INA219 giao tiếp STM32, Đo Dòng điện + Điện áp + Công suất + Relay

INA219 giao tiếp STM32 là dùng Cảm biến dòng INA219 có thể được thực hiện độ chính xác +- 1% ở -40 độ , ở nhiệt độ 85 độ độ lệch tối đa 100 uV. Các cảm biến có độ chính xác cao kết hợp các ưu điểm của độ phân giải 12 bit.  Cảm biến dòng điện điện áp DC INA219 (DC Voltage Current Sensor) được sử dụng để đo dòng điện và điện áp DC của các thiết bị sử dụng công suất nhỏ với độ chính xác cao sai số chỉ 1%, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, khả năng đo tối đa của cảm biến là 26VDC / 3.2A, thích hợp với các ứng dụng đo điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng điện áp DC.

1. Linh kiện cần thiết làm mạch đọc cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp STM32

1.1 Vi điều khiển STM trong mạch đọc cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

STM32 là một trong những dòng chip phổ biến của ST với nhiều họ thông dụng như F0,F1,F2,F3,F4….. Stm32f103 thuộc họ F1 với lõi là ARM COTEX M3. STM32F103 là vi điều khiển 32 bit, tốc độ tối đa là 72Mhz. Giá thành cũng khá rẻ so với các loại vi điều khiển có chức năng tương tự. Mạch nạp cũng như công cụ lập trình khá đa dạng và dễ sử dụng.

Một số ứng dụng chính: dùng cho driver để điều khiển ứng dụng, điều khiển ứng dụng thông thường, thiết bị cầm tay và thuốc, máy tính và thiết bị ngoại vi chơi game, GPS cơ bản, các ứng dụng trong công nghiệp, thiết bị lập trình PLC, biến tần, máy in, máy quét, hệ thống cảnh báo, thiết bị liên lạc nội bộ… Phần mềm lập trình: có khá nhiều trình biên dịch cho STM32 như IAR Embedded Workbench, Keil C… Ở đây mình sử dụng Keil C nên các bài viết sau mình chỉ đề cập đến Keil C.

Thông tin khác

Vi xử lý có rất nhiều loại bắt đầu từ 4 bit cho đến 32 bit, vi xử lý 4 bit hiện nay không còn nhưng vi xử lý 8 bit vẫn còn mặc dù đã có vi xử lý 64 bit. Lý do sự tồn tại của vi xử lý 8 bit là phù hợp với một số yêu cầu điều khiển trong công nghiệp. Các vi xử lý 32 bit, 64 bit thường sử dụng cho các máy tính vì khối lượng dữ liệu của máy tính rất lớn nên cần các vi xử lý càng mạnh càng tốt. Các hệ thống điều khiển trong công nghiệp sử dụng các vi xử lý 8 bit hay 16 bit như hệ thống điện của xe hơi, hệ thống điều hòa, hệ thống điều khiển các dây chuyền sản xuất, …

b. Sơ lược về STM32:

• 1 cổng Mini USB dùng để cấp nguồn, nạp cũng như debug.
• 2 MCU bao gồm 1 MCU nạp và 1 MCU dùng để lập trình.
• Có chân Output riêng cho các chân mạch nạp trên MCU1.
• Có chân Output đầy đủ cho các chân MCU2.
• Chân cấp nguồn ngoài riêng cho MCU2 nếu không sử dụng nguồn từ USB.
• Thạch anh 32,768khz dùng cho RTC và Backup.
• Chân nạp dùng cho chế độ nạp boot loader.
• Nút Reset ngoài và 1 led hiển thị trên chân PB9, 1 led báo nguồn cho MCU2.

1.2 Cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp STM32

Cảm biến dòng INA219 có thể được thực hiện độ chính xác +- 1% ở -40 độ , ở nhiệt độ 85 độ độ lệch tối đa 100 uV. Các cảm biến có độ chính xác cao kết hợp các ưu điểm của độ phân giải 12 bit. 

Cảm biến dòng điện điện áp DC INA219 (DC Voltage Current Sensor) được sử dụng để đo dòng điện và điện áp DC của các thiết bị sử dụng công suất nhỏ với độ chính xác cao sai số chỉ 1%, cảm biến sử dụng giao tiếp I2C rất dễ kết nối và lập trình với Vi điều khiển, khả năng đo tối đa của cảm biến là 26VDC / 3.2A, thích hợp với các ứng dụng đo điện áp, dòng điện, công suất tiêu thụ của các thiết bị sử dụng điện áp DC. Cảm biến dòng INA219 tích hợp theo dõi dòng điện hai chiều, với độ chính xác cao nhất và kích thước nhỏ.Không chỉ theo dõi sự sụt giảm điện áp trên mà còn theo dõi điện áp cung cấp điện và tính toán nguồn cung cấp điện trở shunt.  

b. Thông số kỹ thuật

• Độ chính xác cao của sản phẩm kết hợp với độ phân giải 12 bit.
• Điện áp sử dụng : 3~5.5VDC
• Giao tiếp I2C
• Kích thước : 25.5×22.3m
• Giao tiếp :  I2C 
• Khoảng điện áp DC đo được: 0~26VDC
• Khoảng dòng điện DC đo được: 0~3.2A
• Khoảng công suất DC đo được: 0~83.2W

c. Cách sử dụng cảm biến INA219 giao tiếp Arduino

1.3 Relay kích đèn 220v cho mạch cảm biến INA219 giao tiếp STM32

a. Giới thiệu

Rơ le (relay) là một công tắc chuyển đổi, dùng để đóng cắt mạch điều khiển, nó hoạt động bằng điện. Nó là một công tắc vì có 2 trạng thái ON và OFF.  Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không.

b. Thông số kỹ thuật

• Điện áp điều khiển: 5V
• Dòng điện cực đại: 10A
• Thời gian tác động: 10ms
• Thời gian nhả hãm: 5ms
• Nhiệt độ hoạt động: -45^oC ~ 75^oC

2. Hướng dẫn đồ án cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp STM32

Phần này chưa được chia sẻ.

LIÊN HỆ thông tin ở TẠI ĐÂY để được hổ trợ tốt hơn.

Phần cứng

Phần mềm

Thư viện INA219.h tải tại đây: https://github.com/adafruit/Adafruit_INA219

#include <Wire.h>
#include <INA219.h>

INA219 ina219;

#if defined(ARDUINO_ARCH_SAMD)
// for Zero, output on USB Serial console, remove line below if using programming port to program the Zero!
   #define Serial SerialUSB
#endif

void setup(void) 
{
  #ifndef ESP8266
    while (!Serial);     // will pause Zero, Leonardo, etc until serial console opens
  #endif
  uint32_t currentFrequency;
    
  Serial.begin(115200);
  Serial.println("14CORE | Get Current Test ");
  
  // Initialize the INA219.
  // By default the initialization will use the largest range (32V, 2A).  However
  // you can call a setCalibration function to change this range (see comments).
  ina219.begin();
  // To use a slightly lower 32V, 1A range (higher precision on amps):
  //ina219.setCalibration_32V_1A();
  // Or to use a lower 16V, 400mA range (higher precision on volts and amps):
  //ina219.setCalibration_16V_400mA();

  Serial.println("Measuring voltage and current with INA219 ...");
}

void loop(void) 
{
  float shuntvoltage = 0;
  float busvoltage = 0;
  float current_mA = 0;
  float loadvoltage = 0;

  shuntvoltage = ina219.getShuntVoltage_mV();
  busvoltage = ina219.getBusVoltage_V();
  current_mA = ina219.getCurrent_mA();
  loadvoltage = busvoltage + (shuntvoltage / 1000);
  
  Serial.print("Bus Voltage:   "); Serial.print(busvoltage); Serial.println(" V");
  Serial.print("Shunt Voltage: "); Serial.print(shuntvoltage); Serial.println(" mV");
  Serial.print("Load Voltage:  "); Serial.print(loadvoltage); Serial.println(" V");
  Serial.print("Current:       "); Serial.print(current_mA); Serial.println(" mA");
  Serial.println("");

  delay(2000);
}

3. Hoạt động của mạch đọc cảm biến đo dòng INA219

Khi cấp điện hệ thống hoạt động, vi điều khiển hiển thị thông tin ban đầu. Lúc này vi điều khiển chờ tín hiệu từ cảm biến INA219 trả về giá trị điện áp theo ADC đọc được, Khi nhận tín hiệu vi điều khiển tính toán, xử lý dữ liệu và xuất tín hiệu ra màn hình LCD1602 hiển thị thông tin có người hoặc không có người theo yêu cầu của người lập trình.

4. Cụ thể hoạt động của mạch đọc cảm biến đo dòng INA219 giao tiếp STM32:

Chúc các bạn thành công…!!!