Подключение датчика напряжения и тока INA3221 к Arduino

Сегодня расскажу о трехканальном цифровом измерителе тока и напряжения на основе микросхемы INA3221. Диапазон измеряемого напряжения находится в диапазоне 0 — 26 Вольт, а максимальный измеряемый ток составляет около 1,6 Ампера, на канал. Ограничениями измеряемого тока является так называемых шунтов, которые представляют собой три резистора с маркировкой R100 на модуле. Эти резисторы имеют значение 0,1 Ом, и если необходимо увеличить измеряемый ток, необходимо уменьшить сопротивление.

Технические параметры

► Тип интерфейса: I2C;
► АЦП: 12-разрядный;
► Максимум измерений тока: ±1,638 А;
► Максимум измерений напряжения: 26 Вольт;
► Разрешающая способность 0,4 мА;
► Сопротивление шунтов: 0,1 Ом;
► Напряжение питания: от 2,7 до 5,5 Вольт;
► Габариты: 38х 32 х 3 мм;
► Вес: 10 грам.

Описание модуля INA3221

Основная и единственная микросхема модуля, это INA3221 производства «Texas Instruments», которая является трехканальном измерителем напряжения и тока. Так же, для оповещения, о проблемах или о превышении заданных параметров, выведено несколько программируемых выводов. Связь с микроконтроллером осуществляется с помощью интерфейса I2C, подтягивающие резисторы уже установлены на плате.

На модуле очень много разъемов, назначение каждого можно посмотреть ниже.

Назначение контактов №1 (маленькие контакты):
► VS — питание модуля 2,7 до 5,5 вольт;
► GND — питание модуля, земля;
► SCL — последовательные данные шины I2C (serial data);
► SDA — последовательное тактирование шины данных I2C (serial clock);
► PV — цифровой выход сигнала превышения напряжения, программируется, если вышел за указанные пределы, установится в единицу;
► CRI — цифровой выход о критической ситуации, такие ошибки как переполюсовка или короткой замыкание, установится в единицу;
► WAR — предупреждение об ошибке измерения;
► ТС — контроль таймингов, цифровой. Меняет свое состояние если пробит один из шунтов, установится в единицу.

Назначение контактов №2 (большие контакты):
► CH1, CH2, CH3 — вывод, для подключения нагрузки.
► VPU — вывод мониторинга допустимой мощности. Подтянут к контакту PV через резистор 10 кОм;
► POW — плюс питания. Сюда следует подключать, так сказать, транзитное питание которое хотите контролировать. На выходах СН1, СН1 и СН3 выводится плюс именно с этого входа через шунт. Максимально допустимое напряжение этого канала составляет 26 вольт.
► GND (большой, рядом с POV и VPU) — минус от источника, плюс которого подается на POW.

Так же, на модуле есть 5 светодиодов, назначение каждого, можно посмотреть ниже

Назначение светодиодов:
► LED1 — индикатор наличия питания;
► LED2 — указывает на то что питание находится в запрограммированном диапазоне.
► LED3 — указатель критической проблемы такой как неверная полярность или короткое замыкание;
► LED4 — ошибка измерения;
► LED5 — обрыв линии питания одного из трех выводов;

На модуле можно установить четыре адреса, для этого необходимо установить перемычку на группе контактов A0 (только одну), что дает возможность подключить к одному микроконтроллеру сразу четыре датчика INA3221

Назначение перемычек:
► GND — 0x40;
► SCL — 0x41;
► SDA — 0x42;
► VS — 0x43.

Подключение датчика INA3221 к Arduino

В примере покажу схему подключения датчика тока и напряжения INA3221 к плате Arduino UNO и напишем небольшую программу, в которой считаем показания с датчика. В примере буду использовать внешний источник питания, на 5 Вольт, а в качестве нагрузке подключим два резистора к каналу CH1 и CH2, а канал CH3 ставим пустым. Все показания выведем на последовательной порт.

Необходимые компоненты.
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Датчика напряжения и тока INA3221 x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт

Подключение.
Для подключения модуля INA3221 к плате Arduino необходимо задействовать в общей сложности 4 провода. Подключаем контакты VS и GND с INA3221 к контактам 5 В и GND на Arduino UNO, а контакты SCL и SDA с INA3221 к контактам A5 и A4 на Arduino UNO. Затем внешний источник питания, подключаем к контактам POW и GND и нагрузку на отдельные каналы, CH и GND (CH1, CH2, CH3).

Установка библиотеки.
Для работы, будем использовать библиотеку «INA3221«, скачать ее можно с github или в конце статьи.

Программа
Открываем среду разработки Arduino IDE и загружаем первую программу в Arduino UNO.

#include <INA3221.h>

#define PRINT_DEC_POINTS 3       

INA3221 ina3221(INA3221_ADDR40_GND);

void setup() 
{
    Serial.begin(115200);

    ina3221.begin();
    ina3221.reset();

    // Set shunt resistors to 10 mOhm for all channels
    ina3221.setShuntRes(100, 100, 100);

    // Set series filter resistors to 10 Ohm for all channels.
    // Series filter resistors introduce error to the current measurement.
    // The error can be estimated and depends on the resitor values and the bus
    // voltage.
    ina3221.setFilterRes(10, 10, 10);
}

void loop() {
    float current[3];
    float current_compensated[3];
    float voltage[3];

    current[0]             = ina3221.getCurrent(INA3221_CH1);
    current_compensated[0] = ina3221.getCurrentCompensated(INA3221_CH1);
    voltage[0]             = ina3221.getVoltage(INA3221_CH1);

    current[1]             = ina3221.getCurrent(INA3221_CH2);
    current_compensated[1] = ina3221.getCurrentCompensated(INA3221_CH2);
    voltage[1]             = ina3221.getVoltage(INA3221_CH2);

    current[2]             = ina3221.getCurrent(INA3221_CH3);
    current_compensated[2] = ina3221.getCurrentCompensated(INA3221_CH3);
    voltage[2]             = ina3221.getVoltage(INA3221_CH3);

    Serial.print("Channel 1: \n Current: ");
    Serial.print(current[0], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.print("A\n Compensated current: ");
    Serial.print(current_compensated[0], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.print("\n Voltage: ");
    Serial.print(voltage[0], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.println("V");

    Serial.print("Channel 2: \n Current: ");
    Serial.print(current[1], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.print("A\n Compensated current: ");
    Serial.print(current_compensated[1], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.print("\n Voltage: ");
    Serial.print(voltage[1], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.println("V");

    Serial.print("Channel 3: \n Current: ");
    Serial.print(current[2], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.print("A\n Compensated current: ");
    Serial.print(current_compensated[2], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.print("\n Voltage: ");
    Serial.print(voltage[2], PRINT_DEC_POINTS);
    Serial.println("V\n");

    delay(1000);
}

#include <INA3221.h>

#define PRINT_DEC_POINTS 3

INA3221 ina3221(INA3221_ADDR40_GND);

void setup()

{

Serial.begin(115200);

ina3221.begin();

ina3221.reset();

// Set shunt resistors to 10 mOhm for all channels

ina3221.setShuntRes(100, 100, 100);

// Set series filter resistors to 10 Ohm for all channels.

// Series filter resistors introduce error to the current measurement.

// The error can be estimated and depends on the resitor values and the bus

// voltage.

ina3221.setFilterRes(10, 10, 10);

}

void loop() {

float current[3];

float current_compensated[3];

float voltage[3];

current[0] = ina3221.getCurrent(INA3221_CH1);

current_compensated[0] = ina3221.getCurrentCompensated(INA3221_CH1);

voltage[0] = ina3221.getVoltage(INA3221_CH1);

current[1] = ina3221.getCurrent(INA3221_CH2);

current_compensated[1] = ina3221.getCurrentCompensated(INA3221_CH2);

voltage[1] = ina3221.getVoltage(INA3221_CH2);

current[2] = ina3221.getCurrent(INA3221_CH3);

current_compensated[2] = ina3221.getCurrentCompensated(INA3221_CH3);

voltage[2] = ina3221.getVoltage(INA3221_CH3);

Serial.print("Channel 1: \n Current: ");

Serial.print(current[0], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.print("A\n Compensated current: ");

Serial.print(current_compensated[0], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.print("\n Voltage: ");

Serial.print(voltage[0], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.println("V");

Serial.print("Channel 2: \n Current: ");

Serial.print(current[1], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.print("A\n Compensated current: ");

Serial.print(current_compensated[1], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.print("\n Voltage: ");

Serial.print(voltage[1], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.println("V");

Serial.print("Channel 3: \n Current: ");

Serial.print(current[2], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.print("A\n Compensated current: ");

Serial.print(current_compensated[2], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.print("\n Voltage: ");

Serial.print(voltage[2], PRINT_DEC_POINTS);

Serial.println("V\n");

delay(1000);

}

Получение данных с INA3221.

Перед тем как подключать нагрузку, необходимо подать с источника питания напряжение на контакты POW и GND, в моем случаи 12 Вольт. В качестве нагрузки, установлено дв резистора на 1.5 кОм.