Ina219: Датчик напряжения и тока CJMCU-219 на чипе INA219 купить оптом и в розницу в СompactTool с доставкой по Москве и России

Raspberry Pi INA219 | Рототрон

В этом руководстве показано, как измерять постоянное напряжение, ток и мощность с помощью Raspberry Pi и INA219. Это может быть очень полезно во многих приложениях, таких как измерение уровня заряда батареи, оценка срока службы батареи, отслеживание выработки солнечной энергии, контроль количества и стоимости потребления электроэнергии и т. д.

Вот коммутационная плата INA219. Она может измерять напряжение до 26 В. На этой плате имеется шунтирующий резистор для измерения тока 0,1 Ом с маркировкой R100.

Микросхема INA219 может очень точно измерять падение напряжения на шунте. Это разница между напряжением, поступающим на шунт, и напряжением после шунта.

Затем он использует это падение напряжения вместе со значением резисторного шунта для определения протекающего тока в амперах, поскольку закон Ома гласит, что ток (I) = напряжение (В) / сопротивление (R). С напряжением и током он может рассчитать мощность, используя мощность (P) = напряжение (V) x ток (I). Следующая круговая диаграмма суммирует множество полезных уравнений.

Максимальное падение напряжения, которое может измерить INA219, составляет 320 мВ или 0,32 В.  Следовательно, максимальный ток, который INA219 может измерить с резистором по умолчанию, составляет 0,32 В / 0,1 Ом = 3,2 А.  Если вам нужно измерить более 3,2 A можно заменить шунт 0,1 Ом на меньшее значение. Шунт 0,01 Ом позволяет измерять ток 32 А.

Однако резистор с меньшим номиналом должен рассеивать больше тепла, поэтому он должен иметь более высокую номинальную мощность. Рассеиваемая мощность (P) = ток (I) ² x сопротивление (R). Номинал платы по умолчанию 3,2 А означает, что резистор 0,1 Ом должен рассеивать 1,024 Вт: 3,2 ² x 0,1 Ом = 1,024 Вт. Возможно, больше, если резистор расположен рядом с другими компонентами, выделяющими тепло. При токе 32 А уравнения мощности показывают, что шунт резистора 0,01 Ом должен рассеивать в 10 раз больше ватт: 32 ² x 0,01 Ом = 10,24 Вт.

Прецизионные шунтирующие резисторы для измерения тока, рассчитанные на 10 Вт, обычно дороги и довольно сильно нагреваются. Поэтому, если вы хотите измерить ток более 3,2 ампера, я бы рассмотрел более эффективное решение, такое как Allegro ACS37800, которое может измерять напряжение до 60 В постоянного тока и ток до 30 А с использованием технологии измерения тока на основе эффекта Холла с гальванической развязкой. . Будьте осторожны при работе с опасными течениями!

INA219 предоставляет цифровые отчеты с использованием протокола связи I ² C. В отличие от аналогового датчика, который обеспечивает пропорциональное значение, цифровой INA219 возвращает фактические значения напряжения, тока и мощности в вольтах, амперах и ваттах. I ² C позволяет очень легко подключить адаптер INA219 к Raspberry Pi. Вывод VCC подключен к выводу 3,3 В на Pi. Штырь заземления подключен к штырю заземления на пи. Контакты SDA и SCL подключены к SDA и SCL на Pi, которые являются GPIO 2 и 3 соответственно. Начиная с INA219работает при напряжении 3,3 В, сдвиг уровня не требуется. Вы также можете последовательно подключить несколько устройств I ² C, используя только 2 контакта GPIO SDA и SCL. На приведенной ниже схеме показано, как измерить индикаторную лампу на 12 В. Положительная клемма источника питания 12 В подключается к разъему V IN PLUS на INA219. V IN MINUS подключается к одному из проводов индикаторной лампы. Другой провод подключается к отрицательной клемме источника питания. Это замыкает цепь и позволяет току течь. Для INA219для правильной работы измеряемый источник питания должен иметь общую землю с Pi. Следовательно, отрицательная клемма источника питания 12 В также подключается к земле на Pi.

ЖК-дисплей 16×2 можно использовать для обеспечения визуальной обратной связи. У меня есть специальный учебник по ЖК-дисплею для получения дополнительной информации. Заземляющий контакт ЖК-дисплея подключен к земле на Pi. VCC подключен к выводу 5 В на Pi. Контрастный контакт соединен с землей с помощью последовательного резистора 4,7 кОм для снижения контраста. Вы также можете использовать переменный резистор для регулируемой контрастности или не использовать резистор для полной контрастности. RS подключен к GPIO 21. Контакт чтения и записи заземлен, чтобы обеспечить только запись. Контакт включения подключен к GPIO 20. Дисплей используется в 4-битном режиме, поэтому линии данных 0–3 пропускаются, а 4–7 подключаются к GPIO 16, 12, 7 и 8 соответственно. Вы можете использовать любые контакты GPIO для управления ЖК-дисплеем и линий данных, если вы укажете их в своем коде. Анод светодиода задней подсветки дисплея питается от контакта 5 В на Pi с последовательно включенным резистором 51 Ом для снижения яркости. Катод светодиода задней подсветки дисплея заземлен на Pi. Опять же, вы можете использовать переменный резистор со светодиодом задней подсветки для регулируемой яркости или без резистора для полной яркости. Обратите внимание, что для некоторых дисплеев требуется резистор для защиты светодиода задней подсветки, поэтому дважды проверьте таблицу данных.

Перед установкой любого программного обеспечения убедитесь, что ваш Pi обновлен с помощью sudo apt-get update и sudo apt-get upgrade.

 обновление sudo apt-get && обновление sudo apt-get
 

Я также рекомендую вам использовать только что очищенный PI с последней версией Raspbian. Он поставляется с предварительно загруженными многими библиотеками, которые мы будем использовать. Чтобы использовать I ² C, он должен быть включен. В главном меню Raspberry Pi нажмите «Настройки», а затем нажмите «Конфигурация Raspberry Pi». Выберите вкладку «Интерфейсы» и щелкните, чтобы включить I ² C. Нажмите OK, чтобы закрыть.

Утилита обнаружения I ² C может использоваться для проверки правильности подключения INA219. В следующей таблице показано одно устройство I ² C с шестнадцатеричным адресом 40, которое используется по умолчанию для INA219. На старых Pi параметр шины может быть равен 0 вместо 1.

К одной шине I ² C можно подключить 16 INA219, если каждый из них имеет уникальный адрес подчиненного устройства. Вы можете изменить адрес, используя различные подключения к контактам A0 и/или A1 (см. таблицу ниже, основанную на таблице 1 из таблицы данных).

Я протестировал несколько библиотек Python для INA219, и на данный момент самая надежная — от ChrisB2. Оптимальная настройка INA219 требует некоторых усилий, а библиотека Криса делает ее очень простой. Команду pip для установки библиотеки можно скопировать прямо из файла readme GitHub, а затем просто вставить ее в терминал и нажать Enter. Эта одна команда устанавливает библиотеку и все необходимые зависимости.

 sudo pip установить git+git://github.com/chrisb2/pi_ina219.git
 

Библиотека ЖК-дисплея Adafruit python будет использоваться для управления ЖК-дисплеем. Он также быстро устанавливается с помощью sudo pip install adafruit-charlcd. Опять же, это обрабатывает библиотеку LCD и все зависимости.

 sudo pip установить adafruit-charlcd
 

Вот код Python:

 из времени импорта сна
из ina219 импортировать INA219
из Adafruit_CharLCD импортировать Adafruit_CharLCD
ina = INA219 (shunt_ohms = 0,1,
             max_expected_amps = 0,6,
             адрес=0x40)
ina.configure(voltage_range=ina.RANGE_16V,
              усиление=ina.GAIN_AUTO,
              bus_adc=ina. ADC_128SAMP,
              shunt_adc=ina.ADC_128SAMP)
lcd = Adafruit_CharLCD(rs=21, en=20, d4=16, d5=12, d6=7, d7=8,
                       столбцы=16, строки=2)
пытаться:
    пока 1:
        v = ина.напряжение()
        я = ina.current ()
        р = ina.power ()
        ЖК.очистить()
        lcd.message('{0:0.1f}В {1:0.1f}мА'.format(v, i))
        lcd.message('\n{0:0.1f} Вт'.format(p/1000))
        спать(1)
        
кроме KeyboardInterrupt:
    print ("\nCtrl-C нажата. Программа завершает работу...")
в конце концов:
    ЖК.очистить()
 

Значение shunt_ohms указано как 0,1 Ом при создании экземпляра INA219. Это соответствует значению шунта на коммутационной плате. Для max_expected_amps установлено значение 0,6. Это максимальный ток, который вы ожидаете измерить. Результаты будут неточными, если фактическое текущее потребление выше указанного значения, но в целом более низкие значения дадут более точные результаты. Следовательно, вы хотите выбрать значение, немного превышающее максимальный ток измеряемого устройства. Вы всегда можете установить его выше, чтобы получить начальное примерное значение, а затем снизить его, чтобы получить лучшие результаты. Значение 0,6 обеспечивает безопасный запас для моей контрольной лампы, которая потребляет около 0,56 А при 12 В. Адрес указывает шестнадцатеричный код 40 для I 9.0153 2 C-адрес, который можно подтвердить с помощью I2C Detect. По умолчанию используется шестнадцатеричное число 40, поэтому этот параметр является необязательным.

Метод configure настраивает INA219. Для параметра voltage_range задано значение 16 В. Это полный диапазон напряжения. Возможные варианты: 16 В или 32 В.  Хотя INA219 ограничен 26 В.  Поскольку индикаторная лампа рассчитана на 12 В, выбирается более низкий вариант 16 В. Усиление используется для программирования регистра калибровки INA219, чтобы максимизировать разрешение датчика. Допустимые значения: 1, 2, 4 или 8. Функция автоматического усиления устраняет любые догадки. АЦП шины устанавливает разрешение аналоговой шины в цифровое преобразование 9, 10, 11 или 12 бит (чем выше, тем лучше). Также предусмотрена множественная выборка для повышения точности за счет более медленного считывания. Меня не волнует скорость, поэтому я использую ADC 128 SAMP для 128 выборок при 12 битах, что занимает около 68 миллисекунд на чтение. Шунтирующий АЦП имеет те же рекомендации, что и шинный АЦП, но для шунта. Я снова использую ADC_128 SAMP.

Создан ЖК-дисплей с выбором GPIO из приведенной выше схемы. Основной цикл программы заключен в оператор try для отлова ошибок. Переменная (V) будет хранить напряжение, возвращаемое методом напряжения, который опрашивает INA219.для напряжения на шине переменная (I) будет хранить ток в мА, возвращаемый текущим методом, а переменная (P) будет хранить мощность в мВт, возвращаемую методом мощности. ЖК-дисплей очищается методом очистки. Сообщение отображает вольты и амперы на шине в первой строке. Сообщение снова используется с \n для следующей строки на дисплее. Здесь показаны ватты. P делится на 1000, чтобы преобразовать милливатт в ватт. Цикл останавливается на 1 секунду и повторяется.

Я получил вопрос о неточных показаниях, когда INA219Клеммы Vin+ и Vin- отключены, как если бы для управления измеряемым устройством использовался переключатель. Если входные клеммы не подключены, они считаются плавающими. Напряжения измеряются относительно земли цепи. Если нет прямого электрического пути к этой земле, входное напряжение может иметь произвольные показания. Одним из решений является использование однополюсного двухпозиционного переключателя (SPDT). Однополюсный подключен к Vin+. Один виток подключается к земле, а другой виток подключается к положительной линии питания. Во включенном состоянии переключатель соединяет Vin+ с 12 В+. В выключенном состоянии Vin+ замыкается на землю, чтобы обеспечить нулевое напряжение на шунте. Переключатель меняет Vin+ между 12 В+ и землей. Пожалуйста, дважды проверьте свою проводку, чтобы убедиться, что ваш переключатель не замыкает 12 В + на землю.

Вот еще один пример кода без ЖК-дисплея:

 из ina219 импорт INA219, DeviceRangeError
из времени импортировать сон
ШУНТ_Ом = 0,1
MAX_EXPECTED_AMPS = 2,0
ina = INA219 (SHUNT_OHMS, MAX_EXPECTED_AMPS)
ina.