EEWORLD DIY——基于ArduinoUNO的USB电量计

XinChao

EEWORLD DIY——基于ArduinoUNO的USB电量计 [复制链接]

 

EEWORLD DIY——

基于Arduino UNO的USB电量计

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
功能简介
        可以用来测试手机、充电宝等USB设备的充放电电压、电流、电量，以及充放电时间，并记录显示。
~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
硬件原理

使用的硬件
        Arduino UNO开发板，IIC接口的SSD1306 OLED显示屏，按键等。

整机电路
        如下图，USB电源输入直接用Arduino UNO开发板的USB接口。OLED显示屏插在开发板任意4个数字接口上，自制的USB电压电流检测模块插在电源接口和模拟接口上，两个按键用两个数字接口。


USB电压电流检测模块
        如下图，原理很简单，5V的电源用两个100K的电阻分压到一半送A0口检测，负极串了一个0.39欧姆的采样电阻，接到A1口检测。用洞洞板做的模块，USB座输出5V电源。
        PS：别问我为什么用0.39的电阻，我是不会告诉你我只有0.39电阻的。。。



测试用的放电模块
        二十多个510的电阻并联组成，大约200mA的放电电流。通过跳线可切换100mA和200mA两档。


~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
开发环境
        Arduino IDE 1.8.3


~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
工作原理

        这次用的是Arduino平台，软硬件开发都很简单。

OLED
        SSD1306 OLED显示屏为IIC接口，Arduino UNO开发板有硬件IIC，但是为固定的接口，为了方便接口的分配，我使用了软件模拟IIC，这样OLED屏就可以使用开发板上的任意接口了。

KEY
        用了两个按键接到Arduino UNO开发板的数字接口，软件中配置相应接口为上拉输入模式。在主循环中读取按键状态。两个按键实际只用了一个，用来清除测量数据。

ADC
        用了两路A0和A1，A0用于检测输出电压，A1检测采样电阻电压，计算电流。

EEPROM
        使用Arduino UNO开发板上MCU芯片MEGA328P内部的EEPROM，共1024个字节，用来存储两个参数，用了12个字节。

UART
        向电脑发送测试信息。

LED
        用Arduino UNO开发板上的一个LED来表示电量测量状态，测量时每秒闪一次。

软件流程
        软件的流程比较简单，就不画流程图了：复位后完成各种初始化（串口、按键、显示屏等），读取保存的参数，然后进入主循环，主循环中检测按键和秒时间标志SecondFlag，有按键按下时清零测量数据，有秒时间标志SecondFlag时更新显示并保存数据。

        秒时间标志SecondFlag由定时器中断产生，定时器定时100ms，每次中断读取ADC的值，到达10次（1秒）时计算ADC的平均值，计算电压、电流和电量，设置秒时间标志SecondFlag。

自动测量电量
        当检测到的电流特别小时（小于10mA），认为没有进行电量测量，此时不计时，只有电量大于1mA时才开始计时并计算电量。

数据保存
        每秒数据更新后都会保存电量和时间两个参数，防止测量中断时再复位后可以读出参数继续测量。比如在测试充电宝放电电量时，当充电宝电放完之后系统就会断电，这样的话重新上电时就能看到充电宝放电的电量和放电时间。

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
测试
1、开机
        上电开机，OLED显示屏会显示开机欢迎画面，然后显示电压、电流、电量和时间。

        如果开发板的电源输入口接电脑的话，同时会从串口向电脑输出开机信息。然后每秒显示一次检测到的电压、电流、电量和时间。


2、电压检测
        如下图所示，检测到的电压为4.98V，和用万用表测得值4.99V相比还算可以，误差不算太大。


3、电流检测
        测得0.187A时万用表读数202.4mA，0.083A时万用表读数108.8mA，小电流时误差比较大，但还可以接受。。。
        我的采样电阻是普通电阻，换成高精度低温漂的电阻会更精确。



4、断电数据保存
        在测试中如果MCU复位，或者电路断开，重新上电时会读取保存的已测试时间和电量的数据。
        如下图中显示Hello表示MCU复位，Read Data表示读取到了保存的参数。


~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
演示视频
        动图比较大，请耐心等待图片加载。。。

1、开机
        开机先显示开机欢迎画面，然后显示电压、电流、电量和时间。


2、开始测量
        没有插入USB接口时，显示电流为0，时间不走。
        当插入USB充电宝时，检测到了电流，开始计时。


3、按键
        按键前显示已充电两分钟，电量7mAh，按键后电量和时间都清零，重新开始计量。


4、断电
        当断电重新上电时，会读取已保存的数据，继续计算电量，而不是从零开始。


~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
源代码
XinChao-Arduino-ELE-171213a.zip (38 KB, 下载次数: 25)

2017-12-13 15:53 上传

点击文件名下载附件

欢迎指正!



此内容由EEWORLD论坛网友XinChao原创，如需转载或用于商业用途需征得作者同意并注明出处

sanhuasr

两个按键是怎么接上去的
来个近图

sanhuasr

时间使用定时器产生，时间久了溢出了怎么办？

XinChao

sanhuasr 发表于 2017-12-13 21:21
两个按键是怎么接上去的
来个近图

很简单，焊3根针上。
中间接地，两边接IO，IO芯片内部上拉。

XinChao

sanhuasr 发表于 2017-12-13 21:21
时间使用定时器产生，时间久了溢出了怎么办？

MCU的定时器只定时100ms，不会溢出。就算会溢出，也可以定时短一点，再用变量累加。当然这样定时误差会大点，要想精确的话可以加RTC芯片。
计算电量的秒计时用了一个32位的变量，最大可以计时136年，我想应该够用了吧。。。

sanhuasr

XinChao 发表于 2017-12-14 08:45
很简单，焊3根针上。
中间接地，两边接IO，IO芯片内部上拉。

第一次见这种新颖的做法，感觉中间也可以加个电阻

sanhuasr

XinChao 发表于 2017-12-14 08:54
MCU的定时器只定时100ms，不会溢出。就算会溢出，也可以定时短一点，再用变量累加。当然这样定时误差会大 ...

是说OLED的时间还是串口输出的秒？OLED的时间连续走时可以走多久？
因为我之前要在保存的数据前加时间，使用了RTC芯片，如果你这种方法可取，后面设计就用你这种

XinChao

sanhuasr 发表于 2017-12-14 19:33
第一次见这种新颖的做法，感觉中间也可以加个电阻

呵呵 只为电路最简单 软件上用芯片内部的上拉电阻就行了

XinChao

sanhuasr 发表于 2017-12-14 19:36
是说OLED的时间还是串口输出的秒？OLED的时间连续走时可以走多久？
因为我之前要在保存的数据前加时间， ...

OLED上显示的时间，和串口输出的秒，都是秒计时用的32位的变量。
你可以算下32位最大4294967295秒=1193046小时=49710天=136年。
其实好多MCU比如STM32内部的RTC就是一个32位的定时器。

sanhuasr

XinChao 发表于 2017-12-15 08:40
OLED上显示的时间，和串口输出的秒，都是秒计时用的32位的变量。
你可以算下32位最大4294967295秒=11930 ...

就是说每次上电只能接着之前的时间走，这个时间你是放到了flash里面，

XinChao

sanhuasr 发表于 2017-12-15 21:32
就是说每次上电只能接着之前的时间走，这个时间你是放到了flash里面，

是的

ketose

d感觉在哪里见过一样。

XinChao

ketose 发表于 2018-1-8 09:57
d感觉在哪里见过一样。

用nxp的824做过类似功能的，但这个mcu、显示屏、软件开发平台都不一样。

azong

这是每秒都写入EEPROM 吗？ 但是EEPROM不是只能写1000000次吗？ 不是坏的快。