初学者
10 分钟

使用INA780A和STM32G474RE实现准确且详细的数字电源监控

基于EZShunt™技术的数字VCP(电压、电流和功率)监控

VCP Monitor 6 Click with Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

VCP Monitor 6 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G474RE MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G474RE

在各种系统中监控电力传输,确保高效的电力分配并识别潜在问题

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

VCP Monitor 6 Click 基于德州仪器的 INA780A,这是一款基于创新 EZShunt™ 技术的 16 位 I2C 输出数字功率监控器。该组件专为电流感应应用而设计,集成了电流感应元件和高分辨率 16 位 Δ-Σ ADC。INA780A 能够测量高达 20A 的电流,并支持高达 85V 的共模电压,能够准确监控电流、总线电压和内部温度。它计算关键参数如功率、能量和电荷,这对于受控系统中的精确决策至关重要。灵活的可编程寄存器允许微调测量精度,并支持连续和触发操作模式。VCP Monitor 6 Click 非常适合多种应用,包括电力传输、工业电池组、电信基础设施和企业服务器,

确保复杂系统中所需的可靠且详细的电力监控,在准确性和效率方面至关重要。正如前面提到的,这款数字功率监控器集成了一个温度传感器,在其工作温度范围内保持 ±2.5°C 的准确度,确保在各种环境条件下的可靠性能。它还具有低偏移和增益漂移,这是高度精确系统的关键。此外,INA780A 提供了灵活性,选择 ADC 转换时间范围从 50µs 到 4.12ms,调整采样平均值从 1 倍到 1024 倍,最小化噪声,优化系统操作和控制的测量数据质量。VCP Monitor 6 Click 使用标准的 2 线 I2C 通信协议,使主 MCU 能够控制 INA780A。I2C 接口支持高达 400kHz 的时钟频率,

I2C 地址可通过 ADDR SEL 跳线选择。当监测到的输出值越过相关的超范围阈值时,报警中断 ALR 引脚可用于报告多个诊断或指示 ADC 转换完成。除了 ALR 引脚之外,还可以通过红色 ALERT LED 视觉显示检测到的异常,如电流低/超限、总线电压低/超限或功率超限。此 Click 板™ 可以通过 VCC SEL 跳线选择使用 3.3V 或 5V 逻辑电压水平。这使得 3.3V 和 5V 的 MCU 都可以正确使用通信线路。此外,该 Click 板™ 配有一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

VCP Monitor 6 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G474R 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 STM32G474RE MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G474RE front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

512

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

128k

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
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Alert Interrupt
PC14
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

VCP Monitor 6 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 STM32G474RE 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
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Board mapper by product8 hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
NECTO Compiler Selection Step Image 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

软件支持

库描述

该库包含 VCP Monitor 6 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • vcpmonitor6_get_bus_voltage - 此功能通过 I2C 串行接口读取总线电压输出测量值,单位为伏特 [V]。

  • vcpmonitor6_get_current - 此功能通过 I2C 串行接口读取电流测量结果,单位为毫安 [mA]。

  • vcpmonitor6_get_power - 此功能通过 I2C 串行接口读取功率测量结果,单位为瓦特 [W]。

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 VCP Monitor 6 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the VCP Monitor 6 Click driver 
 * for measurements of the voltage, current, power, energy, charge, and die temperature.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * The initialization of the I2C module and log UART.
 * After driver initialization, the app sets the default configuration.
 *
 * ## Application Task
 * The demo application reads and displays the results of the input bus voltage, 
 * current, power, energy, charge accumulation measurements, and die temperature.
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "vcpmonitor6.h"

static vcpmonitor6_t vcpmonitor6;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    vcpmonitor6_cfg_t vcpmonitor6_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.
    vcpmonitor6_cfg_setup( &vcpmonitor6_cfg );
    VCPMONITOR6_MAP_MIKROBUS( vcpmonitor6_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == vcpmonitor6_init( &vcpmonitor6, &vcpmonitor6_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( VCPMONITOR6_ERROR == vcpmonitor6_default_cfg ( &vcpmonitor6 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    float app_buf = 0;
    if ( VCPMONITOR6_OK == vcpmonitor6_get_bus_voltage( &vcpmonitor6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Voltage: %.2f [V]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 50 );
    }

    if ( VCPMONITOR6_OK == vcpmonitor6_get_current( &vcpmonitor6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Current: %.2f [mA]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 50 );
    }

    if ( VCPMONITOR6_OK == vcpmonitor6_get_power( &vcpmonitor6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Power: %.2f [W]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 50 );
    }

    if ( VCPMONITOR6_OK == vcpmonitor6_get_energy( &vcpmonitor6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Energy: %.2f [kJ]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 50 );
    }

    if ( VCPMONITOR6_OK == vcpmonitor6_get_charge( &vcpmonitor6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Charge: %.2f [C]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 50 );
    }

    if ( VCPMONITOR6_OK == vcpmonitor6_get_temperature( &vcpmonitor6, &app_buf ) )
    {
        log_printf( &logger, " Temperature: %.2f [degC]\r\n", app_buf );
        Delay_ms ( 50 );
    }
    log_printf( &logger, " ----------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 1000 );
    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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