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创一工作室 自研芯衡功率计 数据解算及TOHS实现 （未完成）

Bidirectional Energy Monitor

项目名称： 芯衡 (Bidirectional Energy Monitor)

文档版本： 2025.11.24 v1.0

作者： TuxMonkey

目录

• 1. 项目概述
• 2. 系统架构
• 3. 程序接口实现
• 4. 用法
• 5. 功率控制策略
• 6. 故障诊断

1. 项目概述

芯衡 (BEM) 是一款专为机器人竞赛设计的实时功率监控与预警系统。

在比赛中，官方的电源管理模块对功率输出有严格限制，超功率会导致整车强制断电，从而直接导致比赛失败。本项目的核心目标，正是通过* 高精度、实时监测机器人的总功耗，为控制系统提供毫秒级的功率数据和超功率预警*，使机器人在发挥最大性能的同时，绝对避免因超功率而被罚下。

1.1 核心功能

• 实时双向监测：精确测量XT30接口的电压、电流，并计算瞬时功率。
• 累计能耗统计：记录单场比赛或单次运行的总耗电量。
• 功率超限预警：当功率接近官方限制阈值时，发出软件或硬件警告。
• 实时功率反馈：通过串口或CAN总线，将实时功率数据发送给主控，为功率控制算法提供数据基础。

1.2 硬件平台

• 主控制器：STM32F105，负责数据计算、逻辑判断与通信。
• 功率监测芯片：INA226，专用于双向电流/功率监测的高精度芯片，通过I2C通信。
• 显示单元：OLED显示屏，用于本地实时数据显示。
• 通信接口：串口 (UART) 或 CAN总线，用于与机器人主控交互。

2. 系统架构

+-------------------+      I2C       +-------------------+      UART/CAN     +-------------------+
|   INA226          |<-------------->|   STM32F105       |<----------------->|   机器人主控      |
|  (功率测量)       |                |  (数据处理与控制) |                   |   (决策与执行)    |
+-------------------+                +-------------------+                   +-------------------+
         ^                                    |
         |                                    | OLED
         +------------------------------------+
                  (测量XT30电源输入)

3. 程序接口实现

3.1 INA226 驱动层

主控已经做好了 了解更多请参照硬件文档

3.2 数据处理与通信层

/**
  * @brief  功率计主任务 (应在FreeRTOS或主循环中调用)
  * @note   负责周期性读取数据、检查预警、发送数据包
  */
void BEM_MainTask(void);

/**
  * @brief  获取当前功率数据包
  * @param  *data: 指向数据包结构体的指针
  */
void BEM_GetDataPacket(bem_data_packet_t *data);

/**
  * @brief  通过串口发送数据包 (用于调试或上位机)
  */
void BEM_UART_SendData(void);

/**
  * @brief  通过CAN总线发送数据包 (用于与主控通信)
  */
void BEM_CAN_SendData(void);

3.3 数据结构定义

typedef struct {
    float bus_voltage_v;    // 总线电压 (V)
    float current_a;        // 电流 (A)
    float power_w;          // 瞬时功率 (W)
    float energy_wh;        // 累计能耗 (Wh)
    uint8_t alert_flag;     // 预警标志位
    uint32_t timestamp_ms;  // 时间戳
} bem_data_packet_t;

4. 用法

(此处描述如何使用这个功率计，从硬件连接到软件操作)

4.1 硬件连接

1. 将功率计的XT30输入接口连接至机器人电池。
2. 将功率计的XT30输出接口连接至机器人电源分配板。
3. 连接STM32的串口或CAN接口至机器人主控。
4. (可选) 连接OLED显示屏以进行本地监控。

4.2 软件初始化

在主程序初始化阶段调用以下函数：

// 设置功率预警阈值为官方限值的90%，例如180W
BEM_SetPowerAlertThreshold(180.0f);

4.3 主循环集成

在主循环或独立任务中运行：

while (1) {
    BEM_MainTask(); // 执行数据读取、检查和发送
    osDelay(10); // 根据需求调整周期，例如10ms
}

5. 功率控制策略

(此处是文档的核心，详细说明如何利用BEM的数据避免超功率)

5.1 预警级别设置

我们设置两级预警：

• 软预警 (~80%-90% 限功率)：当功率达到此阈值，BEM_CheckAlertFlag() 返回 true。主控程序应收到信号，并开始采取* 温和的降功率措施*，如：
  • 限制非核心机构的功率输出。
  • 降低移动底盘的最大速度。
  • 暂停某些预加载动作。
• 硬预警 (~95% 限功率)：触发硬件报警，主控必须采取强制措施，如：
  • 立即停止所有非必要动作。
  • 进入“安全模式”，仅维持最基本功能。

5.2 主控端决策逻辑示例

// 机器人主控程序中的逻辑
bem_data_packet_t power_data;
BEM_GetDataPacket(&power_data);

if (power_data.alert_flag) {
    // 触发预警，执行降功率策略
    Robot_EnterPowerSavingMode();
}
if (power_data.power_w > HARD_LIMIT_W) {
    // 紧急情况！立即停止所有电机
    Robot_EmergencyStop();
}

6. 故障诊断

• 问题：读取到的数据始终为0。
  • 检查：I2C线路连接是否正确，INA226地址配置是否正确。
• 问题：功率计算值明显不准。
  • 检查：分流电阻值在程序中配置是否正确，INA226的校准寄存器配置。
• 问题：无法接收到CAN总线数据。
  • 检查：CAN终端电阻是否连接，波特率设置是否匹配。