一種直流功率檢測(cè)儀

摘 要：本文介紹了一種成本低廉的直流電源功率檢測(cè)系統(tǒng)，完整的介紹了該系統(tǒng)從數(shù)據(jù)采樣處理模塊，到相關(guān)軟件程序的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)最終實(shí)現(xiàn)了直流功率的采集和顯示，達(dá)到了檢測(cè)功能。

關(guān)鍵字：功率檢測(cè)；ARM；INA219

中圖分類號(hào)：TN98

直流電源是現(xiàn)在很多電子設(shè)備使用時(shí)必備的供電裝置，也是從事電子設(shè)計(jì)行業(yè)工程師在進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)時(shí)的必備工具之一。在使用直流電源時(shí)，工程師們希望能時(shí)時(shí)掌握電源的基本參數(shù)，以便在進(jìn)行設(shè)備的開發(fā)和調(diào)試時(shí)能了解設(shè)備的運(yùn)行情況，能避免和快速處理緊急的情況發(fā)生。而然，現(xiàn)在市場(chǎng)上帶有電流、電壓監(jiān)控功能的直流電源價(jià)格往往相對(duì)較高，因此，本文設(shè)計(jì)了一種低成本的直流功率檢測(cè)裝置，使直流電流流過毫安級(jí)小電阻，使用TI公司的INA219AID芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)其電壓、電流采集，通過STM32微控制器為主控芯片，并控制LCD液晶屏將計(jì)算出的功率具體數(shù)值以及電源的其他參數(shù)顯示出來。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)系統(tǒng)的需求，本設(shè)計(jì)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中電源輸入為待測(cè)的直流電源，可為最大26V的直流電源，將其輸出串接一個(gè)1毫歐的小電阻后，輸出給負(fù)載供電。電源數(shù)據(jù)的采樣和檢測(cè)有INA219完成，將其檢測(cè)腳直接連接至1毫歐電阻的兩端后，由芯片內(nèi)部完成模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，將采集到的電壓、計(jì)算后的電流數(shù)值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并通過乘法器求出功率數(shù)值，分別將三個(gè)參數(shù)存入其內(nèi)部的三個(gè)寄存器內(nèi)。STM32為系統(tǒng)的主控芯片，通過IIC總線，將INA219所采集和計(jì)算的電壓、電流和功率值取出，并控制LCD將其顯示。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采集功能是有INA219AID實(shí)現(xiàn)的，該芯片可以完成對(duì)電壓、電流、功率信號(hào)的采集功能。作為一種雙向電流/功率控制器芯片，可同時(shí)采集電源電壓、計(jì)算電流信號(hào)，用內(nèi)部ADC進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，再用內(nèi)部乘法器運(yùn)算出功率信號(hào)，由此獲得三種信號(hào)的二進(jìn)制十六位數(shù)值，之后再將三種信號(hào)的數(shù)值分別存入電壓寄存器（voltage register），電流寄存器（current register），功率寄存器（power register）內(nèi)。

采集部分硬件原理圖如圖2所示，在INA219的VIN+與VIN-管腳兩端并聯(lián)一個(gè)1毫歐電阻（current shunt），使輸出電流能夠被控制在0.01A-1A之間。1毫歐電阻兩端的電壓即為分流電壓值Vshunt，范圍控制在50mV以內(nèi)。VIN-與地線間的電壓則為總線采樣電壓VBUS，范圍控制在0V到26V之間。采集到電壓以及計(jì)算后的電流信號(hào)后，在INA219AID內(nèi)部進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過乘法運(yùn)算得出功率值

分別存入三個(gè)寄存器內(nèi)，最終經(jīng)IIC總線傳輸?shù)絊TM32芯片。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)以STM32F103ZCT6芯片（32位ARM微控制器）作為CPU，在Keil uvision4開發(fā)環(huán)境下編寫相應(yīng)程序，將INA219內(nèi)的數(shù)據(jù)通過IIC總線讀取，并發(fā)送數(shù)據(jù)到LCD液晶屏上顯示數(shù)據(jù)。

本系統(tǒng)軟件程序的思路如下，先對(duì)分流電壓、總線采樣電壓、電流和功率變量進(jìn)行定義，因?yàn)樯鲜鰠?shù)最終要在LCD上顯示，所以要定義成字符數(shù)組的形式，即用unsigned char定義數(shù)組。之后對(duì)輸入輸出端口，中斷、時(shí)鐘、串口以及IIC總線進(jìn)行初始化。然后使用IIC總線對(duì)芯片內(nèi)部的各個(gè)寄存器進(jìn)行讀與寫的操作。最終在LCD液晶屏上顯示直流電源的所有參數(shù)數(shù)值。

4 結(jié)束語

經(jīng)過多次測(cè)試驗(yàn)證，本系統(tǒng)能成功實(shí)現(xiàn)直流電源功率檢測(cè)的功能，因此可以證明，對(duì)直流電源進(jìn)行功率檢測(cè)是實(shí)際可行的。本系統(tǒng)相比傳統(tǒng)的水阻法和大功率滑動(dòng)變阻器接法而言，方便快捷，精度更準(zhǔn)確，成本低廉，具有比傳統(tǒng)工藝更大的優(yōu)勢(shì)。本系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果，有力證明了其所應(yīng)用技術(shù)在直流電源性能檢測(cè)中廣泛的應(yīng)用前景。

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作者簡介：馬鴻斌（1993.03-），男，甘肅天水人，本科在讀，電子信息工程專業(yè)。

作者單位：北方工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院，北京 100144