来自Microchip,无论它们的引脚数量如何,并且具有一系列独特功能,例如首次集成的调试器/程序员。开发板布局合理,设计周到,使得最终用户可以在一个地方找到所有必要的元素,如开关、按钮、指示灯、连接器等。得益于创新的制造技术,EasyPIC v8 提供了流畅而沉浸式的工作体验,允许在任何情况下、任何地方、任何时候都能访问。

EasyPIC v8 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。除了先进的集成CODEGRIP程 序/调试模块,该模块提供许多有价值的编程/调试选项和与Mikroe软件环境的无缝集成外,该板还包括一个干净且调节过的开发板电源供应模块。它可以使用广泛的外部电源,包括电池、外部12V电源供应和通过USB Type-C(USB-C)连接器的电源。通信选项如USB-UART、USB DEVICE和CAN也包括在内,包括 广受好评的mikroBUS™标准、两种显示选项(图形和

基于字符的LCD)和几种不同的DIP插座。这些插座覆盖了从最小的只有八个至四十个引脚的8位PIC MCU的广泛范围。EasyPIC v8 是Mikroe快速开发生态系统的一个组成部分。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,它涵盖了原型制作和开发的许多方面。

EasyPIC v8 horizontal image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

PIC

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Reset
RA0
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
RB1
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
RC3
SCL
I2C Data
RC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
2

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

VCP Monitor 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

EasyPIC v8 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以EasyPIC v8作为您的开发板开始。

EasyPIC v8 front image hardware assembly
GNSS2 Click front image hardware assembly
MCU DIP 40 hardware assembly
GNSS2 Click complete accessories setup image hardware assembly
EasyPIC v8 Access DIPMB 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
Necto image step 8 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

此款Click板可通过两种方式进行接口连接和监控:

  • Application Output - 在调试模式下,使用“Application Output”窗口进行实时数据监控。按照本教程正确设置它。

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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