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zhbi98/PowerWatch

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PowerWatch 迷你 USB 电源功率计

1. 项目简介

PowerWatch 是我设计的一个 Mini-USB 电源功率计,设计包含外观结构,电路 PCB,程序固件。

PowerWatch 在硬件设计上支持同时采样被测电源的电压,电流及功率等参数,同时通过软件的形式实现了电能实时监测功能。

电能实时监测功能可以方便的知道被监测电源所输出的电能。 比如通过 PowerWatch 可以知道充电宝为手机充电时,充电宝流入手机的电能为多少 mAh。

而其中 mAh 表明的是电能单位,例如以 x mA 电流持续输出 1 h 时间,则输出的电能为 x mAh。

2. 硬件介绍

(1) 微控制器:采用国产兆易 GD32F103RCT6,芯片主频 96MHz 最高可达 108MHz,64P 引脚,RAM 空间 64KB,ROM 空间 256KB,支持 USB 通信。

(2) 屏幕:驱动芯片 ST7789V3,材质 IPS,采用 8 位并行 8080 通信接口,分辨率 320x170。

(3) Flash 芯片:GD25Q64 64MBit 即 8MByte。

(4) 电压电流采样芯片:采用德州仪器 TI 的 INA226AIDGSR 芯片。

(5) 外壳模型:3D 打印,材料使用尼龙或工程塑料 。

3. 目录说明

3.1 Firmware 目录

该目录包含 PowerWatch 的所有功能源码实现,芯片驱动库,以及 Keil 编译工程所在目录,现在来简单介绍一下。

mdk5/ 目录即为 MDK-ARM(即 Keil5 集成开发环境) 的工程文件。

test/ 目录包含所有功能实现源码,以及需要用到的芯片驱动库,图形界面库 LVGL。

程序主要包含以下内容:

(1) GD32f103 的 USB Device 设备驱动,USB 驱动使用的设备描述符是 CDC 虚拟串口,使用 USB 接口可以用于和上位机进行数据通讯。

(2) ST7789V3 屏幕芯片驱动。

(3) 电压电流采样芯片驱动。

(4) 移植好的 LVGL8.2.0 的 UI 绘图库,这个 UI 库可以实现美观的图形界面,使用 LVGL 后就不需要我们自己控制屏幕逐像素的绘制图形来实现 UI 了。

注意:如果需要编译此工程需要安装 keil5 集成开发环境,以及在 keil5 中安装 GD32F10 系列的芯片描述包, 安装好后点击本项目工程文件夹下的工程文件启动 keil 直接编译即可。

GD32F10 芯片描述包可以到兆易官方网站下载,找到 GD32F1x0 AddOn 压缩包,芯片描述包就在该压缩包下,下载地址:点击这里


power_watch_firmware_v1.0.hex:为 PowerWatch 源码的编译后的固件,如果使用编译固件,需要使芯片进入 BOOT 模式,并使用 PCB 板上预留的串口来写入该固件。

3.2 Hardware 目录

PowerWatch 的 PCB 工程源文件,该文件夹下包含电路原理图,以及 PCB 制造文件(即 Gerber 文件),器件 BOM 单(用于 SMT 贴片),器件位置文件(用于 SMT 贴片)。

将 Gerber 文件压缩后到嘉立创网站下单即可将 PCB 打样出来,BOM 单和器件位置文件是嘉立创格式,PCB 打样后可以自行按照 BOM 单购买元器件手工焊接,或利用我提供的 BOM 单和器件坐标文件运用嘉立创的 SMT 贴片服务来贴片。

硬件 PCB 已经打样验证通过,想制作的小伙伴可以放心打样使用。


PCB 设计时原本的设想是使用 STM32F103RCT6 这颗芯片作为微控制器使用的,但是奈何 STM32F103RCT6 价格较高,所以最终芯片使用的是国产兆易的 GD32F103RCT6 系列芯片。

但是这对电路并不影响,因为 GD32F103RCT6 可以不需要任何改动而实现 PIN 对 PIN 的引脚以及外设兼容 STM32F103RCT6 芯片(即它们的每一根引脚和外设的功能是相同的)。

3.3 Image 目录

该目录是功率计制作实物效果图片展示,观看制作效果可以查看该目录下的实物照片。

3.4 Structure 目录

该目录存放功率计外壳模型文件 .step 格式,外壳模型包含壳体,按键帽,屏幕支架,上盖板,直接下载用于 3D 打印即可。

为了美观考虑盖板最好使用透明亚克力板进行制作,普通 3D 打印无法实现透明。

(1) 壳体 box_v2.0.step 建议采用黑色尼龙材材料 3D 打印。

(2) 屏幕支架 bracket_v2.0.step 建议采用透明树脂材料 3D 打印。

(3) 上盖板 panel_v2.0.step 建议采用亚克力或聚碳酸酯材料 CNC 加工。

(4) 按键帽 button1_v2.0.step,button2_v2.0.step,button3_v2.0.step,button4_v2.0.step 建议采用尼龙材料 3D 打印。

3.5 Docs 目录

用到的芯片配套的数据手册。

4. 外观设计

最初的 V1.0 版本模型效果

image.png

改进后 V2.0 版本模型效果

image.png

5. 实物展示

image.png

MIT License Copyright (C) <year> <copyright holders> Permission is hereby granted, free of charge, to any person obtaining a copy of this software and associated documentation files (the "Software"), to deal in the Software without restriction, including without limitation the rights to use, copy, modify, merge, publish, distribute, sublicense, and/or sell copies of the Software, and to permit persons to whom the Software is furnished to do so, subject to the following conditions: The above copyright notice and this permission notice shall be included in all copies or substantial portions of the Software. THE SOFTWARE IS PROVIDED "AS IS", WITHOUT WARRANTY OF ANY KIND, EXPRESS OR IMPLIED, INCLUDING BUT NOT LIMITED TO THE WARRANTIES OF MERCHANTABILITY, FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE AND NONINFRINGEMENT. IN NO EVENT SHALL THE AUTHORS OR COPYRIGHT HOLDERS BE LIABLE FOR ANY CLAIM, DAMAGES OR OTHER LIABILITY, WHETHER IN AN ACTION OF CONTRACT, TORT OR OTHERWISE, ARISING FROM, OUT OF OR IN CONNECTION WITH THE SOFTWARE OR THE USE OR OTHER DEALINGS IN THE SOFTWARE.

简介

PowerWatch 一个 USB 电源功率计,用于测量具备 USB 接口的设备输出电能参数,支持测量电压,电流,功率,电能(Ah, Wh) 展开 收起
C 等 3 种语言
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