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利用CQ3300和STM32G071RB实现精确的霍尔效应电流感应

先进电流感应的智能解决方案

Hall Current 9 Click with Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

已发布 10月 08, 2024

点击板

Hall Current 9 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G071RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G071RB

体验我们霍尔效应电流感应技术带来的增强可靠性,即使在严苛环境中也能提供精确测量。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Hall Current 9 Click基于CQ3300,这是一款使用霍尔传感器的高速响应无芯电流传感器,可输出与AKM Semiconductor的AC/DC成比例的模拟电压。该电流传感器体积小、隔离度高,专为-6.4A至+6.4A的电流范围设计。使用了超薄铟砷量子阱薄膜作为霍尔传感器,实现高精度和高速电流感应,在小型逆变器应用中表现良好。其主要导体电阻显著降低了相比分流电阻产生的热量,允许20Arms的连续电流流动。具有0.5μs的超快高响应,适用于过电流应用。CQ3300的内部结构由多个模块组成,如主导体、霍尔传感器、放大器、缓冲器、补偿模块、偏置和EEPROM单元。主导体

测量施加的电流,而霍尔元件检测从测量电流产生的磁通密度。霍尔元件的输出经过放大,并通过补偿电路调整灵敏度和零电流输出电压的温度漂移。最后的输出缓冲器带有增益,输出与施加到主导体的电流成比例的电压。CQ3300具有比例输出,随电源电压变化成比例变化。适用于模拟输出转换为数字信号的应用中使用A/D转换器,以及电源电压波动导致A/D转换器参考误差的情况。输出电压可以通过Microchip的MCP3221转换为数字值,这是一个具有12位分辨率的逐次逼近A/D转换器,使用2线I2C兼容接口,或直接发送到标记为AN的mikroBUS™插座的模拟引脚。选择可以通过板载

标记为A/D SEL的SMD跳线进行,选择适当位置标记为AN和ADC。MCP3221提供一个单端输入,具有低功耗、低最大转换电流和分别为250μA和1μA的待机电流。数据传输在标准模式下为100kbit/s,快速模式下为400kbit/s。在连续转换模式下,MCP3221在400kHz时钟频率下的最大采样率为22.3 kSPS。此Click板™只能在5V逻辑电压水平下运行。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电压电平转换。此外,该Click板™配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Hall Current 9 Click hardware overview image
Hall Current 9 Click Current Warning image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G071RB 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 STM32G071RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

36864

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

Analog Output
PC0
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
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 9 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 STM32G071RB 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 Hall Current 9 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • hallcurrent9_read_adc - Hall Current 9 I2C ADC读取功能

  • hallcurrent9_set_calibration - Hall Current 9设置校准功能

  • hallcurrent9_get_current - Hall Current 9获取电流功能

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 main.c
 * @brief HallCurrent9 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for Hall Current 9 Click driver.
 * The library contains drivers for measuring ADC values 
 * and for calculation current. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes I2C driver and triggers the built-in calibration.
 *
 * ## Application Task
 * This is an example that demonstrates the use of the Hall Current 9 click board.
 * In this example, we read and display the ADC and current ( mA ) data.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes.
 * 
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "hallcurrent9.h"

static hallcurrent9_t hallcurrent9;
static log_t logger;

static uint16_t adc_data;
static float current;
hallcurrent9_calibration_data_t avg_adc_data;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;                    /**< Logger config object. */
    hallcurrent9_cfg_t hallcurrent9_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_printf( &logger, "\r\n" );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "   Hall Current 9 click   \r\n" );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.

    hallcurrent9_cfg_setup( &hallcurrent9_cfg );
    HALLCURRENT9_MAP_MIKROBUS( hallcurrent9_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag = hallcurrent9_init( &hallcurrent9, &hallcurrent9_cfg );
    if ( init_flag == I2C_MASTER_ERROR ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "        Calibration        \r\n" );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    log_printf( &logger, "> Turn OFF the Power unit <\r\n" );
    log_printf( &logger, "- - - - - - - - - - - - - -\r\n" );
    log_printf( &logger, "  In the following 5 sec.  \r\n" );
    log_printf( &logger, " turn OFF the Power Supply \r\n" );
    Delay_ms( 5000 );
    
    log_printf( &logger, "-------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "    Start calibration    \r\n" );
    
    if ( hallcurrent9_set_calibration( &hallcurrent9, &avg_adc_data ) == HALLCURRENT9_OK ) {
        log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
        log_printf( &logger, "    Calibration  Done    \r\n" );
        Delay_ms( 1000 );    
    }
    
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "    Start measurements :   \r\n" );
    log_printf( &logger, "---------------------------\r\n" );
}

void application_task ( void ) {   
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n", adc_data );
    hallcurrent9_read_adc( &hallcurrent9, &adc_data );
    log_printf( &logger, "   ADC     : %d \r\n", adc_data );

    current = hallcurrent9_get_current( &hallcurrent9, &avg_adc_data );
    log_printf( &logger, "   Current : %.2f mA \r\n", current );
    Delay_ms( 2000 );
}

void main ( void ) {
    application_init( );

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

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

额外支持

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