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INA226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：
1. 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。
  

2. 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。
  

3. 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

如果我们想使用这个模块的话，我们需要正确的接线， 比如我现在想测量通过三个LED灯的电流，我们需要将这三个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。

如果我们想测量电压的话，只需要将VBS接入待测电压的+极即可。

本章节我们使用的MCU是采用了博流602芯片的Ai-wb2-12f

接线图如下

INA 226        WB2           LED灯（用于测电流）
SCL                SCL
SDA               SDA
VCC               3.3V
GND              GND
                      3.3              LED+
IN+                                   LED-
IN-                GND
VBUS                                LED+
ALE

移植过程

根据INA226数据手册，我们得知，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。

这里的这个公式的意思就是说， 我们可以用过下面的公式计算出来校准寄存器里应该写入的数值。

比如说我们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：

那么根据我的实际和UT89XD测量，电压的误差大概在0.1v 电流的误差大概在0.06MA

我们将上述的代码抽取成库文件的方式

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);

代码如下

demo_ina226.zip

总结

Ina226 是一款不错的电压电流测量的芯片， 我们可以用它来测量电压和电流灯。 虽然它的电流测量精度智能到ma，但是在一些要求不高的场景下还是可以胜任它的工作。 我们可以用它来做一些小的应用，比如说DIY出来一个USB的电流电压表用来测量USB输出的功率等