基于STM32的INA226电压电流检测仪

系统总体框图

功率检测装置原理图功能及模块连接说明

一、系统功能概述

该装置以STM32F103C8T6微控制器为核心，集成功率检测、数据交互、状态显示和用户提示功能，通过模块化设计实现稳定运行。

二、各模块功能及连接方式

1. 按键模块

功能：用户交互控制（启动/停止设备）。

连接方式：

按键SW1一端接地（GND），另一端通过电阻R5连接至微控制器GPIO引脚PA0。

按键按下时触发PA0电平变化，触发中断或状态读取。

1. LED指示灯模块

功能：显示设备状态（如运行、告警）。

连接方式：

LED1（R6）和LED2（R7）分别连接至微控制器GPIO引脚PB0和PB1。

GPIO输出高电平时LED点亮，低电平时熄灭。

1. 微控制器（STM32F103C8T6）

功能：系统控制核心，处理数据、控制外设、驱动显示。

连接方式：

通信接口：

USART1_TX/RX引脚连接调试接口（J4），支持程序烧录和调试。

I2C接口（SCL/SDA）连接OLED屏幕。

控制引脚：

GPIO引脚控制LED、蜂鸣器、按键等外设。

1. OLED屏幕模块

功能：显示功率检测结果及系统信息。

连接方式：

I2C接口（SCL/SDA）与微控制器相连。

电源由3.3V降压电路供电，接地至GND。

1. INA226电压电流检测模块

功能：检测电压电流以及功率。

连接方式：

I2C接口（SCL/SDA）与微控制器相连。

电源由3.3V降压电路供电，接地至GND。

1. 复位电路模块

功能：强制复位微控制器。

连接方式：

复位按钮SW5通过电阻R11连接至NRST引脚，电容C1用于滤波。

1. 晶振电路模块

功能：提供稳定时钟信号（8MHz主频）。

连接方式：

晶振X1连接至OSC_IN/OSC_OUT引脚，电容C5/C6接地。

1. 蜂鸣器驱动模块

功能：声音提示（如异常报警）。

连接方式：

蜂鸣器BUZZER2通过三极管Q3和电阻R79/R80连接至微控制器GPIO（BUZZER_PIN）。

GPIO高电平时三极管导通，蜂鸣器发声。

1. 输入输出接口模块

功能：输入接口用于采集电压电流参数，输出接口接后级用电设备。

连接方式：

通过J2/J3连接器提供VIN+/VIN-/GND等接口。

调试接口模块

功能：程序烧录与调试（SWD或UART）。

连接方式：

J4接口提供USART1_TX/RX/GND信号。

1. 3.3V降压电路模块

功能：将5V转换为3.3V，为系统供电。

连接方式：

LDO稳压器MEB211输入5V，输出3.3V，电容C3/C4滤波。

三、系统运行逻辑

微控制器通过按键检测用户输入，启动功率检测。

检测数据通过输入接口采集，处理后通过OLED显示。

异常情况触发蜂鸣器报警，LED状态指示同步反馈。

3.3V降压电路为所有模块提供稳定电源，晶振电路确保时序精度。
 

/**
 * @file INA226.c
 * @brief INA226电流/功率监测芯片的驱动程序
 * 使用硬件I2C2接口与INA226通信
 */

#include "ina226.h"
#include "i2c.h"

/**
 * @brief INA226 I2C初始化
 * @note 使用Core/Src/i2c.c中已初始化的hi2c1，无需重复初始化
 */
void INA226_IIC_Init(void)
{
    // 使用项目中已初始化的hi2c1
}

/**
 * @brief 初始化INA226芯片
 * 配置芯片工作模式和校准值
 */
void INA226_Init(void)
{
    INA226_IIC_Init();
    HAL_Delay(10); // 等待芯片上电稳定

    // 配置寄存器: 64次平均值，全功能，连续模式
    INA226_SendData(WRITE_ADDR, Config_Reg, 0x4727);
    // 校准寄存器: 当单位为mA时，0.002R=0xA00;0.01R=0x200 (最大8A)
    INA226_SendData(WRITE_ADDR, Calib_Reg, 0x200);
}

/**
 * @brief 向INA226写入数据
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @param reg 寄存器地址
 * @param data 要写入的16位数据
 */
void INA226_SendData(uint8_t addr, uint8_t reg, uint16_t data)
{
    uint8_t buf[2] = {(uint8_t)(data >> 8), (uint8_t)(data & 0xFF)};
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1, addr, reg, I2C_MEMADD_SIZE_8BIT, buf, 2, HAL_MAX_DELAY);
}

/**
 * @brief 设置INA226的寄存器指针
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @param reg 要设置的寄存器地址
 */
void INA226_SetRegPointer(uint8_t addr, uint8_t reg)
{
    HAL_I2C_Master_Transmit(&hi2c1, addr, &reg, 1, HAL_MAX_DELAY);
}

/**
 * @brief 从INA226读取数据
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 读取到的16位数据
 */
uint16_t INA226_ReadData(uint8_t addr)
{
    uint8_t buf[2];
    HAL_I2C_Master_Receive(&hi2c1, addr | 0x01, buf, 2, HAL_MAX_DELAY);
    return (buf[0] << 8) | buf[1];
}

/**
 * @brief 获取分流电流值
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 分流电流值(原始数据)
 */
uint16_t INA226_GetShuntCurrent(uint8_t addr)
{
    uint16_t temp = 0;
    INA226_SetRegPointer(addr, Current_Reg);
    temp = INA226_ReadData(addr);
    return temp;
}

/**
 * @brief 获取器件ID
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 器件ID(应为0x2260)
 */
uint16_t INA226_Get_ID(uint8_t addr)
{
    uint16_t temp = 0;
    INA226_SetRegPointer(addr, ID_Reg);
    temp = INA226_ReadData(addr);
    return temp;
}

/**
 * @brief 获取校准寄存器值
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 校准寄存器当前值
 */
uint16_t INA226_GET_CAL_REG(uint8_t addr)
{
    uint16_t temp = 0;
    INA226_SetRegPointer(addr, Calib_Reg);
    temp = INA226_ReadData(addr);
    return temp;
}

/**
 * @brief 获取总线电压值
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 总线电压值(1.25mV/bit)
 */
uint16_t INA226_GetVoltage(uint8_t addr)
{
    uint16_t temp = 0;
    INA226_SetRegPointer(addr, Bus_V_Reg);
    temp = INA226_ReadData(addr);
    return temp;
}

/**
 * @brief 获取分流电压值
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 分流电压值(2.5uV/bit)，已处理负数情况
 */
uint16_t INA226_GetShuntVoltage(uint8_t addr)
{
    uint16_t temp = 0;
    INA226_SetRegPointer(addr, Shunt_V_Reg);
    temp = INA226_ReadData(addr);
    if (temp & 0x8000) // 处理负数情况
        temp = ~(temp - 1);
    return temp;
}

/**
 * @brief 获取功率值
 * @param addr 器件地址(7位)
 * @return 功率值(2.5mW/bit)
 */
uint16_t INA226_Get_Power(uint8_t addr)
{
    uint16_t temp = 0;
    INA226_SetRegPointer(addr, Power_Reg);
    temp = INA226_ReadData(addr);
    return temp;
}

#include "ocv.h"
#include "ina226.h"

INA226 CC, OCV; // 定义CC(充电电流)和OCV(开路电压)监测结构体

/**
 * @brief INA226应用示例
 * 使用步骤：
 * 1. 调用INA226_Init()初始化INA226芯片
 * 2. 定期调用Get_Vol()、Get_Cur()、Get_Pow()获取测量值
 * 3. 从CC结构体读取测量结果
 */

extern INA226 CC, OCV;
uint8_t CC_MODE[] = "CC MODE";
uint8_t Vol[] = "Voltage:";
uint8_t Cur[] = "Current:";
uint8_t Power[] = "Power:";

/**
 * @brief 测试USB CC模式函数
 *
 * 在OLED屏幕上显示电压、电流和功率值。
 *
 * @return 无返回值
 */
void USB_CC_TESTER(void)
{
	OLED_Printf(0, 0, OLED_8X16, "电压电流功率仪");
	OLED_ShowString(0, 16, (char *)Vol, OLED_8X16);
	OLED_ShowString(0, 32, (char *)Cur, OLED_8X16);
	OLED_ShowString(0, 48, (char *)Power, OLED_8X16);
	OLED_Update();
}

/**
 * @brief 显示电压电流功率仪信息
 *
 * 在OLED显示屏上显示电压、电流和功率信息，并通过串口输出相同的信息。
 *
 * @return 无
 */
void Show_CC(void)
{
	OLED_Clear();
	OLED_Printf(0, 0, OLED_8X16, "电压电流功率仪");
	OLED_Printf(0, 16, OLED_8X16, "Voltage:%.2f", ((float)CC.voltage_V + ((float)CC.voltage_mV / 100)) * 500);
	OLED_Printf(0, 32, OLED_8X16, "Current:%.2f", (float)CC.current_A + ((float)CC.current_mA / 1000));
	OLED_Printf(0, 48, OLED_8X16, "Power:%.2f", ((float)CC.power_W + ((float)CC.power_mW / 100)) * 500);
	OLED_Update();
	Serial_Printf_huart2("Voltage:%.2f,Current:%.2f,Power:%.2f\r\n", ((float)CC.voltage_V + ((float)CC.voltage_mV / 100)) * 500, (float)CC.current_A + ((float)CC.current_mA / 1000), ((float)CC.power_W + ((float)CC.power_mW / 100)) * 500);
}

/* 示例1: 完整测量流程 */
void Example_MeasureAll(void)
{
	// 1. 初始化INA226
	INA226_Init();

	// 2. 进行测量
	Get_Vol(); // 获取电压
	Get_Cur(); // 获取电流
	Get_Pow(); // 获取功率

	// 3. 使用测量结果
	// CC.voltage_V  - 电压整数部分(V)
	// CC.voltage_mV - 电压小数部分(mV)
	// CC.current_A  - 电流整数部分(A)
	// CC.current_mA - 电流小数部分(mA)
	// CC.power_W    - 功率整数部分(W)
	// CC.power_mW   - 功率小数部分(mW)
}

/* 示例2: 仅电压测量 */
float Example_GetVoltage(void)
{
	Get_Vol();
	return CC.voltage_V + (CC.voltage_mV / 1000.0f);
}

/* 示例3: 电流方向检测 */
uint8_t Example_IsCharging(void)
{
	Get_Cur();
	return (CC.current_signed == 1); // 1表示充电，0表示放电
}

/**
 * @brief 获取电压测量值
 * 将原始数据转换为实际电压值(V)
 */
void Get_Vol(void)
{
	uint16_t Vol;
	Vol = INA226_GetVoltage(WRITE_ADDR) / 8; // 1.25mV/bit -> V
	CC.voltage_V = Vol / 100;				 // 整数部分(V)
	CC.voltage_mV = Vol % 100;				 // 小数部分(mV)
}

/**
 * @brief 获取电流测量值
 * 自动检测电流方向(充电/放电)
 */
void Get_Cur(void)
{
	uint16_t Cur;
	Cur = INA226_GetShuntCurrent(WRITE_ADDR);
	CC.current_signed = 1; // 默认充电状态
	if (Cur & 0x8000)	   // 检测电流方向
	{
		Cur = ~(Cur - 1);	   // 处理负电流值
		CC.current_signed = 0; // 设置为放电状态
	}
	CC.current_A = Cur / 1000;	// 整数部分(A)
	CC.current_mA = Cur % 1000; // 小数部分(mA)
}

/**
 * @brief 获取功率测量值
 * 将原始数据转换为实际功率值(W)
 */
void Get_Pow(void)
{
	uint16_t Pow;
	Pow = (INA226_Get_Power(WRITE_ADDR) * 5) / 2; // 2.5mW/bit -> W
	CC.power_W = Pow / 100;						  // 整数部分(W)
	CC.power_mW = Pow % 100;					  // 小数部分(mW)
}

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