使用STM32F407VET6芯片主频为168Mhz的PA6和PA7引脚模拟IIC,外部有10kΩ的上拉电阻连接3.3V,并且IIC总线有两个INA226芯片,地址分别是0x40和0x41,分别将芯片寄存器中的电压和电流值赋值给float类型,并且第一个地址的从站需要计算出电池容量;并且使用的是UCOS操作系统

时间: 2025-08-06 21:18:29 浏览: 5
<think>我们首先需要创建基于PA6(SCL)和PA7(SDA)的模拟IIC驱动,并在UCOS操作系统下以任务形式读取两个INA226传感器的数据,然后计算电池容量。步骤:1.初始化GPIO(PA6和PA7)为开漏输出模式,并配置上拉电阻(外部10kΩ上拉至3.3V)2.编写模拟IIC的底层函数:起始信号、停止信号、等待应答、发送应答、发送非应答、读取一个字节、写入一个字节3.编写INA226的驱动函数:初始化INA226(配置校准寄存器、配置寄存器等)、读取寄存器(16位)、写入寄存器4.在UCOS中创建任务,循环读取两个INA226的电压和电流值(注意:INA226的电压和电流寄存器值需要转换为实际值)5.计算电池容量:通过电流对时间的积分(安时计),即累计电流与时间间隔的乘积注意:-INA226的地址:0x40(A0=GND)和0x41(A0=VS),我们假设0x40接第一个,0x41接第二个。-INA226的寄存器地址:配置寄存器(0x00)分流电压(0x01)//单位2.5uV总线电压(0x02)//单位1.25mV功率寄存器(0x03)//单位25mW(需要根据校准值计算)电流寄存器(0x04)//单位取决于校准值校准寄存器(0x05)//需要根据分流电阻值和最大预期电流设置其他寄存器...我们主要读取总线电压和电流寄存器(0x02和0x04)。电流值需要根据校准寄存器的设置进行转换。校准方法:校准值=0.00512/(Current_LSB*R_shunt)其中,Current_LSB=Max_Expected_Current/32768例如:假设我们使用0.1欧姆的分流电阻,最大预期电流为3.2A,则:Current_LSB=3.2/32768≈0.00009765625A/bit(约97.66μA/bit)校准值=0.00512/(0.00009765625*0.1)≈5242.88,取整5243然后,实际电流=电流寄存器值*Current_LSB电压:总线电压寄存器值*1.25mV我们假设已经按照上述方法校准了INA226,并且已知校准值(我们在初始化时写入校准寄存器)。由于用户没有提供具体的分流电阻值和最大预期电流,我们假设一个通用的校准值(比如5243),并按照上述转换公式计算。电池容量计算:我们可以设定一个初始容量(如0),然后在每次读取电流后,乘以两次读取的时间间隔(注意单位转换),进行累加。注意:电流有正负(充电为正,放电为负),容量计算时通常取绝对值(或分别累计充放电容量)。在UCOS任务中,我们需要以固定的时间间隔(比如每秒)读取两个INA226的数据,并计算容量。代码结构:1.定义模拟IIC相关的宏和函数2.定义INA226的地址和寄存器地址3.编写INA226的初始化函数(写入配置寄存器和校准寄存器)4.编写读取电压和电流的函数5.在任务中初始化两个INA2266.循环读取,计算并累加容量由于是在UCOS下,我们使用OSTimeDly来延时,以固定间隔读取。注意:模拟IIC在操作系统中使用时,可能会被中断打断,所以我们需要在模拟IIC操作时进入临界区(关闭中断)以防止时序被打乱。下面给出关键代码:</think> ### STM32F407模拟IIC驱动INA226实现方案 基于STM32F407VET6的PA6(SCL)/PA7(SDA)引脚实现I²C通信,读取两个INA226传感器(0x40/0x41地址)的电压/电流数据,并在UCOS系统中计算电池容量。 #### 硬件连接配置 ```c // 硬件连接定义 #define I2C_SCL_PIN GPIO_PIN_6 #define I2C_SDA_PIN GPIO_PIN_7 #define I2C_PORT GPIOA #define INA226_ADDR1 0x40 << 1 // 左移1位(I2C协议要求) #define INA226_ADDR2 0x41 << 1 #define SHUNT_RESISTOR 0.002f // 分流电阻值(0.002Ω) ``` #### I²C模拟驱动核心 ```c // I2C初始化 void I2C_Init(void) { GPIO_InitTypeDef gpio = {0}; __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE(); gpio.Pin = I2C_SCL_PIN | I2C_SDA_PIN; gpio.Mode = GPIO_MODE_OUTPUT_OD; // 开漏输出 gpio.Pull = GPIO_PULLUP; // 内部上拉 gpio.Speed = GPIO_SPEED_FREQ_HIGH; HAL_GPIO_Init(I2C_PORT, &gpio); // 初始状态置高 HAL_GPIO_WritePin(I2C_PORT, I2C_SCL_PIN, GPIO_PIN_SET); HAL_GPIO_WritePin(I2C_PORT, I2C_SDA_PIN, GPIO_PIN_SET); } // 关键时序函数 void I2C_Start(void) { SDA_HIGH(); DELAY_US(2); SCL_HIGH(); DELAY_US(5); SDA_LOW(); DELAY_US(3); SCL_LOW(); DELAY_US(2); } void I2C_WriteByte(uint8_t byte) { for(uint8_t i = 0; i < 8; i++) { (byte & 0x80) ? SDA_HIGH() : SDA_LOW(); DELAY_US(1); SCL_HIGH(); DELAY_US(3); SCL_LOW(); DELAY_US(2); byte <<= 1; } } // 完整I2C协议实现此处省略... ``` #### INA226驱动实现 ```c // INA226寄存器定义 #define INA226_CONFIG 0x00 #define INA226_SHUNT 0x01 #define INA226_BUS 0x02 #define INA226_CAL 0x05 // 初始化INA226 void INA226_Init(uint16_t devAddr) { // 配置寄存器:采样数16,转换时间1.1ms uint8_t config[2] = {0x41, 0x27}; I2C_WriteReg(devAddr, INA226_CONFIG, config, 2); // 设置校准寄存器(根据分流电阻值计算) uint16_t calVal = (uint16_t)(0.00512 / (SHUNT_RESISTOR * 0.0001)); uint8_t calData[2] = {calVal >> 8, calVal & 0xFF}; I2C_WriteReg(devAddr, INA226_CAL, calData, 2); } // 读取电压电流(返回实际物理值) float INA226_ReadBusVoltage(uint16_t devAddr) { uint8_t data[2]; I2C_ReadReg(devAddr, INA226_BUS, data, 2); int16_t raw = (data[0] << 8) | data[1]; return raw * 0.00125f; // LSB=1.25mV } float INA226_ReadCurrent(uint16_t devAddr) { uint8_t data[2]; I2C_ReadReg(devAddr, INA226_SHUNT, data, 2); int16_t raw = (data[0] << 8) | data[1]; return raw * 0.0001f; // LSB=100μV/Rshunt } ``` #### UCOS任务与容量计算 ```c // 电池容量追踪结构体 typedef struct { float totalCapacity; // 总容量(Ah) float lastCurrent; // 上一次电流值 uint32_t lastTime; // 上一次采样时间戳 } BatteryMonitor; void BatteryTask(void *p_arg) { BatteryMonitor monitor = {0}; uint32_t startTime = GetSystemRuntimeUs(); while(1) { // 进入临界区保证I2C时序完整 CPU_CRITICAL_ENTER(); float volt1 = INA226_ReadBusVoltage(INA226_ADDR1); float curr1 = INA226_ReadCurrent(INA226_ADDR1); // 读取第二个传感器... CPU_CRITICAL_EXIT(); // 容量积分计算 uint32_t currentTime = GetSystemRuntimeUs(); float deltaT = (currentTime - monitor.lastTime) / 3600000000.0f; // 转换为小时 monitor.totalCapacity += (monitor.lastCurrent + curr1) * 0.5f * deltaT; // 更新状态 monitor.lastCurrent = curr1; monitor.lastTime = currentTime; // 任务延时(每100ms采样一次) uCOS_DelayMS(100); } } ``` #### 关键计算公式 1. **电流计算**: $$ I = \frac{\text{ShuntRegister} \times 100\mu V}{R_{\text{shunt}}} $$ 2. **容量积分**: $$ \Delta Q = \frac{(I_{n-1} + I_n)}{2} \times \Delta t $$ $$ Q_{\text{total}} = \sum \Delta Q $$ 3. **任务采样频率优化**: $$ f_{\text{sample}} = \frac{1}{T_{\text{switch}} + T_{\text{read}}} \approx 10\text{Hz} $$ 其中 $T_{\text{read}} \approx 5\text{ms}$ #### 系统初始化流程 ```c int main(void) { // UCOS初始化 OSInit(); // 硬件初始化 DWT_Init(); I2C_Init(); INA226_Init(INA226_ADDR1); INA226_Init(INA226_ADDR2); // 创建电池监控任务 OSTaskCreate(BatteryTask, ..., OS_OPT_TASK_STK_CHK); // 启动系统 OSStart(); while(1); } ``` #### 误差校准建议 1. **温度补偿**:添加温度传感器校正分流电阻温漂 2. **积分修正**:采样周期内电流变化采用梯形积分法 $$ \Delta Q = \frac{T_s}{3600} \sum_{k=1}^{N} \frac{I_k + I_{k-1}}{2} $$ 3. **数据平滑**:对原始数据采用FIR滤波
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