【STM32】INA3221三通道电压电流采集模块

三通道监测：可以同时监测三个不同的电源或电路的电压和电流。高精度测量：具有较高的测量精度，能够满足大多数应用的需求。I²C 接口：通过 I²C 总线与微控制器进行通信，方便连接和控制。通过以上代码和解释，我们可以看到如何使用 STM32 与 INA3221 三通道电压电流采集模块进行通信和数据采集。在实际应用中，还可以根据需要对代码进行优化和扩展，例如添加错误处理、提高数据采集的精度等。同时，要注

duierrorshuobu

2502人浏览 · 2025-01-29 21:53:59

duierrorshuobu · 2025-01-29 21:53:59 发布

一、引言

在许多电子系统中，对电压和电流的精确采集至关重要。INA3221 是一款集成了三个独立的电压和电流监测通道的芯片，非常适合用于需要同时监测多个电源或电路的应用场景。结合 STM32 微控制器，我们可以方便地实现对 INA3221 的控制和数据采集。本文将详细介绍如何使用 STM32 与 INA3221 三通道电压电流采集模块进行通信和数据采集，并给出相应的代码示例。

二、INA3221 模块概述

2.1 主要特性

三通道监测：可以同时监测三个不同的电源或电路的电压和电流。
高精度测量：具有较高的测量精度，能够满足大多数应用的需求。
I²C 接口：通过 I²C 总线与微控制器进行通信，方便连接和控制。

2.2 工作原理

INA3221 通过测量分流电阻上的电压降来计算电流，同时可以直接测量电源的电压。测量数据可以通过 I²C 接口读取，用户可以根据需要配置不同的测量参数。

三、硬件连接

3.1 STM32 与 INA3221 的连接

假设使用 STM32F103 系列微控制器，将 INA3221 与 STM32 进行如下连接：

SCL（I²C 时钟线）：连接到 STM32 的 I²C 时钟引脚，例如 PB6。
SDA（I²C 数据线）：连接到 STM32 的 I²C 数据引脚，例如 PB7。
VCC：连接到 3.3V 电源。
GND：连接到地。

3.2 分流电阻连接

在每个通道上，需要连接一个合适的分流电阻，用于测量电流。分流电阻的阻值根据需要测量的电流范围进行选择。

四、代码实现

4.1 I²C 初始化代码

#include "stm32f10x.h"

// I2C 初始化函数
void I2C1_Init(void) {
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    I2C_InitTypeDef I2C_InitStructure;

    // 使能 GPIOB 和 I2C1 时钟
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_I2C1, ENABLE);

    // 配置 SCL 和 SDA 引脚
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_OD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    // 初始化 I2C1
    I2C_InitStructure.I2C_Mode = I2C_Mode_I2C;
    I2C_InitStructure.I2C_DutyCycle = I2C_DutyCycle_2;
    I2C_InitStructure.I2C_OwnAddress1 = 0x00;
    I2C_InitStructure.I2C_Ack = I2C_Ack_Enable;
    I2C_InitStructure.I2C_AcknowledgedAddress = I2C_AcknowledgedAddress_7bit;
    I2C_InitStructure.I2C_ClockSpeed = 100000;
    I2C_Init(I2C1, &I2C_InitStructure);

    // 使能 I2C1
    I2C_Cmd(I2C1, ENABLE);
}

4.2 INA3221 读写函数

// 向 INA3221 写入一个字节数据
void INA3221_WriteByte(uint8_t reg, uint8_t data) {
    while (I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, 0x80, I2C_Direction_Transmitter);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    I2C_SendData(I2C1, reg);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    I2C_SendData(I2C1, data);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);
}

// 从 INA3221 读取一个字节数据
uint8_t INA3221_ReadByte(uint8_t reg) {
    uint8_t data;

    while (I2C_GetFlagStatus(I2C1, I2C_FLAG_BUSY));

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, 0x80, I2C_Direction_Transmitter);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_TRANSMITTER_MODE_SELECTED));

    I2C_SendData(I2C1, reg);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_TRANSMITTED));

    I2C_GenerateSTART(I2C1, ENABLE);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_MODE_SELECT));

    I2C_Send7bitAddress(I2C1, 0x81, I2C_Direction_Receiver);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_RECEIVER_MODE_SELECTED));

    I2C_AcknowledgeConfig(I2C1, DISABLE);
    while (!I2C_CheckEvent(I2C1, I2C_EVENT_MASTER_BYTE_RECEIVED));

    data = I2C_ReceiveData(I2C1);

    I2C_GenerateSTOP(I2C1, ENABLE);

    return data;
}

4.3 读取通道电压和电流

// 读取指定通道的电压（单位：mV）
float INA3221_ReadChannelVoltage(uint8_t channel) {
    uint8_t reg;
    if (channel == 1) reg = 0x02;
    else if (channel == 2) reg = 0x04;
    else if (channel == 3) reg = 0x06;
    else return 0;

    uint16_t raw_data = (INA3221_ReadByte(reg) << 8) | INA3221_ReadByte(reg + 1);
    return (float)raw_data * 1.25;
}

// 读取指定通道的电流（单位：mA）
float INA3221_ReadChannelCurrent(uint8_t channel, float shunt_resistor) {
    uint8_t reg;
    if (channel == 1) reg = 0x01;
    else if (channel == 2) reg = 0x03;
    else if (channel == 3) reg = 0x05;
    else return 0;

    uint16_t raw_data = (INA3221_ReadByte(reg) << 8) | INA3221_ReadByte(reg + 1);
    return (float)raw_data * 0.005 / shunt_resistor;
}

4.4 主函数

#include <stdio.h>

#define SHUNT_RESISTOR 0.1  // 分流电阻阻值，单位：欧姆

int main(void) {
    I2C1_Init();

    while (1) {
        for (int i = 1; i <= 3; i++) {
            float voltage = INA3221_ReadChannelVoltage(i);
            float current = INA3221_ReadChannelCurrent(i, SHUNT_RESISTOR);

            printf("Channel %d: Voltage = %.2f mV, Current = %.2f mA\n", i, voltage, current);
        }

        for (int j = 0; j < 1000000; j++);  // 简单延时
    }
}