初学者
10 分钟

使用INA196和ATmega328设计一个4-20mA电流环标准的接收器

接收和解释电流信号

4-20 mA R Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

4-20 mA R Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

紧凑高效的解决方案,用于接收和监控工业系统中的电流。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

4-20mA R Click 基于 Texas Instruments 的 INA196,这是一个具有电压输出的电流分流监视器。INA196 能够在不干扰其供电电压的情况下感应跨分流器的电压降,并在电流控制环中使用 500kHz 的带宽。4-20mA R Click 接收来自兼容发射器的 4 到 20mA 的输出电流,并将其转换为低电压。此板上的传输环路电流直接来自于 INA196 分流电阻的负载 侧,通过 VLOOP 螺钉端子。INA196 供电侧的差分

输入电压来自 Texas Instruments 的 TPS61041,一个 DC/DC 升压转换器。默认配置下,它提供 16V 电压,并可以通过 mikroBUS™ 插座的 EN 引脚启用。此外,通过替换 R2 0 欧姆电阻为其他值,它也可以转换其他电压。INA196 的输出然后传递到 Microchip 的 MCP3201,一个 12 位 ADC。它通过  mikroBUS™ 插座的 SPI 串行接口与主微控制器通信,参考电压为 2.048V。ADC 的参考电压来自

 Analog Devices 的 MAX6106,一个电压参考 LDO。此 Click board™ 可以通过 PWR SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 的逻辑电压水平,使得 3.3V 和 5V 能力的 MCU 都能正确使用通信线路。然而,这款 Click board™ 配备了一个包含易于使用的功能和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

4-20 mA R Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

32

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Arduino Mega 的 Click Shield 配备了四个 mikroBUS™ 插槽,其中两个是 Shuttle 连接器,允许所有的 Click board™ 设备与 Arduino Mega 板轻松连接。Arduino Mega 板采用了AVR 8位微控制器,具有先进的RISC架构,54个数字 I/O 引脚,并且兼容 Arduino™,为原型设计和创建多样化应用提供了无限的可能性。该板通过 USB 连接方便地进行控制和供电,以便在开箱即用时高效地对 Arduino Mega 板进行编程和调试,另外还需要将额外的 USB 电缆连接到板上的 USB B 端口。通过集成的 ATmega16U2 程序器简化项目开发,并利用丰富的 I/O 选项和扩展功能释放创造力。有八个开关,您可以将其用作输入,并有八个 LED,可用作 MEGA2560 的输出。此外,该 shield 还具有来自 Microchip 的高精度缓冲电压参考 MCP1501。该参考电压默认通过板底部的 EXT REF 跳线选择。您可以像通常在 Arduino Mega 板上那样选择外部参考电压。还有一个用于测试目的的 GND 钩子。另外,还有四个额外的 LED,分别是 PWR、LED(标准引脚 D13)、RX 和 TX LED,连接到 UART1(mikroBUS™ 1 插槽)。此 Click Shield 还具有几个开关,执行诸如选择 mikroBUS™ 插槽上模拟信号的逻辑电平以及选择 mikroBUS™ 插槽本身的逻辑电压级别等功能。此外,用户还可以使用现有的双向电平转换器,无论 Click board™ 是否以3.3V或5V逻辑电压级别运行,都可以使用任何 Click board™。一旦您将 Arduino Mega 板与 Click Shield for Arduino Mega 连接,就可以访问数百个使用3.3V或5V逻辑电压级别工作的 Click board™。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
NC
NC
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Enable
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

原理图

4-20 mA R Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 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 image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

此库包含 4-20mA R Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • c420mar_read_data - 此函数从 SPI 数据寄存器读取 16 位电流值,然后将其规范化并转换为浮点数。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * \file 
 * \brief 420MaR Click example
 * 
 * # Description
 * This example showcases how to initialize, configure and use the 4-20 mA R click. It is a
 * simple SPI communication module that acts as a receiver in a 4-20 current loop. The click
 * reads current data and converts the analog signal to a digital 12-bit format.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * This function initializes and configures the logger and click modules.
 * 
 * ## Application Task  
 * This function reads and displays current data every half a second.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "c420mar.h"

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

static c420mar_t c420mar;
static log_t logger;

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

void application_init ( )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    c420mar_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.

    c420mar_cfg_setup( &cfg );
    c420MAR_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    c420mar_init( &c420mar, &cfg );
}

void application_task ( )
{
    float current;

    current = c420mar_read_data( &c420mar );

    log_printf( &logger, "-----------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, " * Current: %.3f mA * \r\n", current );

    Delay_ms( 500 );
}

void main ( )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

喜欢这个项目吗?

'购买此套件' 按钮会直接带您进入购物车,您可以在购物车中轻松添加或移除产品。