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使用INA219和STM32G431RB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 Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Power Monitor 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

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

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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
PA15
AN
Reset
PC12
RST
SPI Select / ID COMM
PB12
CS
SPI Clock
PB3
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB5
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
PWM Signal
PC8
PWM
Interrupt
PC14
INT
UART TX
PA3
TX
UART RX
PA2
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

Power Monitor 2 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
BarGraph 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU MB 1 Micro 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 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

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