描述

立创电赛：USB多路高精度电流检测装置 1、项目功能介绍 本项目为官方指定赛题复刻类电子设计项目，核心实现USB接口电压、电流实时监测功能，完整完成电路搭建、程序移植、外设模块适配工作，100%复现赛题全部基础要求功能，同时针对实测痛点做功能拓展与性能优化，解决传统检测设备精度不足、接口单一、无防护、无法适配快充等问题。 基础复刻完成内容 1. 电路搭建 依据赛题指标规范，完成USB输入回路、高精度电流采样、电压分压采集、系统稳压供电、按键交互、声光告警、显示驱动全套电路设计搭建；优化采样回路阻抗，改善电路温漂、带载干扰问题，硬件架构符合赛题设计标准。 2. 程序移植 基于主控芯片标准开发框架，完成ADC采样、数据运算、屏幕刷新、按键响应、阈值判断等底层逻辑程序移植；调试修正采样偏移、数据跳变问题，程序运行稳定，无死机、功能异常现象。 3. 模块适配 完成采样放大模块、OLED显示模块、按键模块、蜂鸣告警模块、串口通信模块硬件匹配与驱动适配，解决电平不兼容、通信时序冲突、数据漂移等适配故障，各外设协同工作正常。 基础功能复现情况 完全实现赛题规定基础功能： - 实时采集USB端口5V标准电压与回路工作电流 - 检测数值本地屏幕直观显示 - 档位切换、数据清零、手动参数校准 - 电流超限、电压异常声光报警提醒 拓展升级与解决问题 在基础功能之上自主拓展优化，弥补常规检测设备短板： 1. 双路接口检测：同时支持USB-A、Type-C双路独立检测，可并行监测两台外设工况，解决单通道测试效率低的问题 2. 高精度算法优化：加入多点校准、数据滤波、温漂补偿算法，测量误差大幅降低，改善小电流检测不准、数值波动问题 3. 快充电压兼容：可识别5V/9V/12V快充档位，适配普通充电、PD/QC快充设备检测场景 4. 数据存储上传：本地留存历史检测数据，支持串口上传至上位机，方便数据复盘分析 5. 硬件防护升级：增加ESD静电防护、过流熔断保护、电源滤波电路，规避插拔冲击、静电损坏、供电纹波干扰故障 2、项目属性 本项目依托电子设计竞赛官方赛题完成复刻开发，复刻完成后自主开展功能升级、使用体验优化与创意功能拓展。 1. 拓展功能为首次公开，未提前对外发布完整设计方案 2. 电路优化结构、采样校准算法、多路检测逻辑、快充识别代码均为原创设计 3. 项目未参与其他赛事评比，无对外获奖记录 4. 已完成校内项目答辩评审，通过功能演示与方案考核 3、开源协议 本项目采用 GPL 3.0 开源协议对外开源 1. 开源占比：项目核心检测功能开源比例超90%，包含硬件原理图、PCB工程、主控驱动源码、采样算法、交互逻辑等核心内容 2. 非核心内容：仅少量上位机数据解析辅助代码未完全开源，删减后不影响设备基础电流电压检测功能使用 3. 引用说明：仅引用官方标准库驱动、公开基础采样原理，无直接照搬第三方成品电路与源码；所有引用内容均标注来源，严格遵循原开源协议约束 4. 二次开发要求：任何个人与团队二次修改、分发项目，均需沿用GPL3.0协议保持开源，并标注原项目出处 4、硬件部分 硬件实现原理 以STM32单片机作为主控核心，采用采样电阻采集+运放信号放大+ADC模数转换整体方案，硬件分为六大功能模块： 1. USB接口模块：双规格母座适配通用外设，搭配保险丝、TVS管实现过流、静电防护 2. 电流采样模块：高精度低温漂采样电阻串联供电回路，将电流转为电压信号，运放放大微弱信号降低干扰 3. 电压采集模块：精密电阻分压降压，将端口电压适配至单片机采样量程，完成电压采集 4. 主控处理模块：利用片内ADC完成信号转换，通过算法换算真实电流电压数值，统筹整机逻辑控制 5. 人机交互模块：OLED屏幕展示检测数据与状态，按键实现功能切换、参数设定 6. 电源告警模块：双路稳压芯片提供稳定工作电压，蜂鸣器、指示灯实现异常告警提示 硬件设计注意事项 1. 电流采样选用低温漂合金电阻，避免普通电阻温漂造成测量偏差 2. 采样回路走线短直规整，分区布设模拟地与数字地，单点共地减少干扰 3. 信号采集、电源端口搭配滤波电容，抑制电压毛刺与电磁噪声 4. PCB预留空白区域，规范丝印大赛LOGO，保证标识完整清晰无遮挡 调试与测试方法 1. 空载调试：空载上电，核对静态电流趋近于0、空载电压标准，排查虚焊、电路偏移问题 2. 标准源校准：使用直流电源、电子负载输入多档位标准电流电压，完成设备参数校准 3. 实际带载测试：接入手机、风扇等日常USB设备，长时间运行验证数据稳定性 4. 快充适配测试：切换快充电源档位，检验不同电压下采集精度 5. 防护性能测试：模拟短路、过载工况，验证保护电路与告警功能正常触发 设计文件 原理图、PCB版图、3D效果图均已在嘉立创EDA完成绘制上传，工程DRC检测无报错，可直接用于制版生产。 5、软件部分 开发环境 - 编译软件：Keil MDK5 - 主控芯片：STM32F103C8T6 - 编程语言：C语言 - 程序烧录：ST-Link下载器 - 底层库：STM32标准库 软件整体架构 采用分层模块化设计，层级清晰便于维护迭代 1. 底层驱动层：ADC采集、OLED显示、按键、串口、告警外设驱动 2. 算法处理层：数据滤波、线性校准、温漂补偿、数值换算算法 3. 业务应用层：通道切换、数据存储、阈值判断、串口数据上传 4. 人机交互层：界面刷新、按键逻辑响应、状态提示 软件运行流程 1. 系统上电初始化外设、参数、中断与显示界面 2. 定时触发ADC采集，读取两路通道原始采样数据 3. 算法降噪处理，换算得到真实电流、电压数值 4. 实时刷新屏幕数据，同步判定是否触发异常阈值 5. 扫描按键指令，执行切换、校准、上传等操作 6. 循环往复，持续实时监测设备工况 核心算法 1. 滑动平均滤波：多次采样剔除极值后取均值，消除瞬时干扰毛刺 2. 多点线性校准：依托标准数值拟合修正系数，缩小系统测量误差 3. 快充电压识别：依据电压区间自动判定供电档位，适配多规格检测 源码目录结构 plaintext USB电流检测工程 ├─ main 主程序与核心业务逻辑 ├─ hardware 各类硬件外设驱动代码 ├─ algorithm 数据处理与校准算法代码 └─ system 系统初始化、基础延时配置 编译烧录方式 1. 工程打开后匹配对应芯片型号，一键编译生成烧录文件，排查消除报错警告 2. 连接下载器与单片机调试接口，在线烧录程序，重启设备即可运行 3. 可通过串口打印原始数据，在线调试优化采样精度 附件说明 完整可编译工程源码、配置文件已上传附件，代码注释齐全，文件完整无缺失。 6、BOM清单 序号物料型号品牌物料名称封装采购渠道数量用途 1 STM32F103C8T6 意法半导体主控单片机 LQFP48 立创商城 1 数据处理与整机控制 2 0.01Ω 1W 国巨高精度采样电阻 2512 立创商城 2 电流信号采集转换 3 LM358 圣邦微运算放大器 SOP-8 立创商城 1 微弱采样信号放大 4 AMS1117-5V AMS 5V稳压芯片 SOT-223 立创商城 1 外设供电稳压 5 AMS1117-3.3V AMS 3.3V稳压芯片 SOT-223 立创商城 1 单片机核心供电 6 0.96寸OLED 中景园液晶显示屏 I2C 立创商城 1 检测数据状态显示 7 USB-A母座硕方 USB接口直插立创商城 1 A型设备接入检测 8 Type-C母座硕方 Type-C接口直插立创商城 1 C型设备接入检测 9 4*4轻触按键华直功能按键贴片立创商城 4 参数设置功能切换 10 有源蜂鸣器普韵告警蜂鸣器直插立创商城 1 异常声音报警 11 通用电阻国巨分压限流电阻 0805 立创商城若干电路分压、电流限制 12 104瓷片电容风华滤波电容 0805 立创商城若干电源信号去耦滤波 13 10uF电解电容风华稳压电容直插立创商城若干供电稳压缓冲 14 PESD5V0S1BA 力特静电保护管 SOT-23 立创商城 2 USB口静电防护 15 3A自恢复保险丝集电通过流保险 1206 立创商城 2 回路过载保护 16 0805LED 瑞丰状态指示灯 0805 立创商城 2 电源、故障指示 17 排针排母华通达连接端子直插立创商城若干模块接线调试 7、大赛LOGO验证 已将大赛官方LOGO以丝印形式印制在PCB空白板面，丝印图案比例正常、清晰无遮挡，已上传带LOGO实物照片，符合赛事验证要求。 8、项目演示视频 1. 视频标题：立创电赛：《USB多路高精度电流检测装置》-功能演示 2. 视频规格：横屏拍摄，分辨率1920×1080，MP4格式，文件大小控制在100M以内 3. 视频内容：硬件整体展示、上电自检、双路电流电压检测、负载实测、超限告警、快充适配、数据上传全功能演示 4. 人气冲榜：制作花絮、调试过程片段同步发布至短视频平台，参与赛事人气活动