摘 要：本文介绍了一种成本低廉的直流电源功率检测系统，完整的介绍了该系统从数据采样处理模块，到相关软件程序的设计方法。系统最终实现了直流功率的采集和显示，达到了检测功能。
关键字：功率检测；ARM；INA219
中图分类号：TN98
直流电源是现在很多电子设备使用时必备的供电装置，也是从事电子设计行业工程师在进行产品开发时的必备工具之一。在使用直流电源时，工程师们希望能时时掌握电源的基本参数，以便在进行设备的开发和调试时能了解设备的运行情况，能避免和快速处理紧急的情况发生。而然，现在市场上带有电流、电压监控功能的直流电源价格往往相对较高，因此，本文设计了一种低成本的直流功率检测装置，使直流电流流过毫安级小电阻，使用TI公司的INA219AID芯片实现对其电压、电流采集，通过STM32微控制器为主控芯片，并控制LCD液晶屏将计算出的功率具体数值以及电源的其他参数显示出来。
1 系统结构
根据系统的需求，本设计的系统结构如图1所示。其中电源输入为待测的直流电源，可为最大26V的直流电源，将其输出串接一个1毫欧的小电阻后，输出给负载供电。电源数据的采样和检测有INA219完成，将其检测脚直接连接至1毫欧电阻的两端后，由芯片内部完成模数转换模块，将采集到的电压、计算后的电流数值进行模数转换，并通过乘法器求出功率数值，分别将三个参数存入其内部的三个寄存器内。STM32为系统的主控芯片，通过IIC总线，将INA219所采集和计算的电压、电流和功率值取出，并控制LCD将其显示。
2 硬件设计
系统采集功能是有INA219AID实现的，该芯片可以完成对电压、电流、功率信号的采集功能。作为一种双向电流/功率控制器芯片，可同时采集电源电压、计算电流信号，用内部ADC进行数模转换，再用内部乘法器运算出功率信号，由此获得三种信号的二进制十六位数值，之后再将三种信号的数值分别存入电压寄存器（voltage register），电流寄存器（current register），功率寄存器（power register）内。
采集部分硬件原理图如图2所示，在INA219的VIN+与VIN-管脚两端并联一个1毫欧电阻（current shunt），使输出电流能够被控制在0.01A-1A之间。1毫欧电阻两端的电压即为分流电压值Vshunt，范围控制在50mV以内。VIN-与地线间的电压则为总线采样电压VBUS，范围控制在0V到26V之间。采集到电压以及计算后的电流信号后，在INA219AID内部进行模数转换，再通过乘法运算得出功率值
分别存入三个寄存器内，最终经IIC总线传输到STM32芯片。
3 软件实现
本系统以STM32F103ZCT6芯片（32位ARM微控制器）作为CPU，在Keil uvision4开发环境下编写相应程序，将INA219内的数据通过IIC总线读取，并发送数据到LCD液晶屏上显示数据。
本系统软件程序的思路如下，先对分流电压、总线采样电压、电流和功率变量进行定义，因为上述参数最终要在LCD上显示，所以要定义成字符数组的形式，即用unsigned char定义数组。之后对输入输出端口，中断、时钟、串口以及IIC总线进行初始化。然后使用IIC总线对芯片内部的各个寄存器进行读与写的操作。最终在LCD液晶屏上显示直流电源的所有参数数值。
4 结束语
经过多次测试验证，本系统能成功实现直流电源功率检测的功能，因此可以证明，对直流电源进行功率检测是实际可行的。本系统相比传统的水阻法和大功率滑动变阻器接法而言，方便快捷，精度更准确，成本低廉，具有比传统工艺更大的优势。本系统的测试结果，有力证明了其所应用技术在直流电源性能检测中广泛的应用前景。
参考文献：
[1]何宾.Cortex-M3可编程片上系统原理及应用[M].北京：化学工业出版社，2012.
[2]喻金钱，喻斌.STM32F系列ARM Cortex-M3核微控制器开发与应用[M].北京：清华大学出版社，2011.
[3]陈志旺.STM32嵌入式微控制器快速上手[M].北京：电子工业出版社，2014.
作者简介：马鸿斌（1993.03-），男，甘肃天水人，本科在读，电子信息工程专业。
作者单位：北方工业大学信息工程学院，北京 100144