初学者
10 分钟

使用INA219和ATmega328P为您的系统提供有价值的电力消耗信息

用于测量电力消耗的12位电源监控器

Power Monitor 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 9月 18, 2024

点击板

Power Monitor 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

为嵌入式系统中的电源监控和管理提供有价值的信息

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Power Monitoring 2 Click基于两个INA219,这是一款来自德州仪器的12位I2C输出数字电源监控器,专为精确的电源监控而设计。这些IC用于监控连接负载设备的电力消耗,测量附加mikroBUS™插座上两条独立电源轨——3.3V和5V的电流和电压。这种配置允许监控这两条电源线,非常适合评估插入板载mikroBUS™插座中的任何Click板™的功耗。得益于其灵活性,INA219允许在没有特殊电源排序的情况下进行电源监控,即使电源或总线电压独立存在或缺失时也可以监控电源。INA219提供电流、电压和功率的实时数字读数。它通过感应连接到相关总线的分流电阻(R3和R4)上的电压降来实现测量,能够处理0到

26V范围内的总线电压。该设备的可编程转换时间和滤波选项确保了在各种操作条件下的精确测量。此外,INA219提供可编程的校准值,当与内部乘法器结合时,能够直接读取电流(单位为安培)并通过乘法寄存器计算功率(单位为瓦特)。如前所述,INA219通过标准的2线I2C接口与主MCU通信,支持高达1MHz时钟频率的高速模式。Power Monitoring 2 Click上的每个INA219 IC都具有可配置的I2C地址,地址通过ADDR SEL跳线设置(U2或U3分别对应每个INA219)。通过将跳线定位到0或1,用户可以选择所需的I2C地址。此外,考虑到此Click板™可以在3.3V和5V逻辑电平下运行,I2C线路上的上拉电阻所连接

的电压也可以选择。通过调整I2C PULL-UP跳线选择适当的电压水平(3.3V或5V)。该板还具有一个板载开关CS SEL,它使mikroBUS™插座的CS线与板上的ClickID功能通信。通过将开关设置为ON位置,CS线被重定向,允许ClickID功能正常工作以识别连接的Click板™。此Click板™可以在3.3V或5V逻辑电压电平下运行。这样,支持3.3V和5V逻辑电平的MCU都可以正确使用通信线路。作为附加功能,它包括两个绿色LED指示灯,分别显示3.3V或5V电源轨是否处于活动状态。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

Power Monitor 2 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

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Analog Output
PC0
AN
Reset
PD2
RST
SPI Select / ID COMM
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PD6
PWM
Interrupt
PC3
INT
UART TX
PD0
TX
UART RX
PD1
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Power Monitor 2 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
Barometer 13 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Arduino UNO Rev3 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

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 Power Monitor 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • powermonitor2_set_address - 此函数设置设备的从属地址。

  • powermonitor2_read_data - 此函数读取分流电压、总线电压、电流和功率数据测量值。

  • powermonitor2_read_data_avg - 此函数从num_conv样本中读取分流电压、总线电压、电流和功率数据的平均值。

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 Power Monitor 2 Click example
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Power Monitor 2 click by reading and displaying
 * the power consumption at 3V3 and 5V of the connected click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver and performs the click default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the voltage, current, and power measurements from U2 and U3 sensors averaged
 * from 20 samples and displays the results on the USB UART.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "powermonitor2.h"

static powermonitor2_t powermonitor2;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    powermonitor2_cfg_t powermonitor2_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.
    powermonitor2_cfg_setup( &powermonitor2_cfg );
    POWERMONITOR2_MAP_MIKROBUS( powermonitor2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == powermonitor2_init( &powermonitor2, &powermonitor2_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( POWERMONITOR2_ERROR == powermonitor2_default_cfg ( &powermonitor2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    powermonitor2_data_t pm_3v3, pm_5v;

    powermonitor2_set_address ( &powermonitor2, powermonitor2.address_3v3 );
    if ( POWERMONITOR2_OK == powermonitor2_read_data_avg ( &powermonitor2, POWERMONITOR2_DEFAULT_NUM_CONV, &pm_3v3 ) )
    {
        log_printf( &logger, " --- 3V3 Power Monitor ---\r\n" );
        log_printf( &logger, " Voltage: %.3f V\r\n", pm_3v3.bus_v );
        log_printf( &logger, " Current: %.3f A\r\n", pm_3v3.current );
        log_printf( &logger, " Power: %.2f W\r\n", pm_3v3.power );
        log_printf( &logger, " -------------------------\r\n" );
    }
    
    powermonitor2_set_address ( &powermonitor2, powermonitor2.address_5v );
    if ( POWERMONITOR2_OK == powermonitor2_read_data_avg ( &powermonitor2, POWERMONITOR2_DEFAULT_NUM_CONV, &pm_5v ) )
    {
        log_printf( &logger, " ---- 5V Power Monitor ---\r\n" );
        log_printf( &logger, " Voltage: %.3f V\r\n", pm_5v.bus_v );
        log_printf( &logger, " Current: %.3f A\r\n", pm_5v.current );
        log_printf( &logger, " Power: %.2f W\r\n", pm_5v.power );
        log_printf( &logger, " -------------------------\r\n" );
    }

    Delay_ms ( 1000 );
}

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

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。