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DIY USB 电流表(7):读取和显示 INA219 电流电压数据

在前一篇 《DIY USB 电流表(6):点个屏,使用 I2C 驱动 0.96 寸 OLED》 中,我们已经完成了屏幕显示驱动的开发,并且根据需求,列出了需要展示的数据项,确定了一下最终显示内容的布局。

在之前,显示的内容都是占位的测试数据,在这一节,就可以开始真正去读取 INA219 传感器的数据,将电路中测量的电压、电流等数据显示在屏幕上,这又是一节枯燥的编码工作 🙈。

PS. 我也还是一个初学者,如果文章中有一些错误或不足,还请多多指教。

准备工作

在开始读取 INA219 的数据之前,同样也要准备一些相关的库,例如 INA219 数据的读取、参数的配置,以及在 CH32V003-GameConsole 中所使用的 I2C 封装并未提供读取 I2C 数据方法,另外,为了计算 USB 电流表运行时间内消耗的电量,也需要有相关的计时方法。

I2C 读取方法

在 CH32V003-GameConsole 的代码中,已经有了 i2c_tx.h,提供了 I2C 写入相关的方法,对于一个游戏机来说,拥有写入方法就足够了,它只需要用 I2C 来刷新屏幕,但是在我们的 USB 电流表项目中,还需要使用 I2C 去读取 INA219 的数据,因此需要去封装一个 I2C 读取方法。

在开始编写 …

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DIY USB 电流表(2):PCB 布局布线

在前一篇 《DIY USB 电流表(1):元件选型和原理图绘制》 中介绍了 DIY 一个 USB 电流表的需求列表,以及将它所需要的元件确定下来,并在立创 EDA 中将整体功能的原理图绘制完成,现在就可以开始在立创 EDA 中进行布局布线了。

PS. 我也还是一个初学者,如果文章中有一些错误或不足,还请多多指教。

布局布线效果预览

pcb preview

转换原理图到 PCB

通过立创 EDA 的 设计>更新/转换原理图到PCB 菜单,就可以将原理图中所有元件放置到 PCB 设计页面中,并且已经都将每个元件的网络配置且连接好。

pcb design 1

布局布线

设计预期外形

我们首先需要做的就是将元件根据用途大概放置到对应的区域,先来根据目标的形态绘制一个草图。

pcb design 2

初步确定布局

首先使用放置板框功能,画一个 PCB 的边框,可以根据实际预期 PCB 大小,将板框设置成那个尺寸,例如这里先设置成 45mm*70mm。

这里可以使用立创 EDA 的交叉选择功能,在原理图中选择对应功能区域的元件,然后按 Shift+X,就可以在 PCB 设计页面中选择对应的元件,方便将归属于同一功能的元件都选中,然后放置到目标位置去。

pcb layout

这样就可以大概将整体布局确定下来,后续就可以在这个基础上进行布线了,当然最终效果会比这个紧凑很多,可以在布线过程中不断调整。

精细调整布局

在初步确定布局之后,就可以根据每个模块的功能,将它们目标的布局确定下来,例如这里 DC-DC 模块,就可以根据一般 DC-DC 模块布局的需求,先把相关电阻、电容、电感的位置放置完毕,再进行最后的布线。

像 …

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DIY USB 电流表(1):元件选型和原理图绘制

USB 电流表在电子 DIY 中还是比较常用的,可以用它来观察目标设备的实时电流、电压以及功耗。

作为电子 DIY 爱好者,做一个自己的 USB 电流表也是一件顺理成章的事。这里把之前已经开源的一个 USB 电流表的原理图来添加一些详细说明,对于初学者来说可以大概搞明白一个简单设备的原理图该怎么画。

当然我也还是一个初学者,如果文章中有一些错误或不足,还请多多指教。

USB 电流表成品效果

电压、电流、功率、容量界面

ui-1

功率历史图表界面

ui-2

需求分析和元件选型

在最开始搞一个入门 DIY 的产品,还是不要搞太复杂,尽量从简单的开始,先确定一下需求范围,降低整体开发难度,一方面减少原理图绘制之类的工作量,另外一方面,也可以增加成功率,防止半路弃坑 🤣。

需求分析

作为一个 USB 电流表,主要功能就是电流、电压等指标的采集,以及作为现在已经普及度非常高的 USB Type-C 接口和 USB PD 充电都需要支持一下,然后再通过屏幕展示出来采集的数据就可以了。

因此根据需求大概确定以下功能点:

  • USB Type-C 输入与输出
  • PD 协议透传
  • 支持 5~20V 电压检测
  • 支持 0~5A 电流检测
  • 支持功率计算、容量统计
  • 支持功率历史图表显示
  • 支持统计数据记录与清除
  • 按键切换电压电流数据与功率历史图表
  • 使用 12864 OLED


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Using INA219 with Arduino to Measure Voltage, Current, and Power in a Circuit

Recently, while working on a DIY project, I needed to measure voltage, current, and power in the circuit. After comparing several chips, I decided to use the INA219 chip from Texas Instruments. Coincidentally, I had previously used an INA219 module to build a simple power meter, which made me …

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在 Arduino 中使用 INA219 测量电路中电压、电流和功率

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

using-ina219-in-arduino-schematic

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。…

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使用 ESPHome + INA219 模块构建一个简易功率计

最近在使用 ESP32 做一些小东西,其中一个设备是使用电池供电,因此对使用电池时的续航比较关心,但是手头并没有合适的电子负载仪,在翻模块库存的时候,刚好发现有一个 INA219 模块,就直接拿它现做一个功率计了。

再配上一个 12864 OLED 屏幕,这样就可以实时去观测单片机设备的实时功率以及功耗了:

EasyPower Demo

ESPHome

ESPHome 是一个配置化生成 ESP32/ESP8266 智能家居固件的系统,一般都会用它来作为智能家居节点中的系统来使用,配合很便宜的 ESP32/ESP8266 模块,使用起来很是方便。

在查阅它所支持的模块时,发现 INA219 也在其中,并且 ESPHome 本身对 12864 OLED 也有良好的支持,因此最终就直接选择了 ESPHome 来作为功率计的基础系统,这样可以省去编写很多基础代码,例如任务设计、屏幕绘制、I2C 总线读写等,只需要关注功率计核心的功能即可。

最近也使用 ESPHome 比较好,发现它还是有很多优点的,基本可以作为一个 Arduino 项目的基础应用框架来使用:

  • 配置化生成代码,无需管理复杂的库依赖
  • 丰富的模组库支持,对于开发单片机应用来说,常见的输入输出模块都内置支持
  • 完整的运行框架,开发者只需要关注业务本身,其他相关内容都内置了,例如 MQTT、OTA 等功能
  • 灵活的 Lambda 支持,它的 Lambda 就是 C++ 的 Lambda,因此对于有能力的开发者来说,可以直接写代码

总的来说,对于一般 DIY 项目来说,ESPHome 足够强大、足够灵活来处理大部分需求了。

INA219



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