INA226を使用した簡易電圧モニタ
某所で、1-5V程度の出力電圧を監視したいとの依頼があったので、BBBでEPICS内蔵の簡易電圧モニタを作成することになった。
電圧の測定は、I2C通信ができるモジュールやIC、Serial通信が可能なテスタなどが候補に挙がった。
モジュール | 測定範囲[V] | bit数 |
BBB内蔵 | 0 ~ 1.8 | 12 |
Arduino uno | 0 ~ 5 | 10 |
Adafruit ADS1115 | 0 ~ VDD | 16 |
INA226 I2Cディジタル電流・電圧・電力計モジュール | 0~36 | 16(15) |
MCP3425 | VSS-0.3 ~ VDD+0.3 | 16 |
今回の目標としては
- 安く作ること
- テスタやPLCのADCモジュール、マルチメーター等は使えない
- 分解能は12bit以上
- スピードは考慮しない
としたので、
が候補となった。
I2C 接続試験
始めに通信が簡単そうなINA226 I2Cディジタル電流・電圧・電力計モジュールで実験してみた。
ブレッドボードにINA226モジュールを差し、4.7kΩのプルアップ抵抗をSCL,SDAに接続、電源は3.3Vを接続した。モジュールのI2Cアドレスは0x40になるように設定。
BBBとはI2C-2(P9-19,P9-20)にSCL,SDAをそれぞれ接続した。
BBBのI2C用のコマンドで確認。
入力した電圧は、VCC(3.3V)
root@beaglebone:~# i2cdetect -y -r 2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f 00: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 40: 40 -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 50: -- -- -- -- UU UU UU UU -- -- -- -- -- -- -- -- 60: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 70: -- -- -- -- -- -- -- -- root@beaglebone:~# i2cget -y 2 0x40 0x02 w 0x720a
0x720aはリトルエンディアンなので、LSB,HSBを反転。(0x0a72 -> 2674)
2674 x 1.25[mV] = 3342.5[mV]
テスタで読んだ値が3.35Vなので正しそう。
その後、MCP3425も試してみたが、レジスタを読むだけでなく、RDYビットを設定したりしないといけないらしいので、今回はINA226 I2Cディジタル電流・電圧・電力計モジュールを使うことにした。
基板作成
基板は、秋月のBeagleBone・ユニバーサルプロトケープにINA226 I2Cディジタル電流・電圧・電力計モジュールを載せて、LEMOコネクタから電圧を入力するようにした。
いつも問題になるケースは、BeagleBone Blck用ケースを加工して使うことにした。
このようにしました。
ただ、コネクタとモジュール基板を上面に実装するとケースの蓋に当たってしまうので裏面に実装した。
実装写真
実装基板とケースはこんな感じで。
スペースとしては2chまでは実装できそう。
IOC
IOCはdrvAsynI2Cを使って電圧レジスタを読み込むだけのお手軽仕様で。
レジスタマップ等のチップの仕様はTI INA226から。
とりあえず、積算時間、平均回数はデフォルトのまま変えないで、BusVoltageレジスタを読み込むだけのIOCを作成。
INA226 で通常測定で使用するレジスタは以下のようになっている。詳しくはdatesheetを参照。
POINTER(HEX) | ADDRESS | POWER-ON RESET(HEX) | TYPE |
00h | Configuration Register | 4127 | R/W |
01h | Shunt Voltage Register | 0000 | R |
02h | Bus Voltage Register | 0000 | R |
03h | Power Register | 0000 | R |
04h | Current Register | 0000 | R |
configure/RELEASE
RELEASEファイルは、使用するドライバサポートを追加。
ASYN = $(EPICS_BASE)/../modules/soft/asyn/4-31 STREAM = $(EPICS_BASE)/../modules/soft/stream/2.7.7_I2C DRVASYNI2C = $(EPICS_BASE)/../modules/instruments/bbb/drvAsynI2C
I2Cを使うので対応したものを設定。
protocol file
プロトコルファイルはdrvAsynI2Cの例題にあったものをコピーして使用。
Terminator = ""; LockTimeout = 500; ReplyTimeout = 100; ReadTimeout = 100; WriteTimeout = 100; MaxInput = 2; ExtraInput = Error; RdReg { out ${1} ${2}; in "%02r"; } WtReg { out ${1} ${2} "%02r"; }
始めは、実験時にi2cgetで取得できたように、リトルエンディアンのデータが出力されるかと思ったが、データは普通の値として取得できたので、エンディアン変換等の後処理をする必要はなかった。
Db file
DBファイルは、streamdeviceでレジスタを読み込んで、電圧変換するだけ。
一応、configurationレジスタの設定も作成してあるが、いまのところ使っていない。
record(longin, "$(USER):INA226:BUS_VOLT:GET:RAW") { field(DESC, "INA226 bus registor read") field(DTYP, "stream") field(INP, "@INA226.proto RdReg($(I2C_ADDR),2) $(BUS)") field(SCAN, "$(SCAN)") field(FLNK, "$(USER):INA226:BUS_VOLT:GET") } record(calc, "$(USER):INA226:BUS_VOLT:GET") { field(DESC, "convert voltage") field(INPA, "$(USER):INA226:BUS_VOLT:GET:RAW") field(CALC, "A*0.001*1.25") field(EGU, "V") field(PREC, "3") } ################################################# # # bit 0~2: operate mode # 3~5: shunt voltage conversion time # 6~8: bus voltage conversion time # 9~11: averaging mode # 12~14: reserved # 15: config reset # record(longout, "$(USER):INA226:CONF_REG:SET") { field(DESC, "Set config registor") field(DTYP, "stream") field(OUT, "@INA226.proto WtReg($(I2C_ADDR),0) $(BUS)") }
src/Makefile
src/MakefileにDBDとlibを設定する。
# Include dbd files from all support applications: presSens_DBD += asyn.dbd presSens_DBD += stream.dbd presSens_DBD += drvAsynI2C.dbd # Add all the support libraries needed by this IOC presSens_LIBS += asyn presSens_LIBS += stream presSens_LIBS += drvAsynI2C
st.cmd
st.cmdは、送信先のデバイスをdrvAsynI2CConfigureにするだけで、いつものstreamdeviceと時と同じ。
#!../../bin/linux-arm/presSens ## You may have to change presSens to something else ## everywhere it appears in this file < envPaths epicsEnvSet("STREAM_PROTOCOL_PATH", ".:../../presSensApp/Db") cd "${TOP}" ## Register all support components dbLoadDatabase "dbd/presSens.dbd" presSens_registerRecordDeviceDriver pdbbase drvAsynI2CConfigure("I2C","/dev/i2c-2",1) ## Load record instances dbLoadRecords("db/INA226.db","USER=PFaVA:test,I2C_ADDR=0x40,SCAN=1 second,BUS=I2C") cd "${TOP}/iocBoot/${IOC}" iocInit #var streamDebug 1 #asynSetTraceMask( "I2C", 0, -1 ) #asynSetTraceIOMask( "I2C", 0, -1 )
実行
make後にst.cmdを実行するが、I2Cデバイスへのアクセスは通常はrootでしか許可されていないので、IOCの起動はrootで実行する必要がある。
もしくは専用のユーザーを作成し、I2Cデバイスへのアクセスを許可する設定をするしかないが、今回はrootで実行する。
IOCを起動後、cagetしてみる。
入力電圧は、3.3V電源。
beaglebone:/opt/epics/app/presSens> caget PFaVA:test:INA226:BUS_VOLT:GET PFaVA:test:INA226:BUS_VOLT:GET:RAW PFaVA:test:INA226:BUS_VOLT:GET 3.36625 PFaVA:test:INA226:BUS_VOLT:GET:RAW 2693
テスタの読み値で3.37Vなのでほぼ同じ。
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