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30 分钟

使用MCP3910和ATmega328掌握电力分析的精髓

电压,电流,无所不能

PWR Meter 2 click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 26, 2024

点击板

PWR Meter 2 click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328

我们的突破性电力监控解决方案旨在提供无与伦比的电压和电流值测量和监控精度,确保您的电力系统的最佳性能和效率。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

PWR Meter 2 Click 基于 Microchip 的 MCP3910,这是一款集成的双通道模拟前端(AFE)设备。该 IC 由多个部分组成,旨在精确捕获输入电压。使用内部 1.2V 参考电压的两个 Σ-Δ 输入 A/D 转换器,具有非常低的热漂移,将测量噪声降至最低,信噪比(SNR)高达 96dB。输入 ADC 可完全配置,可以设置为 16 位或 24 位模式,可以使用 32 倍到 4096 倍的过采样比,增益比从 1 倍到 32 倍,并为每个 ADC 通道提供 24 位数字偏移和增益误差校正。Click board™ 由 20MHz 晶体时钟驱动。然而,用户需要根据 MCP3910 的数据手册正确设置预分频器。包含的库提供了正确设置的功能。高时钟速度允许使用最大过采样率(OSR),从而获得最佳性能,但同时消耗更多功率。电压和电流读数通过 MCP3910 的两个差分 ADC 输入通道执行。CH0(通道 0)连接到电阻分压器,当输入电压为 24V 时,允许其测量高达

 0.6V 的电压,这是输入端子的最大电压。尽管 ADC 通道上的差分输入电压可以达到 ±2V,但制造商建议保持在 ±0.6V 以内,以实现最佳谐波失真和噪声比,这可能会影响测量精度。CH1(通道 1)差分输入连接到 0.03Ω 的分流电阻。ADC 测量的小电压降允许测量高达 5A 的电流。超过 5A 可能会损坏分流电阻,因此不建议超过 5A。通过将负载与 Click board™ 串联连接来进行电流测量,因此 0.03Ω 的分流值不会引入显著误差或影响通过负载的电流。测量是使用所谓的开尔文连接进行的,其中主导线携带大部分电流,而细导线用于测量分流器上的电压,从而减少通过 IC 自身的 ADC 部分的电流。额外的 270Ω 电阻进一步减少了通过 ADC 的电流。MCP3910 包含多个附加引脚,用于简化实现并减少固件应用程序的繁琐程度。数据准备引脚可用于在转换数据准备好读取时触发主 MCU 上的中断事件。这极大地简化了

 MCU 的性能,避免了必须轮询状态位以确定数据是否准备好的情况。数据准备引脚连接到 mikroBUS™ 的 INT 引脚,标记为 DR。两个调制器输出引脚也连接到 mikroBUS™。这些引脚提供直接来自 Δ-Σ 调制器的 1 位数据输出,用于用户定义的 MCU 或 DSP 过滤,覆盖内部 SINC 过滤器,如果激活这些引脚,则关闭内部 SINC 过滤器。启用这些引脚时,DR 引脚也被禁用。MDAT0 和 MDAT1 引脚提供来自 ADC 通道 0 和 ADC 通道 1 的调制器输出。这些引脚连接到 mikroBUS™ 的 PWM 和 AN 引脚,分别标记为 MDT0 和 MDT1。如前所述,Click board™ 提供测量来自 mikroBUS™ 的内部电源或外部高达 24V 和 5A 的电源。要选择测量目标,应将标记为 INPUT SEL 的 SMD 跳线切换到所需位置。

PWR Meter 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

32

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

Modulator Output 1
PC0
AN
Reset
PD2
RST
SPI Chip Select
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
Modulator Output 0
PD6
PWM
Data Ready
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

PWR Meter 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
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

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

此库包含 PWR Meter 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • pwrmeter2_get_data - 获取计算的电压(V)、电流(A)和功率(W)数据的功能

  • pwrmeter2_write_reg - 向寄存器写入 24 位数据的功能

  • pwrmeter2_read_reg - 从寄存器读取所需数量的 24 位数据的功能

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 PwrMeter2 Click example
 * 
 * # Description
 * This app measuring and monitoring voltage up to 24V and current up to 5A.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes device.
 * 
 * ## Application Task  
 * Gets calculated voltage, current and power data every 500 milliseconds
 * and shows results on UART.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "pwrmeter2.h"

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

static pwrmeter2_t pwrmeter2;
static log_t logger;

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

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    pwrmeter2_cfg_t pwrmeter2_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.
    pwrmeter2_cfg_setup( &pwrmeter2_cfg );
    PWRMETER2_MAP_MIKROBUS( pwrmeter2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == pwrmeter2_init( &pwrmeter2, &pwrmeter2_cfg ) )
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( PWRMETER2_ERROR == pwrmeter2_default_cfg ( &pwrmeter2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    float voltage = 0;
    float current = 0;
    float power = 0;
    if ( PWRMETER2_OK == pwrmeter2_get_data( &pwrmeter2, &voltage, &current, &power ) )
    {
        log_printf( &logger, " U = %.3f V\r\n", voltage );
        log_printf( &logger, " I = %.3f A\r\n", current );
        log_printf( &logger, " P = %.3f W\r\n\n", power );
        Delay_ms ( 500 );
    }
}

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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