4842
大家好，作為電子愛好者，我們經(jīng)常需要自己搭建電路，測試電路的性能和參數(shù)，在實驗設(shè)備里面，電源是最重要的設(shè)備之一，一臺好的電源可以給我們的測試帶來極大的便利和安全，但是很多愛好者是沒有一臺正規(guī)的實驗電源的，只能使用一些廉價的開關(guān)電源，或者適配器給電路供電，這樣操作存在一定的風險性，可能由于疏忽造成了電源短路，或者負載電流過大，導(dǎo)致電源承受不了這么大的功率，造成電源損壞甚至人身安全問題，這個項目的內(nèi)容就是給大家提供一個廉價的簡單的電源保護方案，保證大家在使用電源測試時的安全。
項目簡介：
本項目是一個基于STM32的過壓過流保護模塊，用戶可以通過按鍵進行屏幕交互，設(shè)置過壓過流值，當過流或者過壓觸發(fā)后，屏幕會指示相應(yīng)故障，切斷輸出，用戶排除故障后，可通過按鍵復(fù)位故障，再次接通負載 。
模塊指標：
過流響應(yīng)時間：小于600uS
過壓響應(yīng)時間：小于1.3mS
輸入電壓范圍：9V~60V
通過電流范圍：0A~10A
步驟1：系統(tǒng)框架搭建及核心器件的選型
1.系統(tǒng)框圖
2.核心器件的選型
整個項目其實我們一開始就考慮過要不要使用純硬件保護方案，然后STM32只做數(shù)據(jù)采樣顯示以及過壓過流參考值控制，后面仔細考慮了下，雖然反應(yīng)很迅速，但是我們希望加入數(shù)顯，用戶可以通過按鍵修改過壓過流值，同時為了減小體積，最終還是選擇使用單片機處理的方案，32系列型號比較多，為了充分的利用芯片資源，節(jié)省成本，我們采用STM32F031F6這個型號，TSSOP20封裝，Cortex-M0內(nèi)核，48M主頻，外設(shè)及性能足夠項目使用了。
為了方便采樣電流和電壓，我選用了TI公司的INA226，該器件可以監(jiān)視分流壓降和總線電源電壓，可編程校準值，轉(zhuǎn)換時間和取平均值功能與內(nèi)部乘法器相結(jié)合，可實現(xiàn)電流值和功率值的直接讀取。
OLED屏使用中景園的0.73寸屏幕，分辨率128*88，驅(qū)動芯片SH1107，這款屏幕有個很不好的地方就是工作電壓過高，7V以上才能工作，我初步設(shè)計決定這個模塊最好5V也能工作，很明顯這個屏幕是不符合需求的，但是負責硬件的朋友非要用這個屏幕，我也就沒干預(yù)太多，最終還是選用的0.73寸的，需要額外增加SX1308這顆升壓芯片，大家可以自行更換常見的中景園的0.96寸或者0.91寸的OLED這兩尺寸的，驅(qū)動芯片SSD1306，需要自行更換驅(qū)動庫，注意要更換成硬件IIC驅(qū)動，稍微有點費時。其它芯片沒有太多注意的，用的常用的型號。
電源芯片：XL7005（BUCK降壓），LP2983（LDO降壓），SX1308（BOOST升壓）；
MOS驅(qū)動芯片：UCC27517；
MOS型號：BSC093N15N85/CSD19534。
步驟2：硬件系統(tǒng)及GUI用戶界面設(shè)計
簡要講解下電源部分，輸入電壓通過XL7005進行降壓后輸出5V電壓，然后再通過LP2983降壓到3.3V給單片機和INA226供電，另一路通過SX1308進行升壓到12V給MOS驅(qū)動芯片和屏幕供電。注：原理圖源文件請下載附件查看
GUI設(shè)計：
為了節(jié)省屏幕刷新時間，每次只顯示一個數(shù)字，顯示為覆蓋式，即不更改之前顯示的內(nèi)容，只把目標區(qū)域的內(nèi)容進行替換，減少清屏和重復(fù)內(nèi)容顯示所占用的時間，如下面設(shè)計圖，只有“299”，“299”，“NORMAL”這些字樣位置會進行數(shù)據(jù)替換，單位“V”，“A”，及背景，不需要顯示更新。
設(shè)計的界面圖如上圖：
頂部內(nèi)容為“電路城的LOGO”+Protection Modual字樣；
第一欄顯示電壓；
第二欄顯示電流；
第三欄顯示狀態(tài)。
步驟3：程序設(shè)計
按照預(yù)期的功能，我們需要使用單片機完成電壓電流的數(shù)據(jù)采樣，屏幕顯示內(nèi)容更新，數(shù)據(jù)處理這三個功能，其中屏幕顯示是一個比較占用處理器時間的過程，中景園官方例程提供的還是軟件IIC的驅(qū)動代碼，為了提高顯示內(nèi)容單次更新速度，就必須將官方的代碼進行更改，換成硬件IIC驅(qū)動，換成硬件IIC后，時鐘開到1MHz（實測IIC跑到1.2M以上屏幕驅(qū)動就吃不消了），顯示一個8*16像素的數(shù)字需要11ms左右，這個時間過長，導(dǎo)致其它進程循環(huán)周期過長，查看官方的驅(qū)動代碼后，發(fā)現(xiàn)顯示內(nèi)容數(shù)據(jù)生成的算法過于低效，算法跟中景園他們家0.96寸的型號不一樣，我參考0.96寸的算法進行了更改，將顯示一個8*16像素的數(shù)字提升到了1ms左右的刷新速度，這個速度還算可以，如果各位對這方面感興趣，也可以配合DMA+中斷，再換成SPI接口的硬件連接方式測試一下速度能不能更大幅度提高；電壓電流數(shù)據(jù)采樣部分采用的INA226這顆芯片，帶觸發(fā)輸出，但是只能限制一種觸發(fā)輸出，為了穩(wěn)定起見，在初始化INA226的時候，設(shè)置為過流觸發(fā)，設(shè)置過流閾值，直接外部中斷觸發(fā)STM32并進行保護動作，電壓保護就采用寄存器輪詢方式進行監(jiān)控，所以屏幕刷新速度直接影響電壓保護動作速度，快則幾百uS，慢則1ms多，除了這兩個需要重點處理，其他部分就是常規(guī)的代碼編寫和優(yōu)化了。程序流程圖與部分程序截圖可在附件提供的資料中查看。
代碼都做了大量的批注，有些地方大家不太理解的對照程序流程圖輔助理解就好，大家可以根據(jù)自己的需求在工程里面刪改一些內(nèi)容，自定義一些功能，有什么建議和問題可以在評論區(qū)討論。
步驟4：系統(tǒng)功能測試及項目總結(jié)
制作說明：
將附件內(nèi)容的PCB工程用AD打開，生成Genber文件或者直接把PCB文件交給PCB生產(chǎn)商打樣，然后按照BOM表單進行元器件購買，程序文件使用的Keil 5進行編寫的，需要安裝Keil 5才能打開，程序下載采用的SWD方式，使用JLINK或者DAPLINK等下載器下載
使用教程：
1.模塊說明：
2.按鍵介紹：
SET鍵：進入/退出設(shè)置模式
AN鍵：復(fù)位保護操作(未進入設(shè)置模式)；進入/退出更改閾值模式
+ 鍵：選中下一個數(shù)字(未進入更改閾值模式);當前數(shù)字數(shù)值+1(更改閾值模式)
-鍵：選中上一個數(shù)字(未進入更改閾值模式);當前數(shù)字數(shù)值-1(更改閾值模式)
3.更改閾值 ：
①按一下”SET鍵”，進入設(shè)置狀態(tài)
②按“+鍵”或者“-鍵”移動光標選中的數(shù)字
③按下“AN鍵”，進入更改數(shù)字狀態(tài)
④按“+鍵”或者“-鍵”更改數(shù)值大小
⑤按下“AN鍵”，退出更改數(shù)字狀態(tài)
⑥按一下“SET鍵”，退出設(shè)置狀態(tài)
4.復(fù)位保護動作：
確保當前為顯示電壓電流狀態(tài)，不是設(shè)置模式界面(如果是過流過壓觸發(fā)了保護，請排除故障再操作，以免多次復(fù)位保護導(dǎo)致MOS管損壞)
①按下“AN鍵”，即可復(fù)位
結(jié)語：
做這個項目和寫這個教學帖，目的是給一些電子愛好者提供一個過壓過流保護方案，可以直接用我們的DEMO工程去制作出來，對于有能力的朋友，完全可以在我們的基礎(chǔ)上進行改進，這個項目的硬件部分還可以做很多的優(yōu)化，大家可以在我的程序框架基礎(chǔ)上或者仿照我這個程序系統(tǒng)的設(shè)計進行自定義的功能設(shè)計和開發(fā)，希望這篇教學帖子可以幫個各位，感興趣的朋友可以點個贊，留個評論，謝謝各位~
版權(quán)聲明：本文系電路城原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載，侵權(quán)必究！
