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第四届立创电子设计大赛

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电流检测 动态电流 STM32 USB电流表 小信号测量 电流采集 模拟信号采集 智能分析 电流测量设备
标准版
#第四届立创大赛#基于云分析的动态电流检测分析系统

创建时间：6年前

项目主题：低功耗动态电流检测设备

2597 1

描述

<p>``注：*为必填项。</p> <p>【请在报名阶段填写 ↓】 *  简要介绍作品： 基于举办方提出的《低功耗动态电流检测设备》项目需求，本人理解为：需求方需要一套能够检测并分析出某种产品工作于不同状态时功耗情况的设备，而且要保证该套设备的价格低廉，能够让一些小公司也能够承受的起。基于以上理解，经本人分析，其实需求方所需求的《低功耗动态电流检测设备》的开发重点有两个：宽范围、高精度的电流采集和全方位、智能化的数据分析，而电流采集为基础，数据分析算法为核心。如此，本人拟设计一套《基于云分析平台的动态电流检测系统》的实施方案，使用云分析+轻量化终端的方式解决需求方的需求，并能够为需求方带来持续化的收益。</p> <p>【请在竞赛阶段填写 ↓】 *  一、作品详情； 如图1所示，电流检测系统分为云分析平台、电流检测终端管理工具和电流检测设备三部分。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WyvGeJcbrkEl4E2PiS6NBNLvtwfwQ2JyLmAKiRoL.png" alt="image.png">                                                                                             图1</p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/7DxVgnJUe9kqF4BzYwwXbljRxBkPhjSGLILzTQb2.png" alt="image.png"> 其中： 云平台——运行动态电流分析的核心算法，与各终端管理工具进行互动并对其授权，根据用户权限的不同提供不同档次的服务； 电流检测设备——负责采集测试产品的实时电流数据，此设备应尽量小型化，轻量化，且需要有足够的量程和精度。如图2所示，本设计方案中的电流检测设备特点如下：</p> <p>1）拥有7个自动量程，分辨率均为千分之一，可自动测量DC1nA~DC1A的动态电流，最高理论分辨率可达1nA@总电流不大于1uA； 2）预留DC10A电流检测接口，可使用手动的方式进行DC10A电流的测量； 3）低损耗——测试电流通过本设备后，最多只产生0.11V压降； 4）体积小——本作品所描述的电流检测设备的成品板如USB无线网卡一般大小，其体积为：72*25*17mm（长*宽*高）； 5）使用方便——带有USB全速接口USB-TypeA公头，可直接插入电脑的USB口，并使用USB总线与电脑通信； 6）调试方便——带有两套AD采集软硬件方案，可通过选焊器件的方式进行方案选择，便于应对多种场景，提高调试效率；另外，还引出了一路TTL-Uart接口，便于程序调试； 7）用户交互友好——带有通道地址指示LED三个、自由LED两个、蜂鸣器一个，便于声光报警程序的开发；</p> <p>电流检测终端管理工具——运行于用户的本地计算机上，负责与电流检测设备进行互动，接收电流检测设备采集的实时数据并进行图形展示、初步统计及分析，向用户呈现初步分析结果，在用户有需要时可将整理后的电流数据上发至云平台进行进一步分析，然后向用户呈现云平台的分析结果；</p> <p>因时间有限，本作品所描述的系统仅仅完成了一小部分，但足以证明方案可行。 已完成工作： 1.电路设计及PCB制板第一稿完成，并且根据测试情况，对原理图和PCB进行了微调，本作品上传的图片及相关文档都是修改过的； 2.因测试条件受限，仅测试了100uA量程、1mA量程和10mA量程三档，其分辨率分别为100nA，1uA和10uA，其线性度均可达0.1%FS； 3.电流检测设备的单片机程序已经完成，已经能够通过USB接口将数据发送给电流检测终端管理工具，并能够与电流检测终端管理工具进行互动，在电流检测终端管理工具的控制下对指定通道进行校准； 4.电流检测终端管理工具已经初步完成，除第3条中所描述的相关功能外，还可对采集的电流进行实时图形展示、数据展示，并可进行初步数据分析； 有待完成的工作如下： 1.待条件具备后，测试1uA、10uA、100mA、1A、10A量程档的分辨率、线性度及稳定性，根据已经测试的三个量程档的情况，可以预测100mA、1A、10A量程档应无大问题，而10uA及1uA量程档因属于小电流测量，很容易受干扰，因此这两个量程档应该是问题比较多的地方； 2.开发云平台程序； 3.优化电流检测终端管理工具，使其更加美观；</p> <p>*  二、描述作品所面临的挑战及所解决的问题； 1.本套系统的核心在于云分析平台，其研发周期较长，难度较大，尤其是电流分析算法，需要在实战中摸索； 2.本套系统前期投入较大，可能不会立见成效； 3.因本套系统是采用轻量化终端的模式，故终端的价格会很低，需要靠云平台收取服务费的方式实现盈利，关于收费的方式是一个问题； 对于以上前两个问题，本方案提出三步走战略： 第1步：完成检测设备的开发及管理软件的初步开发，可实现本地化的简要分析功能，便于向市场推广本产品； 第2步：实现云端的简要分析功能及远程自动更新功能，便于拉拢用户； 第3步：根据用户反馈，优化并扩展云端的分析功能。至此，可将功能分为高中低档，以收取服务费；</p> <p>所解决的问题： 本作品已经初步实现动态电流的检测及分析，证明本方案是可行的。在有资本支持的情况下，可进行深入开发，进而实现长期盈利。</p> <p>*  三、描述作品硬件、软件部分涉及到的关键点； 1.作品硬件关键点：低成本轻量化设计，模拟小信号的采集前处理，高速并稳定的模数转换，数字通信，低功耗及抗干扰设计等； 2.嵌入式软件关键点：数字滤波算法，智能高精度宽量程算法，实时数据传输等； 3.管理工具软件关键点：数据的直观展示，准确的初步分析算法等； 4.云分析平台软件的关键点：多场景的动态电流分析算法，权限及收费管理等；</p> <p>*  四、作品材料清单； 主材料清单： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/79TXF3cuUjVeiv0zAkl3N0FPMyBQWmto73zS78Di.png" alt="image.png"></p> <p>设备材料清单： <img src="//image.lceda.cn/pullimage/FpEmCVPBkU2q4cOWeyECEJhKlIoCJzjeVoWSwRP3.png" alt="image.png"></p> <p>*  五、作品图片上传；（PCB上须有大赛logo标识并拍照上传，若无视为放弃参赛） <img src="//image.lceda.cn/pullimage/oNEIOSsb88CCZXN1rqNyCpYJpmV85hYTgwWdWooV.jpeg" alt="正面.jpg"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/tcwBPPcbDMfl3A6Cz8RemvlzqPPt8HOWFtV4iG1P.jpeg" alt="背面.jpg"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/09K2nPXjNwIP283QN5uaKuR5mENcJ8Pnf7iwra1V.png" alt="动态图形.png"></p> <p><img src="//image.lceda.cn/pullimage/Ac5blsmgdDA17ufQnYHO2rIsZOWLV8RCVbeU7WTa.png" alt="电流分析结果.png"></p> <p>*  六、演示您的作品并录制成视频上传；（视频内容须包含：作品介绍；功能演示；性能测试；PCB上大赛logo标识特写镜头，若无视为放弃参赛） 见附件</p> <p>七、开源文档。 见附件</p>

文档

电流检测设备原理图

电流检测设备电路板

BOM

ID Name Designator Footprint Quantity Manufacturer Part Manufacturer Supplier Supplier Part
1 AO3400A Q1,Q2,Q8,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7 SOT-23(SOT-23-3) 8
2 0.2 R1,R2 1206 2
3 2 R3,R4 0805 2
4 20 R5,R6 0603 2
5 200 R7,R8 0603 2
6 2K R9,R10 R0603 2
7 20K R11,R12,R23,R24,R36,R37,R40,R41,R45,R46,R50,R51,R55,R56,R60,R61 R0603 16
8 200K R13,R14,R16,R35,R34,R43,R48,R53,R58 0603 9
9 10uF C1,C8 0603 2
10 1uF C2,C3,C17,C18 0603 4
11 100nF C4,C5 C0603 2
12 1nF C6,C7 0603 2
13 10K R15,R21,R22,R25,R27,R28,R29,R30,R31,R26,R32,R19,R38,R39,R42,R44,R47,R49,R52,R54,R57,R59,R62,R68 0603 24
14 GS8551-TR U1,U2,U6,U7,U8,U10,U11 SOT-23-5 7
15 CD4051BM96 U9 SOIC-16_150MIL 1
16 0 R17 0603 1
17 100nF C9,C10,C26,C12,C23,C24,C31,C33,C34,C35,C37,C39,C41,C42,C43,C45,C46,C47 0603 18
18 STM32F103CBT6 U3 LQFP-48_7X7X05P 1
19 10M R18 0603 1
20 22pF C13,C14 0603 2
21 U-USBAR04P-M002 USB1 USB-A-TH_4PIN-H-MALE-L_U-USBAR04P-M002 1
22 Header-Male-2.54_1x3 H1 HDR-TH_3P-P2.54-V 1
23 HT7533-1 U4 SOT-89 1
24 10uF C15,C16 CAP-SMD_L3.2-W1.6-R-RD 2
25 200 R20 0603 1
26 CJ431 U5 SOT-23(SOT-23-3) 1
27 100nF C19,C20,C21,C25,C27 C0603 5
28 1TS002B-2500-4300 SW1 SW-SMD-3.5X6X4.3-A 1
29 XH2.54-4A P3 XH2.54-4 A 1
30 19-217/GHC-YR1S2/3T LED1,LED2,LED3,LED4,LED5 LED-0603 5
31 KT-0603R LED6 LED-0603 1
32 QMB-09B-03 BUZZER1 DIP-BUZZER-9X5.5 1
33 10mΩ R33 AXIAL-0.4 1
34 B5819W D1,D2 SOD-123 2
35 10uF C28 0603 1
36 100nF C29,C11,C32,C36,C40,C44,C48 0603 7
37 12MHz X1 OSC-SMD_4P-L3.2-W2.5-BL 1
38 WJ500V-5.08-3P-14-00A P4 WJ500V-5.08-3P 1
39 1nF C22,C30,C38 0603 3
40 1.5K R63,R65,R66 0603 3
41 0 R64 R0603 1

附件

附件名 下载
动态电流检测系统视频演示.mp4
设计文件.rar

成员

eda_svimneki

评论(2)

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立创电赛 2019-09-11 10:12:33 回复
<p>温馨提示：距项目提交截止还有11天，记得完善作品上传哟！</p>
立创电赛 2019-10-12 14:08:26 回复
<p>恭喜您的项目获得第四届立创电子设计大赛参与奖，点击查看获奖名单：<a href="https://diy.szlcsc.com/posts/7b78bd99e53745588a4f2d81cc11af92" target="_blank" rel="noreferrer noopener">https://diy.szlcsc.com/posts/7b78bd99e53745588a4f2d81cc11af92</a></p>
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