【嵌入式外设】电压电流反馈采集（INA226）_电路方案

一、前言

INA226 是由 德州仪器（TI） 推出的一款 高精度电流检测放大器，专为测量电压、电流和功率设计。它通过 I²C 接口 与主控设备（如单片机、树莓派等）通信，广泛应用于电源管理、电池监控、工业自动化等领域。以下是其核心信息的详细介绍：

二、模块介绍

1. 核心特性

高精度测量：
- 支持 电流、电压、功率 的同步测量，精度高达 ±0.1strong> （典型值）。
- 内置 12 位 ADC，分辨率可达 1.25mV（电压）和 1.25mA（电流）。
宽电压范围：
- 供电电压范围：1.4V ~ 5.5V，兼容多种电源系统。
- 电流检测范围：±3.2A ~ ±16A（通过外部分流电阻调节）。
低功耗设计：
- 待机电流低于 1μA，适合电池供电设备。
I²C 接口：
- 支持 标准模式（100kHz）和快速模式（400kHz） ，便于与微控制器连接。
多功能寄存器配置：
- 可编程设置量程、采样率、报警阈值等参数。

2. 技术参数

参数	规格
供电电压	1.4V ~ 5.5V
电流检测范围	±3.2A ~ ±16A（需外接分流电阻）
电压测量范围	0V ~ 36V（取决于分流电阻和增益）
分辨率	12 位 ADC
I²C 通信速率	100kHz / 400kHz
工作温度范围	-40°C ~ +125°C
封装类型	16 引脚 TSSOP、16 引脚 QFN

3. 工作原理

INA226 通过 分流电阻（Shunt Resistor） 测量电流。其核心原理如下：

电流检测：
- 电流流过分流电阻时，产生与电流成正比的电压降（𝑉=𝐼×𝑅V=I×R）。
- INA226 的差分放大器将此电压放大并转换为数字信号。
电压测量：
- 直接测量电源或负载的电压（无需分流电阻）。
功率计算：
- 通过电流和电压的乘积（𝑃=𝑉×𝐼P=V×I）计算功率。

4. 使用方法

1. 硬件连接：

- 将分流电阻串联在电源与负载之间。
- 连接 INA226 的 VCC、GND、SCL、SDA 引脚至主控设备。

2. 软件配置：

- 通过 I²C 协议读取寄存器值（如 CURRENT_REG、VOLTAGE_REG）。
- 根据公式计算实际电流（𝐼=(𝑉𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡×𝐺𝑎𝑖𝑛)/𝑅𝑠ℎ𝑢𝑛𝑡I=(Vshunt×Gain)/Rshunt）。

3. 校准：

- 使用 CALIBRATION_REG 设置增益和校准系数以提高精度。

三、资料获取

关注微信公众号--星之援工作室发送关键字（INA226）

代码含重要注释，开源，可自行移植

四、代码编写

接线- SCL-PB6 SDA-PB7 VCC （3.3-5） GND

main.c

#include "led.h"
#include "delay.h"
#include "key.h"
#include "sys.h"
#include "usart.h" 
#include "myiic.h"
#include "INA226.h"
#include "shanwai.h"
	
u16 data1=0,data2=0;
u32 data = 0;
float data_float=0; 
int i=0;
u16 ads1115_data[100]={0};
 
int main(void)
{	 
 
	delay_init();	    	 //延时函数初始化	  
	NVIC_PriorityGroupConfig(NVIC_PriorityGroup_2); //设置NVIC中断分组2:2位抢占优先级，2位响应优先级
	uart_init(115200);	 //串口初始化为115200
 	LED_Init();			     //LED端口初始化
	KEY_Init();          //初始化与按键连接的硬件接口	
	IIC_Init();
	printf("INA226 Test!!!rn");	
	do
	{	
		printf("INA226 Initing!!!rn");
		delay_ms(200);
	}while(INA226_Read2Byte(ID_Reg)!=0x2260);
	INA226_Init();
	printf("INA226 Init OK!!!rn");
	
	while(1)
	{ 
		printf("Show data**************rn");
		printf("data=%-5d, Bus_V  =%f mVrn", INA226_Read2Byte(Bus_V_Reg),INA226_Read2Byte(Bus_V_Reg)*1.25);
		printf("data=%-5d, Shunt_V=%f mVrn", INA226_Read2Byte(Shunt_V_Reg),INA226_Read2Byte(Shunt_V_Reg)*2.5*0.001);
		printf("data=%-5d, Curent =%f mArn", INA226_Read2Byte(Current_Reg),INA226_Read2Byte(Current_Reg)*0.02);
		printf("data=%-5d, Power  =%f mWrn", INA226_Read2Byte(Power_Reg),INA226_Read2Byte(Power_Reg)*0.02*25);
		LED0 = !LED0; 
		delay_ms(500);
	}
}

iic.c

驱动模块需要使用到模拟 iic 通信

#include "myiic.h"
#include "delay.h"
 
//初始化IIC
void IIC_Init(void)
{					     
	GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
	RCC_APB2PeriphClockCmd(	RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE );	//使能GPIOB时钟
	   
	GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7;
	GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP ;   //推挽输出
	GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
	GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);
	GPIO_SetBits(GPIOB,GPIO_Pin_6|GPIO_Pin_7); 	//PB6,PB7 输出高
}
//产生IIC起始信号
void IIC_Start(void)
{
	SDA_OUT();     //sda线输出
	IIC_SDA=1;	  	  
	IIC_SCL=1;
	delay_us(4);
 	IIC_SDA=0;//START:when CLK is high,DATA change form high to low 
	delay_us(4);
	IIC_SCL=0;//钳住I2C总线，准备发送或接收数据 
}	  
//产生IIC停止信号
void IIC_Stop(void)
{
	SDA_OUT();//sda线输出
	IIC_SCL=0;
	IIC_SDA=0;//STOP:when CLK is high DATA change form low to high
 	delay_us(4);
	IIC_SCL=1; 
	delay_us(4);
	IIC_SDA=1;//发送I2C总线结束信号					   	
}
//等待应答信号到来
//返回值：1，接收应答失败
//        0，接收应答成功
u8 IIC_Wait_Ack(void)
{
	u8 ucErrTime=0;
	SDA_IN();      //SDA设置为输入  
	IIC_SDA=1;delay_us(2);	   
	IIC_SCL=1;delay_us(2);	 
	while(READ_SDA)
	{
		ucErrTime++;
		if(ucErrTime>250)
		{
			IIC_Stop();
			return 1;
		}
	}
	IIC_SCL=0;//时钟输出0 	   
	return 0;  
} 
//产生ACK应答
void IIC_Ack(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=0;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}
//不产生ACK应答		    
void IIC_NAck(void)
{
	IIC_SCL=0;
	SDA_OUT();
	IIC_SDA=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=1;
	delay_us(2);
	IIC_SCL=0;
}					 				     
//IIC发送一个字节
//返回从机有无应答
//1，有应答
//0，无应答			  
void IIC_Send_Byte(u8 txd)
{                        
    u8 t;   
	 SDA_OUT(); 	    
    IIC_SCL=0;//拉低时钟开始数据传输
    for(t=0;t<8;t++)
    {              
        //IIC_SDA=(txd&0x80)>>7;
		if((txd&0x80)>>7)
			IIC_SDA=1;
		else
			IIC_SDA=0;
		txd<<=1; 	  
		delay_us(1);   //对TEA5767这三个延时都是必须的
		IIC_SCL=1;
		delay_us(2); 
		IIC_SCL=0;	
		delay_us(2);
    }	 
} 	    
//读1个字节，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK   
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack)
{
	unsigned char i,receive=0;
	
//	SDA_OUT();
//	IIC_SDA=1;delay_us(2);	 //未加上拉电阻时  手动拉高数据线
	
	SDA_IN();//SDA设置为输入
 
  for(i=0;i<8;i++ )
	{
        IIC_SCL=0; 
        delay_us(2);
		    IIC_SCL=1;
        receive<<=1;
        if(READ_SDA)receive++;   
				delay_us(2); 
    }					 
    if (!ack)
        IIC_NAck();//发送nACK
    else
        IIC_Ack(); //发送ACK   
    return receive;
}

iic.h

#ifndef __MYIIC_H
#define __MYIIC_H
#include "sys.h"
 
//IO方向设置
#define SDA_IN()  {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)8<<28;}
#define SDA_OUT() {GPIOB->CRL&=0X0FFFFFFF;GPIOB->CRL|=(u32)3<<28;}
 
//IO操作函数	 
#define IIC_SCL    PBout(6) //SCL
#define IIC_SDA    PBout(7) //SDA	 
#define READ_SDA   PBin(7)  //输入SDA 
 
//IIC所有操作函数
void IIC_Init(void);                //初始化IIC的IO口				 
void IIC_Start(void);				//发送IIC开始信号
void IIC_Stop(void);	  			//发送IIC停止信号
void IIC_Send_Byte(u8 txd);			//IIC发送一个字节
u8 IIC_Read_Byte(unsigned char ack);//IIC读取一个字节
u8 IIC_Wait_Ack(void); 				//IIC等待ACK信号
void IIC_Ack(void);					//IIC发送ACK信号
void IIC_NAck(void);				//IIC不发送ACK信号
 
void IIC_Write_One_Byte(u8 daddr,u8 addr,u8 data);
u8 IIC_Read_One_Byte(u8 daddr,u8 addr);	  
#endif

INA226.c

设备需要配置地址部分

#include "INA226.h"
#include "myiic.h"
#include "delay.h"
 
 
u16 INA226_Read2Byte(u8 reg_addr)
{
	u16 reg_data=0;
	u16 temp=0;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte(WRITE_ADDR);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	IIC_Send_Byte(reg_addr);   
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte(READ_ADDR);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	reg_data= IIC_Read_Byte(1);
	reg_data=(reg_data<<8)&0xFF00;
	temp=IIC_Read_Byte(0);
	IIC_Stop();
	reg_data|=temp;
	return reg_data;
}
 
 
u8 INA226_Write2Byte(u8 reg_addr,u16 reg_data)
{        
	u8 data_high=(u8)((reg_data&0xFF00)>>8);
	u8 data_low=(u8)reg_data&0x00FF;
	IIC_Start();
	IIC_Send_Byte(WRITE_ADDR);   
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;
	IIC_Send_Byte(reg_addr );    
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;        
	IIC_Send_Byte(data_high);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;        
	IIC_Send_Byte(data_low);
	if(IIC_Wait_Ack())return 0;                 
	IIC_Stop();
	delay_ms(2);
	return 1;
}
 
 
void INA226_Init(void)
{
	INA226_Write2Byte(Config_Reg, 0x4527);//0100_010_100_100_111 //16次平均,1.1ms,1.1ms,连续测量分流电压和总线电压
	INA226_Write2Byte(Calib_Reg, 0x0A00);
}

INA226.h

#ifndef __INA226_H
#define __INA226_H
#include "sys.h"
 
#define READ_ADDR                  0x81	 //A1=GND，A2=GND // R=1, W=0
#define WRITE_ADDR                 0x80
 
#define Config_Reg                 0x00
#define Shunt_V_Reg                0x01
#define Bus_V_Reg                  0x02
#define Power_Reg                  0x03
#define Current_Reg                0x04
#define Calib_Reg                  0x05
#define Mask_En_Reg                0x06
#define Alert_Reg                  0x07
#define Man_ID_Reg                 0xFE  //0x5449
#define ID_Reg                     0xFF  //0x2260
 
 
u16 INA226_Read2Byte(u8 reg_addr);
u8 INA226_Write2Byte(u8 reg_addr,u16 reg_data);
void INA226_Init(void);
 
#endif

五、参考

【物联网毕设】智能能源监控-4G+STM32+APP
https://blog.csdn.net/herui_2/article/details/148529928

INA226电压电流测量模块详细笔记（硬件连接+原理介绍+代码实现附完整资料）
https://blog.csdn.net/qq_56632135/article/details/143844192

【嵌入式外设】 电压电流反馈采集（INA226）