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前段时间在做一个 DIY 产品的时候，会需要测量电路中电压、电流和功率等数据，在找了一些芯片对比后最终选择了德州仪器的 INA219 芯片，刚好之前也使用过 INA219 模块做了一个简单的功率计，相对还算熟悉。
INA219 的官方介绍如下：
INA219 是一款具备 I2C 或 SMBUS 兼容接口的分流器 和功率监测计。该器件监测分流器电压降和总线电源电 压，转换次数和滤波选项可通过编程设定。可编程校准 值与内部乘法器相结合，支持直接读取电流值(单位: 安培)。通过附加乘法寄存器可计算功率(单位: 瓦)。I2C 或 SMBUS 兼容接口 具有 16 个可编程地 址。
INA219 的使用还是比较简单的，直接通过 I2C 总线即可读取数据，并且支持最大 26V 测量电压，12 位精度，在大多数场合都满足需求了。在立创开源平台，也能看到很多 USB 功率计也是使用的这款芯片。
原理图
INA219 只需要很少的外围元件即可工作，给电源添加一个旁路电容，再加上一个采样电阻，即可完成。
A0、A1 用于指定通过 I2C 与 INA219 通信时，INA219 的地址，如果电路中只有一个 INA219 芯片，可以直接将这两个引脚接地即可。
通常 INA219 用于高端采集，因此在电路中，会将 INA219 的 VIN+ 连接到被测量电源的正极，VIN- 连接到使用电源的电路的输入端。
默认情况下，INA219 使用大小为 0.1ohm 的采样电阻，当然在实际使用中，可以根据要测量工况的电流大小，更换为其他大小的采样电阻。
在 Arduino 中使用
在 Arduino 中，已经有多个库支持 INA219 的设置和数据读取，在对比几个库之后，最终选择了 INA219_WE 这个库，可以通过 PlatformIO 直接安装，也可以在 GitHub 克隆后放在源代码中使用。
// 0x40 为 A0、A1 均接地时，与 INA219 通信使用的地址
INA219_WE ina219 = INA219_WE(0x40);
void readINA219() {
// 采样电阻压降
float shuntVoltage_mV = ina219.getShuntVoltage_mV();
// 电源输入电压
float busVoltage_V = ina219.getBusVoltage_V();
// 采样电流大小
float current_mA = ina219.getCurrent_mA();
// 电路中功率大小
float power_mW = ina219.getBusPower();
}设置增益
默认情况下，INA219 使用了 PG_320 增益设置，采样电阻最大电压为 320mV，这时在使用 0.1ohm 采样电阻时，电流采样最大值为 3.2A，最小分辨率为 780uA。
如果需要更高精度，可以根据实际测量电路情况来设置 INA219 的增益，例如测量电流不超过 800mA 时，可以使用 PG_80 增益设置，这样就可以得到最小分辨率为 20uA 左右的结果。
设置增益可以直接使用 setPGain 方法：
ina219.setPGain(PG_80);使用软件模拟 I2C
一般情况下，使用 MCU 自带 I2C 总线时，与 INA219 通信基本没有兼容问题，但是如果在 MCU 的 I2C 总线不够用时，可能需要使用软件模拟 I2C。
在使用软件模拟 I2C 的时候，在 PlatformIO 平台上找了一些库，但是在与 ESP32 配合使用过程中，会出现通信出现错误的情况。最终通过测试，发现使用 AceWire 软件模拟 I2C 可以与 INA219 正常通信。
如果有使用软件模拟 I2C 与 INA219 通信的需求，可以尝试使用 AceWire。
采样电阻发热
如果采样电阻比较大，并且测量的电流比较大，可能会出现采样电阻发热比较严重的情况，之前在测试过程中，使用 2512 0.05ohm 采样电阻，持续电流为 3A 左右时，采样电阻会升温到 66 摄氏度。
在没有散热条件的情况下，这个温度不太可接受，因此如果有持续大电流采样需求，建议放弃一些采样精度，使用更小的采样电阻，这样可以有效避免采样电阻升温太高。
增加电流范围
默认情况下，INA219 配合 0.1ohm 采样电阻时，最大测量电流为 3.2A，如果使用在 USB PD 充电最大 100W 的情况下，会超出量程。
这个时候可以采用更小的采样电阻，虽然采样精度下降，但是 1mA 左右的精度在大多数场景也足够使用了。
总结
INA219 作为一款流行的功率监测芯片，在 DIY 制作中，还是相当易用的，并且提供 SOP-8 封装，便于手工焊接，配合 Arudino 使用，拥有强大的开源库，可以做到开箱即用。
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