INA226 Current Sensor - Arduino Project

概要

此 Arduino 專案使用 INA226 電流/功率感測器 來監控兩個設備的實時電壓、電流和功率數據，並以 JSON 格式輸出到序列監視器。INA226 是一款高精度的 I2C 感測器，適合測量電壓、電流和功率。

功能描述

1. 初始化兩個 INA226 感測器，分別通過不同的 I2C 地址與 Arduino 通訊。
2. 從每個感測器讀取：
   • 電壓 (Voltage)：單位為伏特 (V)。
   • 電流 (Current)：單位為毫安培 (mA)。
   • 功率 (Power)：單位為瓦特 (W)。
3. 將讀取到的數據組成 JSON 格式，方便進一步處理。
4. 每秒更新並輸出數據到序列監視器。

目標硬體

• Arduino 主控板（支援 I2C，例：Uno、Mega、Leonardo）
• INA226 感測器模組 x 2
• 連接用杜邦線

程式結構

初始化

• INA226_WE 類別創建兩個感測器對象，分別綁定 I2C 地址。
• 初始化每個感測器，若初始化失敗，會在序列監視器顯示錯誤並停止程式執行。

數據讀取與處理

• 讀取每個感測器的匯流排電壓 (Bus Voltage)、電流 (Current)、以及功率 (Power)。
• 數據整合為 JSON 格式：

  {
    "sensor_1": {
      "voltage": 3.3,
      "current": 120.5,
      "power": 0.398,
      "channel": 0
    },
    "sensor_2": {
      "voltage": 5.0,
      "current": 100.0,
      "power": 0.5,
      "channel": 1
    }
  }

輸出與更新

• 每秒輸出一次更新數據，JSON 格式便於整合至本地伺服器或其他應用。

程式碼說明

以下為核心功能：

1. 初始化感測器與通訊

   INA226_WE ina226_1 = INA226_WE(I2C_ADDRESS_1);
   INA226_WE ina226_2 = INA226_WE(I2C_ADDRESS_2);
   
   if (!ina226_1.init()) {
       Serial.println("Failed to init INA226 #1. Check your wiring.");
       while (1) {}
   }
   
   if (!ina226_2.init()) {
       Serial.println("Failed to init INA226 #2. Check your wiring.");
       while (1) {}
   }

2. 讀取數據

   float voltage_V1 = ina226_1.getBusVoltage_V();
   float current_A1 = ina226_1.getCurrent_mA();
   float power_W1 = ina226_1.getBusPower();
   
   float voltage_V2 = ina226_2.getBusVoltage_V();
   float current_A2 = ina226_2.getCurrent_mA();
   float power_W2 = ina226_2.getBusPower();

3. 生成 JSON 並輸出

   String jsonData = "{\"sensor_1\": {\"voltage\":";
   jsonData += voltage_V1;
   jsonData += ", \"current\":";
   jsonData += current_A1;
   jsonData += ", \"power\":";
   jsonData += power_W1;
   jsonData += ", \"channel\":0}, \"sensor_2\": {\"voltage\":";
   jsonData += voltage_V2;
   jsonData += ", \"current\":";
   jsonData += current_A2;
   jsonData += ", \"power\":";
   jsonData += power_W2;
   jsonData += ", \"channel\":1}}";
   
   Serial.println(jsonData);

4. 每秒更新數據

   delay(1000);  // 延遲 1 秒後重新讀取

使用方式

1. 硬體接線:

   • 將 INA226 感測器的 SDA 和 SCL 分別連接到 Arduino 的對應 I2C 腳位：
     • Uno/Nano: SDA=A4, SCL=A5
     • Mega: SDA=20, SCL=21
     • Leonardo: SDA=2, SCL=3
   • VCC 和 GND 連接到 Arduino。
   • 確保兩個感測器的 I2C 地址不同，否則會發生衝突。

2. 軟體準備:

   • 安裝 INA226_WE 庫（可通過 Arduino 庫管理器安裝）。
   • 將此程式碼載入 Arduino IDE，並上傳至 Arduino 主控板。

3. 查看數據:

   • 打開 Arduino IDE 的序列監視器，設定波特率為 9600。
   • 每秒查看最新的電壓、電流和功率數據。

注意事項

• 確保 INA226 感測器的硬體接線正確，尤其是 SDA 和 SCL 的連接。
• 如果無法初始化感測器，可能是 I2C 地址設定有誤，或接線問題。
• 根據感測器的配置，可能需要額外校準。

範例輸出

以下為可能的序列監視器輸出範例：

{"sensor_1": {"voltage":3.3, "current":120.5, "power":0.398, "channel":0}, "sensor_2": {"voltage":5.0, "current":100.0, "power":0.5, "channel":1}}

延伸功能建議

1. 數據上傳: 將 JSON 數據發送至本地伺服器或雲端進行存儲與分析。
2. 更多通道支持: 增加其他 INA226 感測器以同時監測更多設備。
3. 數據可視化: 使用圖表或儀表板展示實時數據。