中级
30 分钟

使用MLX91210和STM32L073RZ将电流测量转化为可行的智能数据

在电流测量中体验极致精度!

Hall Current 3 click with Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

已发布 6月 25, 2024

点击板

Hall Current 3 click

开发板

Nucleo-64 with STM32L073RZ MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32L073RZ

通过利用我们解决方案的精确电流测量,检测异常和潜在风险,提高安全协议和系统完整性。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Hall Current 3 Click 基于 Melexis 的 MLX91210 线性霍尔电流传感器。该传感器利用霍尔效应测量通过 IC 输入引脚的电流。这使得串联电阻保持在 μΩ 的量级,减少了主电流流中的损耗和散热。通过 IC 输入轨的主电流流产生磁场,从而在两个集成的霍尔板上引起霍尔效应。这两个板差分连接,防止外部磁干扰影响测量。前端部分对信号进行调节和放大,消除干扰。调节后的信号可在 MLX91210 的 VOUT 引脚上获得,并与输入电流线性相关。该信号进一步传输到 A/D 转换器。VOUT 电压稳定,并且温度敏感性漂移低(在标称电流下为 ±1.5%)。在 0A 电流时,MLX91210 的 VOUT 引脚保持在 VDD(5V)的一半。这使您能够测量两极

性:正电流极性将使 VOUT 高于 VDD 的一半,而负电流极性将使 VOUT 低于 VDD 电压。MLX91210 还具有故障报告功能,如果发生过压、欠压或校准数据 CRC 错误,将把 VOUT 引脚设置为高阻抗模式(Hi-Z)。数据手册提供了有关每种错误类型 Hi-Z 定时的说明。MLX91210 IC 的分辨率可以从完整的 IC 标签中确定:MLX91210KDF-CAS-101-SP,其中 CAS-101 表示其模拟电压分辨率为 80mV/A 或全量程(FS)测量为 ±25A。输出电压还传输到 Microchip 的 12 位 SAR 型 ADC MCP3221,该 ADC 具有 I2C 接口。该 ADC 在多个不同的 Click board™ 设计中使用,因为它提供了准确的转换,所需的外部组件较少,并且具有相当好的信噪比

(SNR)。它可以达到高达 22.3ksps 的速度,允许大多数用途的良好测量分辨率。在 VOUT 测量电压转换为数字值后,可以通过 MCP3221 ADC 的 I2C 总线读取。由于 ADC IC 仅使用 3.3V 通信电压水平,Click board™ 配备了 PCA9306,一个双向 I2C 电平转换器。该 IC 接受两种电压水平:一种用于输入信号,另一种用于输出信号。VCC SEL 跳线可以选择输出参考信号,允许与 3.3V 和 5V MCU 通信。I2C 总线已包含上拉电阻,因此无需进一步配置;可以立即使用。输入端子截面积为 2.5mm,因此可以接受超过 10A 的高输入电流。它有两个输入极:IP+ 和 IP-。需要测量电流的导体可以连接到此端子。

Hall Current 3 click hardware overview image
Hall Current 3 Click  Current Warning image

功能概述

开发板

Nucleo-64搭载STM32L073RZ MCU提供了一个经济实惠且灵活的平台,供开发人员探索新的想法并原型化其设计。该板利用了STM32微控制器的多功能性,使用户能够为其项目选择性能和功耗之间的最佳平衡。它采用LQFP64封装的STM32微控制器,并包括一些必要的组件,例如用户LED,可以同时作为ARDUINO®信号使用,以及用户和复位按钮,以及用于精准定时操作的32.768kHz晶体振荡器。设计时考虑了扩展性和灵活性,Nucleo-64板具有ARDUINO® 

Uno V3扩展连接器和ST morpho扩展引脚标头,为全面项目集成提供了对STM32 I/O的完全访问权限。电源选项具有适应性,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。该板还配备了一个内置的ST-LINK调试器/编程器,具有USB重新枚举功能,简化了编程和调试过程。此外,该板还设计了外部SMPS,以实现有效的Vcore逻辑供电,支持USB设备全速或USB SNK/UFP全速,以及内置的加密功能,增强了项目的功耗效率和安全性。通过专用

连接器提供了额外的连接性,用于外部SMPS实验、ST-LINK的USB连接器和MIPI®调试连接器,扩展了硬件接口和实验的可能性。开发人员将通过STM32Cube MCU软件包中全面的免费软件库和示例得到广泛的支持。这与与各种集成开发环境(IDE)的兼容性相结合,包括IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM和STM32CubeIDE,确保了平稳高效的开发体验,使用户能够充分发挥Nucleo-64板在其项目中的功能。

Nucleo 64 with STM32L073RZ MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

192

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
NC
NC
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
NC
NC
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Hall Current 3 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 STM32L073RZ 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

此库包含 Hall Current 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • hallcurrent3_getCurrent - 计算电流值

  • hallcurrent3_read_data - 从指定寄存器读取两个字节的数据

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 HallCurrent3 Click example
 * 
 * # Description
 * The example starts off with the logger and click modules and then starts measuring and
 * displaying current values.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Initializes and configures the logger and click modules.
 * 
 * ## Application Task  
 * Reads and displays current values every second.
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "hallcurrent3.h"

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

static hallcurrent3_t hallcurrent3;
static log_t logger;

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

void application_init ( )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    hallcurrent3_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.

    hallcurrent3_cfg_setup( &cfg );
    HALLCURRENT3_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    hallcurrent3_init( &hallcurrent3, &cfg );
}

void application_task ( )
{
    float current_data;

    current_data = hallcurrent3_get_current( &hallcurrent3 );
    log_printf( &logger, "Current : %f mA\r\n", current_data );

    Delay_ms( 1000 );
}

void main ( )
{
    application_init( );

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

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

额外支持

资源

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