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30 分钟

使用INA381和STM32F103RB实现电流水平的实时监测

利用尖端电流传感技术进行创新

Current 5 Click with Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Current 5 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F103RB

通过我们先进的电流传感解决方案,增强您的工程专业知识,享受无与伦比的可靠性和精确的测量。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Current 5 Click基于INA381,这是一款零漂移拓扑的电流感应放大器,集成了比较器,可用于德州仪器(Texas Instruments)低端和高端电流感应和保护应用。这款电流感应放大器能够准确测量在常模电压远超设备供电电压的情况下,电流感应电阻(也称为电流分流电阻)上产生的电压。电流在IN负载连接端子上测量,当供电电压移除时,输入引脚上能够承受从-0.2V到+26V的全常模电压,而不会造成损坏。INA381还使用来自板载REF电位器的参考输入,简化了设置对应的电流阈值用于超范围比较。结合电流感应放大器的精确测量和板载比较器,实现了一体化的过流检测设备。这个组合创造了一个高精度设计,可以快速检测出超范围情况,并允许系统采取纠正措施,以防止潜在的组件

或系统损坏。INA381的放大输出电压是在板载电流感应电阻上产生的电压,是通过放大器增益(200V/V)乘以IN端子(IN+和IN-引脚)之间的输入电压得到的。然后使用ADC121S021,一个低功耗、单通道12位模数转换器(ADC),通过德州仪器的高速SPI接口将INA381的输出电压转换为数字值。INA381集成的比较器设计用于快速检测当感应电流超出范围时,并提供一个中断警报信号,路由到mikroBUS™插座的INT引脚,以实现更快的响应。这个警报输出可以配置为两种模式,透明或锁存,根据mikroBUS™插座上RST引脚的逻辑状态选择。在透明模式中,输出状态跟随输入状态,而在锁存模式中,警报输出只有在复位锁存器时才清除。INA381的板载比较器设计用于减少

当测量信号电平由于噪声接近过限阈值电平时警报输出振荡的可能性,具有50mV的迟滞。当比较器输入上的电压超过比较器参考输入上的电压时,警报信号设置为低逻辑状态。然后输出电压必须降至低于参考输入阈值电压的50mV迟滞电平,以使警报引脚取消断言并恢复到正常的高状态。此外,该板允许用户通过板载Hyst电位器更改从预设值50mV的迟滞。用户还可以将外部信号(如REF和HYST)引入同名的板载接头。此Click板™可通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电压水平,这样,既3.3V又5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,此Click板™配备了包含易于使用的功能和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Current 5 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F103RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32F103RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M3

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

20480

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Mode Selection
PC12
RST
SPI Chip Select
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Overlimit Alert
PC14
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!”

Click board™ 原理图

Current 5 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F103RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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 Current 5 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • current5_get_current - 获取电流

  • current5_get_adc - 读取原始ADC值

  • current5_get_alert - 获取警报引脚状态

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 Current5 Click example
 *
 * # Description
 * This example application showcases ability of the device
 * to read raw adc data and calculate the current from it.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of communication modules(SPI, UART) and 
 * additional pins for controlling device(RST, ALERT->INT).
 *
 * ## Application Task
 * Read ADC data with SPI communication and calculate input current.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "current5.h"

static current5_t current5;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    current5_cfg_t current5_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.
    current5_cfg_setup( &current5_cfg );
    CURRENT5_MAP_MIKROBUS( current5_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = current5_init( &current5, &current5_cfg );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag )
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    float current = 0;
    current5_get_current( &current5, &current );
    log_printf( &logger, " > Current[ A ]: %.2f\r\n", current );
    log_printf( &logger, "*************************************************\r\n" );
    Delay_ms ( 300 );
}

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
/*!
 * @file main.c
 * @brief Current5 Click example
 *
 * # Description
 * This example application showcases ability of the device
 * to read raw adc data and calculate the current from it.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of communication modules(SPI, UART) and 
 * additional pins for controlling device(RST, ALERT->INT).
 *
 * ## Application Task
 * Read ADC data with SPI communication and calculate input current.
 *
 * @author Luka Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "current5.h"

static current5_t current5;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    current5_cfg_t current5_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.
    current5_cfg_setup( &current5_cfg );
    CURRENT5_MAP_MIKROBUS( current5_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = current5_init( &current5, &current5_cfg );
    if ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag )
    {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }

    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void )
{
    float current = 0;
    current5_get_current( &current5, &current );
    log_printf( &logger, " > Current[ A ]: %.2f\r\n", current );
    log_printf( &logger, "*************************************************\r\n" );
    Delay_ms ( 300 );
}

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

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