【外设移植】Ai-WB2+INA266

Part.01  外设介绍

INA226是一款由德州仪器 (TI) 生产的高精度电流、功率和电压监控器。它用于监测电源系统中的电流、电压和功率，广泛应用于电源管理、电池管理系统、服务器、电动汽车等领域。以下是INA226的一些主要特点：

●功能概述

电流检测：INA226通过外部分流电阻来测量电流。分流电阻两端的电压差与流经它的电流成比例。

电压监测：可以直接监测电源侧的电压，最大输入电压范围可达36V。

功率计算：INA226内部集成了功率计算功能，通过测量电流和电压，实时计算功率。

I2C通信接口：通过I2C接口与微控制器通信，读取电压、电流和功率数据。

● 主要特点

高精度：电流检测的精度可达到±0.1%，电压测量的精度为±0.01%。

宽输入电压范围：INA226的输入电压可支持0V到36V，适合多种电源监测应用。

分辨率高：能够检测非常小的电压差（微伏级），使其能够通过低阻值分流电阻测量较大电流。

可编程警报：可以设置电压、电流或功率的报警阈值，当监测值超出设定范围时触发报警。

低功耗：静态电流非常低（通常为 420μA），适用于低功耗应用。

●工作原理

INA226使用外部的分流电阻，将流过负载的电流转化为分流电阻上的电压降。然后通过内部的放大器放大电压降，最终通过ADC（模数转换器）将其转化为数字信号，并通过I2C总线发送给微控制器。

同时，INA226可以直接测量电源电压。利用这些信息，它可以计算系统的功耗，帮助优化系统性能。

上述的INA226模块一共有8个接口，分别是IN+（电流+输入） IN-（电流-输出） VBS(测量电压) ALE(闹钟，警报，一般不用) SCL和SDA（I2C通讯）以及GND和VCC。

如果想使用这个模块需要正确的接线， 比如现在想测量通过三个LED灯的电流，需要将这三个LED灯串联在上述的电路中。LED灯的-极接 INA226的IN+，然后把IN-接到GND上。即可完成电流测量的接线。

如果想测量电压，只需要将VBS接入待测电压的+极即可。

Part.02  接线图如下

Part.03  移植过程

根据INA226数据手册得知，如果想读取INA226的数据的话，需要用IIC访问以下的寄存器。

而这里需要注意一点的是，如果要想读取电流的数据的话，一定要先校准INA226， 也就是往INA226的0x05寄存器中写入数据。

比如说现在期望读取的最大的电流为5A， 用5/2^15 可以得到电流的lowest significant bit （LSB） 然后使用上面的公式 0.00512 /(LSB * 分流电阻的阻值)， 计算的结果大概等于335。换算到代码中则为以下：

// 初始化INA266传感器并设置校准值
static void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c)
{
    uint16_t calibration_value = 335;
    ina266_set_calibration(i2c, calibration_value);
}

完整的读取代码如下：

#include <stdio.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <hosal_i2c.h>
#include <bl_gpio.h>
#include <blog.h>

#define INA266_DEFAULT_ADDR 0x40 // INA266 I2C地址

#define INA266_REG_CURRENT 0x04     // INA266电流寄存器地址
#define INA266_REG_CALIBRATION 0x05 // INA266校准寄存器地址
#define INA266_REG_BUS_VOLTAGE 0x02 // INA266总线电压寄存器地址

// 设置INA266校准寄存器
static void ina266_set_calibration(hosal_i2c_dev_t *i2c, uint16_t calibration_value)
{
    uint8_t data[3];

    // 将校准值写入校准寄存器
    data[0] = INA266_REG_CALIBRATION;          // 校准寄存器地址
    data[1] = (calibration_value >> 8) & 0xFF; // 高字节
    data[2] = calibration_value & 0xFF;        // 低字节

    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);
}

// 初始化INA266传感器并设置校准值
static void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c)
{
    uint16_t calibration_value = 335;
    ina266_set_calibration(i2c, calibration_value);
}

// 读取INA266电流
static float ina266_read_current(hosal_i2c_dev_t *i2c)
{
    uint8_t reg_addr = INA266_REG_CURRENT;
    uint8_t data[2];
    int16_t raw_current;

    // 读取电流寄存器的数据
    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, &reg_addr, sizeof(reg_addr), 100);
    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);

    // 将读取到的数据转换为电流值
    raw_current = (data[0] << 8) | data[1];

    // 使用新的LSB值 0.0001A 来计算电流
    float current = raw_current * 0.000152; // 每个LSB 0.0001A

    return current;
}

// 读取INA266电压
static float ina266_read_voltage(hosal_i2c_dev_t *i2c)
{
    uint8_t reg_addr = INA266_REG_BUS_VOLTAGE;
    uint8_t data[2];
    int16_t raw_voltage;

    // 读取电压寄存器的数据
    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, &reg_addr, sizeof(reg_addr), 100);
    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);

    // 将读取到的数据转换为电压值
    raw_voltage = (data[0] << 8) | data[1];

    // INA266的电压值计算公式，假设每个Lsb对应1.25mV，具体数值参考数据手册
    float voltage = raw_voltage * 0.00125; // 1.25mV per LSB

    return voltage;
}

// 主函数
int main(void)
{
    // I2C 设备配置
    static hosal_i2c_dev_t i2c0 = {
        .config = {
            .address_width = HOSAL_I2C_ADDRESS_WIDTH_7BIT, // 7位I2C地址模式
            .freq = 50000,                                 // 50kHz I2C速率
            .mode = HOSAL_I2C_MODE_MASTER,                 // 主模式
            .scl = 12,                                     // SCL连接到GPIO 12
            .sda = 3,                                      // SDA连接到GPIO 3
        },
        .port = 0, // I2C端口号
    };

    hosal_i2c_init(&i2c0); // 初始化I2C

    ina266_init(&i2c0); // 初始化INA266传感器并设置校准值

    for (;;)
    {
        // 读取电流数据
        float current = ina266_read_current(&i2c0);
        blog_info("Current: %.3f A\r\n", current);

        // 读取电压数据
        float voltage = ina266_read_voltage(&i2c0);
        blog_info("Voltage: %.3f V\r\n", voltage);

        vTaskDelay(portTICK_RATE_MS * 500); // 延时1秒，进入下一次测量
    }

    return 0;
}

实验现象：

那么根据实际情况，加上对UT89XD的测量，电压的误差大概在0.1v电流的误差大概在0.06MA。

库文件 

main.c

#include <stdio.h>
#include <FreeRTOS.h>
#include <task.h>
#include <hosal_i2c.h>
#include <bl_gpio.h>
#include <blog.h>
#include "ina226.h"

// 主函数
int main(void)
{
    // I2C 设备配置
    static hosal_i2c_dev_t i2c0 = {
        .config = {
            .address_width = HOSAL_I2C_ADDRESS_WIDTH_7BIT, // 7位I2C地址模式
            .freq = 50000,                                 // 50kHz I2C速率
            .mode = HOSAL_I2C_MODE_MASTER,                 // 主模式
            .scl = 12,                                     // SCL连接到GPIO 12
            .sda = 3,                                      // SDA连接到GPIO 3
        },
        .port = 0, // I2C端口号
    };

    hosal_i2c_init(&i2c0); // 初始化I2C

    ina266_init(&i2c0); // 初始化INA266传感器并设置校准值

    for (;;)
    {
        // 读取电流数据
        float current = ina266_read_current(&i2c0);
        blog_info("Current: %.3f A\r\n", current);

        // 读取电压数据
        float voltage = ina266_read_voltage(&i2c0);
        blog_info("Voltage: %.3f V\r\n", voltage);

        vTaskDelay(portTICK_RATE_MS * 500); // 延时1秒，进入下一次测量
    }

    return 0;
}

ina226.c

#include "ina226.h"

// 设置INA266校准寄存器

void ina266_set_calibration(hosal_i2c_dev_t *i2c, uint16_t calibration_value)

{

    uint8_t data[3];

    // 将校准值写入校准寄存器

    data[0] = INA266_REG_CALIBRATION;          // 校准寄存器地址

    data[1] = (calibration_value >> 8) & 0xFF; // 高字节

    data[2] = calibration_value & 0xFF;        // 低字节

    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);

}

// 初始化INA266传感器并设置校准值

void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c)

{

    uint16_t calibration_value = 335;

    ina266_set_calibration(i2c, calibration_value);

}

// 读取INA266电流

float ina266_read_current(hosal_i2c_dev_t *i2c)

{

    uint8_t reg_addr = INA266_REG_CURRENT;

    uint8_t data[2];

    int16_t raw_current;

    // 读取电流寄存器的数据

    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, &reg_addr, sizeof(reg_addr), 100);

    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);

    // 将读取到的数据转换为电流值

    raw_current = (data[0] << 8) | data[1];

    // 使用新的LSB值 0.0001A 来计算电流

    float current = raw_current * 0.000152; // 每个LSB 0.0001A

    return current;

}

// 读取INA266电压

float ina266_read_voltage(hosal_i2c_dev_t *i2c)

{

    uint8_t reg_addr = INA266_REG_BUS_VOLTAGE;

    uint8_t data[2];

    int16_t raw_voltage;

    // 读取电压寄存器的数据

    hosal_i2c_master_send(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, &reg_addr, sizeof(reg_addr), 100);

    hosal_i2c_master_recv(i2c, INA266_DEFAULT_ADDR, data, sizeof(data), 100);

    // 将读取到的数据转换为电压值

    raw_voltage = (data[0] << 8) | data[1];

    // INA266的电压值计算公式，假设每个Lsb对应1.25mV，具体数值参考数据手册

    float voltage = raw_voltage * 0.00125; // 1.25mV per LSB

    return voltage;

}

ina226.h

#include <hosal_i2c.h>
#include <bl_gpio.h>

#define INA266_DEFAULT_ADDR 0x40 // INA266 I2C地址

#define INA266_REG_CURRENT 0x04     // INA266电流寄存器地址
#define INA266_REG_CALIBRATION 0x05 // INA266校准寄存器地址
#define INA266_REG_BUS_VOLTAGE 0x02 // INA266总线电压寄存器地址

// 初始化INA266传感器并设置校准值
void ina266_init(hosal_i2c_dev_t *i2c);
// 初始化INA266传感器并设置校准值
void ina266_set_calibration(hosal_i2c_dev_t *i2c, uint16_t calibration_value);

// 读取INA266电流
float ina266_read_current(hosal_i2c_dev_t *i2c);

// 读取INA266电压
float ina266_read_voltage(hosal_i2c_dev_t *i2c);