#第七届立创电赛#带电压电流检测的可调升压模组 - 立创电子设计大赛

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RC6220

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GPL 3.0

描述

<div class="document"> 注：* 为必填项 请在报名阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">* 1、项目功能介绍</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2">1. 首先是一个简单的桌面电源，从低压（比如USB端口的5V）升压成12V或24V等不同电压； 2. 基于N32G430C8L7+INA199制作的电流表，精度1%，可以查看输入电流或输出电流； 3. 基于N32G430C8L7+电阻串联分压，制作电压表，可以查看输入电压或输出电压； 4. 另：基于 N32G430C8L7+MPU6050传感器，可以采集姿态数据并显示； 5. 另：以上信号（两路电流，两路电压，姿态）可通过串口上报给上位机； 6. 另：可外接电机驱动及霍尔正交信号模组，希望最后能做成一个二轮平衡小车。 注：主题不限，可以是解决生活/工作中的某个问题、为某个人群/场景设计的方案、毕业设计/课程设计/DIY项目/纯属炫酷项目等。主要讲一下自己通过什么手段解决了什么问题。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">*2、项目属性</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2">请输入内容… 注：请说明项目是否首次公开；项目是否为原创；项目是否曾经在其他比赛中获奖，若有获奖则叙述获奖详情；项目是否在学校参加过答辩。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">* 3、开源协议</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2">开源协议: GPL 3.0 注：利他即利己，请认真阅读下述内容。 <ol style="line-height:1.8;"><li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height:1.8;">拥抱开源，赋予项目无限价值。建议项目核心功能开源80%以上；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height:1.8;">若某一部分功能不可替代且删掉之后项目无法解决对应的问题，则这一部分实现的功能就是项目的核心功能；比如设计了一台电子负载且设计了一款上位机软件监控功率变化，则电子负载为核心功能，上位机软件为辅助功能；比如电子负载中使用了一款隔离485模块与上位机通信，则此485模块实现的通讯功能为辅助功能；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height:1.8;">项目应选择适合自己的<a href="/posts/98fdb2accd754af7b51990790db3b47a" target="_blank">开源协议</a>，若项目引用其他开源项目，应注明来源并遵循原作者的开源协议规定；原创项目推荐使用GPL3.0开源协议；</li> <li class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt pap-hanging-indent-1.6em" style="line-height:1.8;">直接引用开源项目的原电路或原代码实现的功能不可作为自己项目的核心功能、使用市场上通用模块直接实现的功能不可作为自己项目的核心功能。</li> </ol> 请在竞赛阶段填写 ↓ <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">*4、硬件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 主控 N32G430C8L7 微控制器产品采用高性能 32 位 ARM Cortex™-M4F 内核，集成浮点运算单元（FPU）和数字信号处理（DSP），支持并行计算指令。最高工作主频 128MHz，集成高达64KB片内加密存储Flash，并支持多用户分区权限管理，支持16KB 的嵌入式 SRAM。内置一个内部高速 AHB 总线，两个低速外设时钟总线 APB 及总线矩阵，支持40个可复用 I/Os，提供丰富的高性能模拟接口，包括1个12位 4.7Msps ADC，支持16个外部输入通道和3个内部通道，同时提供多种数字通信接口，包括 4个U(S)ART、2个I2C、2个SPI/I2S、1个CAN 2.0B通信接口。N32G430C8L7 微控制器产品可稳定工作于-40°C 至+105°C的温度范围，供电电压2.4V至3.6V，提供多种功耗模式供用。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/yyIUj6brFEOZbMNCcIUmsBHlnQzqQIHaE0AGMWvV.png" alt="" width="324" height="298"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/akBSGnfyKgSCJhiXBkl6b8GCt8K0VdW69itXH46e.png" width="361" height="330" alt="akBSGnfyKgSCJhiXBkl6b8GCt8K0VdW69itXH46e.png"> MCU烧录接口 芯片支持多种烧录方式，如市面常见的ST-Link、USB-TTL、Jlink等烧录器。 此处用2.54间距的排针（排座）引出，作为烧录使用。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/htzqTeLqaDK86RM87Vr6aIwSVN9T7TQ1G2BfdXag.png" alt="htzqTeLqaDK86RM87Vr6aIwSVN9T7TQ1G2BfdXag.png" width="237" height="155"> 外部8MHz时钟 本案例基本上以内部晶振（8Mhz）实现。 此处仅为预留。<img src="//image.lceda.cn/pullimage/5bKEdT98FGu153cbxLQVK4ne3dTLWUjTBFe3Cwqe.png" alt="5bKEdT98FGu153cbxLQVK4ne3dTLWUjTBFe3Cwqe.png" width="252" height="260"> 复位电路 复位电路未做按键的设计，使用了两个焊点作为短接使用。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/3RbU4cYrkEFe7cOeGB4FGiziCfsAe7i19k5HTsdz.png" alt="3RbU4cYrkEFe7cOeGB4FGiziCfsAe7i19k5HTsdz.png" width="200" height="300"> BOOT电路 BOOT电路未做按键的设计，使用了两个焊点作为短接使用。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/oW4xYLAPZQUe05DZZLVhHOFmb6KRdob0C8A3xrzk.png" alt="oW4xYLAPZQUe05DZZLVhHOFmb6KRdob0C8A3xrzk.png" width="226" height="229"> 电源转换 N32MCU虽然支持最大电压是5V，但考虑到了可能输入电压上有着不稳定的电压因素，并且本案例还有DC-DC升压的功能，所以使用了一个转3.3V的LDO给芯片供电使用。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/Y0rSDIqLy3qJdLoml99ERkfx3EyUjOqeltsxfT1Z.png" alt="Y0rSDIqLy3qJdLoml99ERkfx3EyUjOqeltsxfT1Z.png" width="316" height="281"> 电源滤波 按官方文档要求，芯片的每个电源的引脚都需要额外接一个100nF的外接的滤波电容，芯片的1脚需要额外接4.7uf的滤波电容。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/INwIqXLSWndHZEFlbyZxpYdpkANuvHppfyUJNPjq.png" alt="INwIqXLSWndHZEFlbyZxpYdpkANuvHppfyUJNPjq.png" width="410" height="262"> DC-DC升压 一个简单的桌面电源，从低压（比如USB端口的5V）升压成12V或24V等。输出电流可达2A以上。 方便日常使用。;) <img src="//image.lceda.cn/pullimage/w687bj2ReGH68I1KfJK2QoXVbFCOW6bf2uRL2sy3.png" alt="w687bj2ReGH68I1KfJK2QoXVbFCOW6bf2uRL2sy3.png" width="529" height="285"> 电流采样 电流采样部分的是INA199B1DCKR电流感应放大器，（也称为电流传感放大器）常用于过流保护、针对系统优化的精密电流测量或闭环反馈电路。该系列器件可在独立于电源电压的–0.3V至 26V共模电压下感应分流电阻器上的电压降。共有三种固定增益可供选择：50V/V、100V/V和 200V/V。该系列器件采用零漂移架构，偏移较低，因此在进行电流感测时能够将分流电阻器两端的最大压降保持在最低10mV的满量程。参数如下： <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li>共模范围：–0.3V至26V</li> <li>偏移电压：±150μV（最大值）</li> <li>支持 10mV 满量程分流压降</li> <li>静态电流：100μA（最大值）</li> </ul></li> </ul></li> </ul></li> </ul><h3 style="padding-left:40px;">采样电阻选择</h3> 在电流路径中以串联的方式插入一个低阻值的检测电阻会形成一个小的电压降，该压降可被放大从而被当作一个正比于电流的信号。然而，根据具体应用环境和检测电阻的位置，这种技术将对检测放大器造成不同的挑战。一般采样电阻的电阻值在1欧姆以下，属于毫欧级无感应电阻，但有些电阻，有采样电压等要求，必须选择大电阻值电阻，但电阻基数大，误差大。在这种情况下，需要选择高精度的无感应电阻(可达到0.01%精度，即万分之一精度)，使取样数据非常可靠。贴片的超低电阻值电阻(0.0005欧姆、2毫欧、3毫欧、10毫欧等)、贴片合金电阻、大功率电阻(20W、30W、35W、50W、100W)等产品，温度系数为正负5PPM。 <h4 style="padding-left:40px;">采样方式</h4> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li>此采样使用的是低边采样的方式，也就是采样电阻接在GND的回路上，此设计可以在差分信号送入运放的时候，运算完整的差分、跟随、放大、输出。如果使用高边采样，也就是采样电阻放置在电源和负载之间的高位，虽然这种放置方式不仅消除了低边检测方案中产生的地线干扰，还能检测到电池到系统地的意外短路，但是高边检测要求检测放大器处理接近电源电压的共模电压。这种共模电压值范围很宽，从监视处理器内核电压要求的电平(约1V)到在工业、汽车和电信应用常见的数百伏电压不等。应用案例包括典型笔记本电脑的电池电压(17到20V)，汽车应用中的12V、24V或48V电池，48V电信应用，高压电机控制应用，用于雪崩二极管和PIN二极管的电流检测以及高压LED背光灯等。因此，高边电流检测的一个重要优势，那就是检测放大器具备处理较大共模电压的能力。 所以，采样电阻加运放的电流采样方法，最好是在低端进行。虽然，低端采样，由于共地干扰的原因会影响信号的纹波情况。但是相对高端来说，方案简单易行，成本低，可靠度高。</li> <li>本案例中的采样电阻R11和R12（见DC-DC升压图），分别用于测试输入电流Iin和输出电流Iout</li> </ul></li> </ul></li> </ul></li> </ul><img src="//image.lceda.cn/pullimage/TKPBGJgqgnWme6bxFRk1zYSrQCVfsDpygWNElMSq.png" alt="TKPBGJgqgnWme6bxFRk1zYSrQCVfsDpygWNElMSq.png" width="353" height="283"> 电压采样 电压采样部分由两颗电阻构成的分压电路组成（两组），其原理就是电阻串联分压的知识。 分别用于测试输入电压Uin和输出电压Uout。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/AS5FVPd1glx3Z37KOtPpS096wwdkiFSqoL5uEOPi.png" alt="AS5FVPd1glx3Z37KOtPpS096wwdkiFSqoL5uEOPi.png" width="304" height="256"> 按钮电路 用了两组按钮，人机交互，方便调试。 计划通过短按、长按及组合按，实现等同于4个及以上的按钮效果。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/3lzC74WDuMpPszhkIFUQFyvKfUNi2DUtcp3vD2rQ.png" alt="3lzC74WDuMpPszhkIFUQFyvKfUNi2DUtcp3vD2rQ.png" width="427" height="204"> LED电路 方便调试。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/vhC2a7sPywPRoV25Z1PipLaP8zRz0HVgw6XF3Gan.png" alt="vhC2a7sPywPRoV25Z1PipLaP8zRz0HVgw6XF3Gan.png" width="398" height="154"> OLED屏显示 4针OLED显示屏，分辨率128*64。 UI显示，人机交互。 通信方式：IIC。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/pBKy99mq6QZ2ehSZxUUww44euFySje7X7d2Sh8E0.png" alt="pBKy99mq6QZ2ehSZxUUww44euFySje7X7d2Sh8E0.png"> MPU6050 MPU6050是InvenSense公司推出的整合性6轴运动处理组件。MPU6050内部整合了3轴陀螺仪和3轴加速度传感器，并且含有一个第二 IIC 接口，可用于连接外部磁力传感器，并利用自带的数字运动处理器（ DMP: Digital Motion Processor）硬件加速引擎，通过主 IIC 接口，向应用端输出完整的9轴融合演算数据。 MPU6050 的特点包括 <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li style="list-style-type:none;"> <ul><li>以数字形式输出 6 轴或 9 轴（需外接磁传感器）的旋转矩阵、四元数(quaternion)、欧拉角格式(Euler Angle forma)的融合演算数据（需 DMP 支持）</li> <li>具有 131 LSBs/° /sec 敏感度与全格感测范围为± 250、± 500、± 1000 与±2000°/sec 的 3 轴角速度感测器(陀螺仪)、集成可程序控制，范围为± 2g、± 4g、± 8g 和± 16g 的 3 轴加速度传感器、移除加速器与陀螺仪轴间敏感度，降低设定给予的影响与感测器的飘移；</li> <li>自带数字运动处理(DMP: Digital Motion Processing)引擎可减少 MCU 复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷；</li> <li>内建运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术，免除了客户须另外进行校正的需求；</li> <li>自带一个数字温度传感器；</li> <li>带数字输入同步引脚(Sync pin)支持视频电子影相稳定技术与 GPS；</li> <li>可程序控制的中断(interrupt)，支持姿势识别、摇摄、画面放大缩小、滚动、快速下降中断、 high-G 中断、零动作感应、触击感应、摇动感应功能；</li> <li>VDD 供电电压为 2.5V± 5%、 3.0V± 5%、 3.3V± 5%； VLOGIC 可低至 1.8V± 5%；</li> <li>陀螺仪工作电流： 5mA，陀螺仪待机电流： 5uA；加速器工作电流： 500uA，加速器省电模式电流：40uA@10Hz；</li> <li>自带 1024 字节 FIFO，有助于降低系统功耗；</li> <li>高达 400Khz 的 IIC 通信接口；</li> <li>超小封装尺寸： 4x4x0.9mm（ QFN） MPU6050传感器的检测轴及其方向如下图1所示：<img src="//image.lceda.cn/pullimage/5ongx5zkZCcsrSBHDAWJgy0Mlv3LkdsB5xpKh22B.png" alt="5ongx5zkZCcsrSBHDAWJgy0Mlv3LkdsB5xpKh22B.png"></li> </ul></li> </ul></li> </ul></li> </ul><img src="//image.lceda.cn/pullimage/i7ZQxSU2YYiuDPTyUL8AcKsKOKvPLdS1jLhwcq4O.png" alt="i7ZQxSU2YYiuDPTyUL8AcKsKOKvPLdS1jLhwcq4O.png" width="364" height="365"> 电机驱动及霍尔正交传感 P1、P2与基于DRV8833的2路电机驱动模块连接。 P3、P4与带有霍尔编码器的直流减速电机连接。 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/1LZ76xdeQ2vD4eFCn4atRDKcXoWt14CfkuwuLUGx.png" alt="1LZ76xdeQ2vD4eFCn4atRDKcXoWt14CfkuwuLUGx.png" width="312" height="399"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/MBJchhjcnnqugruoKtlHMn4wFZQuXAyK4Ip3cTSZ.png" width="312" height="240" alt="MBJchhjcnnqugruoKtlHMn4wFZQuXAyK4Ip3cTSZ.png"> <img src="//image.lceda.cn/pullimage/iQK7IhzzOaNcck3kHcSc4V5uCOWwLHv5Lzt4KfUK.png" width="354" height="121" alt="iQK7IhzzOaNcck3kHcSc4V5uCOWwLHv5Lzt4KfUK.png"> PCB顶面 立创电子设计大赛LOGO <img src="//image.lceda.cn/pullimage/0DmO9AKCxJIYs9gIRltBNF6UsJViDBVpWNl4lqkp.png" alt="0DmO9AKCxJIYs9gIRltBNF6UsJViDBVpWNl4lqkp.png"> PCB底面 立创电子设计大赛LOGO <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ciItsmght44x838rn0PwiXsLBZJburPIJEMhO6nu.png" alt="ciItsmght44x838rn0PwiXsLBZJburPIJEMhO6nu.png"> PCB 3D <img src="//image.lceda.cn/pullimage/DYJjdgyWFhLltRaNdbKCGO7QpWEmVtZcA0KUXd4m.png" alt="DYJjdgyWFhLltRaNdbKCGO7QpWEmVtZcA0KUXd4m.png"> 实物演示：电压、电流、功率计 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/dQO8po45IfJhUVH0jUDDcZc6ZER4jduNRNzEaDwC.png" alt="dQO8po45IfJhUVH0jUDDcZc6ZER4jduNRNzEaDwC.png"> 实物演示：姿态采集及显示 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/WB6K9pd19sStOdEGPUZVqcnO8Wz08F1ePFC0EVPf.png" alt="WB6K9pd19sStOdEGPUZVqcnO8Wz08F1ePFC0EVPf.png"> 注：推荐使用<a href="https://lceda.cn/editor" target="_blank">嘉立创EDA</a>。若选择其他EDA工具，请在附件上传PDF格式的原理图，PDF格式的PCB图纸，Gerber格式的PCB文件。这里可以详细说明您的项目实现原理和机制、注意事项、调试方法、测试方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">*5、软件部分</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 显示菜单 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/FSnZ1zmtqomrQlvAJvfzasULnwEXzSX7L3X6szXv.png" width="358" height="512" alt="FSnZ1zmtqomrQlvAJvfzasULnwEXzSX7L3X6szXv.png"> OLED演示 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/FBZjbsk5P5AIXaawttuFmLnlGrg6jQJ0TBs607kP.png" width="360" height="461" alt="FBZjbsk5P5AIXaawttuFmLnlGrg6jQJ0TBs607kP.png"> 电压、电流采集和功率计算 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/YZxlmMYNkllwql2oBhi6eNqlQDUoqUmH8Nb7yp5k.png" width="361" height="411" alt="YZxlmMYNkllwql2oBhi6eNqlQDUoqUmH8Nb7yp5k.png"> 实时姿态 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/YtPofgG2c59nuSFsRgVjQmbwk2UqixpCfZBp2s28.png" width="355" height="464" alt="YtPofgG2c59nuSFsRgVjQmbwk2UqixpCfZBp2s28.png"> 小游戏--推箱子 <img src="//image.lceda.cn/pullimage/ROISaS9EkI3bW2j1O5vTxbGrWmVvsNyBwSV89KEQ.png" width="364" height="419" alt="ROISaS9EkI3bW2j1O5vTxbGrWmVvsNyBwSV89KEQ.png"> 更多 敬请期待~~~~ 注：若您的项目涉及软件开发，请在附件上传对应的工程源码。这里可以详细说明您的软件流程图、功能模块框图、相关算法的解释或科普、源码结构、编译环境的搭建和配置、源码编译方法、程序烧录方法等。推荐图文并茂的形式向别人介绍您的想法。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">*6、BOM清单</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2">请输入内容… 注：项目涉及的BOM清单。这个位置请上传BOM的截图。清单详情请以PDF的格式上传到附件中。建议包括型号、品牌、名称、封装、采购渠道、用途等内容。具体内容和形式应以表达清楚项目构成为准。 <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">*7、大赛LOGO验证</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 请上传包含大赛logo的项目图片，logo以丝印形式印刷在PCB上面。 点击zip下载大赛logo标识！ <a href="https://image.lceda.cn/easyedaResource/images/%E7%AB%8B%E5%88%9B%E7%94%B5%E8%B5%9B%E6%A0%87%E8%AF%86.rar" target="_blank">（大赛标识）.zip</a> <h3 class="paragraph text-align-type-left pap-line-1.3 pap-line-rule-auto pap-spacing-before-3pt pap-spacing-after-3pt" style="line-height:1.8;">* 8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <hr class="horizontal-splitline normal-bold-2"> 视频要求：请横屏拍摄，分辨率不低于1280×720，格式Mp4/Mov，单个视频大小限100M内； 视频标题：立创电赛：{项目名称}-{视频模块名称}；如立创电赛：《自动驾驶》-团队介绍。 更多详情：<a href="/posts/06c94d90c2c447dfbd9ed7339ff4a5b1" target="_blank">https://diy.szlcsc.com/posts/d76d9cb41705430e9a54e7a5feed07a5</a> </div>