IsoHub 带上位机隔离USB独立控制电压电流检测

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IsoHub 带上位机隔离USB独立控制电压电流检测

> 一个隔离集四路 USB HUB 独立供电控制、电压/电流/功率监测、过流保护、USB PD/PPS 可调电源输出、串口屏显示和 Windows 上位机于一体的开源硬件项目。

1. 项目简介

本项目是一套CH318T隔离多路 USB HUB 电源管理与监控设备。

设备提供 4 路 USB HUB 扩展接口，每一路都具有独立的电源开关、电流采样和过流状态检测。除此之外，设备还提供一路基于 CH224Q 的充电协议诱骗输出，可控制固定 PD 电压档位，并支持 PPS/AVS 调压。

设备可通过串口屏独立显示各路工作状态，也可以连接 Windows 上位机进行统一控制、实时监测、曲线查看和日志导出。

本开源项目包括以下内容：

• 硬件原理图，pcb：
• 单片机固件，串口屏固件：
• Windows 串口上位机软件：
• 物料清单（BOM）：
• 外壳文件：

2. 产品图片

2.1 扩展接口

4个USBA

2.1 电源输出接口

2.3 PCB 正面

2.4 串口屏界面

2.5 Windows 上位机

3. 主要功能

3.1 四路 USB HUB 输出

• 提供 USB1～USB4 共 4 路 HUB 扩展接口。
• 每一路 USB 电源均可独立开启或关闭。
• 每一路均具有独立电流采样。
• 使用实测 USB VBUS 电压计算各路功率。
• 每一路均具有独立过流状态检测。
• 发生过流后，固件会锁存故障并自动关闭对应输出。
• 排除负载故障后，可通过上位机清除过流锁存并重新开启输出。

3.2 USB 母线电压监测

• 通过 VBUS_ADC 采集 USB 5V 母线的实际电压。
• VBUS_ADC 连接 STM32 的 PB0 / ADC1_IN8。
• 板上采用 10K/10K 电阻分压。
• 实测电压会发送到串口屏和 Windows 上位机。
• USB1～USB4 的功率均使用实测 VBUS 电压计算，不使用固定 5V 代替。

3.3 独立可调电源输出

• 使用 CH224Q 与 USB PD 电源适配器通信。
• 支持固定电压档位请求。
• 支持 PPS 调压。
• 支持 AVS 调压。
• 可读取 CH224Q 协议状态、当前档位最大可用电流和电源能力数据。
• 独立输出可由上位机开启或关闭。
• 通过 VHV_ADC 采集独立输出的真实电压。
• 通过 ADC_5 采集独立输出电流。
• 根据实测电压、电流计算独立输出功率。
• 软件限流，超过设定电流自动关断。

3.4 串口屏显示与控制

串口屏通过 USART2 与 STM32 通信，主要显示：

• USB 实际电压。
• USB1～USB4 电源开关状态。
• USB1～USB4 实时电流。
• USB1～USB4 实时功率。
• 独立电源开关状态。
• 独立电源实际输出电压。
• 独立电源实时电流和功率。

同时支持：

• 屏幕背光亮度控制。
• 屏幕开启和关闭。
• 串口命令复位屏幕。

3.5 Windows 上位机

主要功能包括：

• USB1～USB4 独立开关控制。
• 独立可调电源开关控制。
• 实时显示电压、电流、功率和过流状态。
• 过流事件提示及故障清除。
• CH224Q 固定档位、PPS 和 AVS 调压。
• 查询 CH224Q 状态和 SRCCAP 数据。
• 独立电源输出，软件设置限流
• 控制串口屏背光、开关和复位。
• 60 秒实时数据趋势。

4. 硬件说明

4.1 主要芯片

器件	用途	备注
STM32F103C8T6	主控制器	ADC、GPIO、UART、I²C 控制
CH224Q	USB PD/快充协议诱骗	固定档、PPS、AVS
CH318T	USB HUB/隔离与扩展相关电路
CH340K	USB 转串口	电脑上位机通信
CH217A	USB 限流配电开关	过流检测和端口供电控制
CH334P	USB拓展芯片

4.2 MCU 引脚对应关系

网络名称	MCU 引脚	外设/功能
VHV_ADC	PA0	ADC1_IN0，独立输出电压采样
ADC_1	PA1	ADC1_IN1，USB4 电流采样
PA2_TX	PA2	USART2_TX，串口屏发送
PA3_RX	PA3	USART2_RX，串口屏接收
ADC_2	PA4	ADC1_IN4，USB3 电流采样
ADC_3	PA5	ADC1_IN5，USB2 电流采样
ADC_4	PA6	ADC1_IN6，USB1 电流采样
ADC_5	PA7	ADC1_IN7，独立输出电流采样
32TX	PA9	USART1_TX，上位机通信
32RX	PA10	USART1_RX，上位机通信
PWREN1#	PA12	USB4 电源控制，低有效
VBUS_ADC	PB0	ADC1_IN8，USB 5V 母线采样
PWREN2#	PB1	USB3 电源控制，低有效
PWREN3#	PB2	USB2 电源控制，低有效
PWREN4#	PB3	USB1 电源控制，低有效
VH	PB4	独立电源输出开关
SCL	PB6	I2C1_SCL，CH224Q 通信
SDA	PB7	I2C1_SDA，CH224Q 通信
OVCUR4#	PB12	USB1 过流输入，低有效
OVCUR3#	PB13	USB2 过流输入，低有效
OVCUR2#	PB14	USB3 过流输入，低有效
OVCUR1#	PB15	USB4 过流输入，低有效

4.3 USB 端口逻辑对应关系

产品端口	原理图接口位号	电源控制	过流信号	电流采样
USB1	USB9	PWREN4#	OVCUR4#	ADC_4
USB2	USB11	PWREN3#	OVCUR3#	ADC_3
USB3	USB8	PWREN2#	OVCUR2#	ADC_2
USB4	USB10	PWREN1#	OVCUR1#	ADC_1
独立输出	P1	VH		ADC_5

5. 电压与电流测量

5.1 USB VBUS 电压

VBUS_ADC 使用 10K/10K 电阻分压：

VBUS 实际电压 = ADC 引脚电压 × 2

5.2 独立输出电压

VHV_ADC 使用 91K/10K 电阻分压：

VHV 实际电压 = ADC 引脚电压 × (91K + 10K) / 10K

6. USB PD/PPS 输出

CH224Q 通过 I²C 与 STM32 通信，7 位地址支持 0x22 或 0x23，固件会自动探测地址。

6.1 固定电压档位

当前固件提供以下固定档位请求：

• 5V
• 9V
• 12V
• 15V
• 20V
• 28V

实际是否能够输出对应档位，取决于连接的 USB PD 电源适配器及线材能力。

6.2 PPS

• 固件配置范围：3000～21000mV
• 调节步进：100mV

7. 过流保护

四路 USB 端口均具有独立的低有效过流输入 OVCUR1#～OVCUR4#。

固件检测到过流后会：

1. 锁存对应端口的过流状态。
2. 自动关闭对应 USB 电源输出。
3. 立即向 Windows 上位机发送过流事件。
4. 在串口屏和上位机中更新端口状态。

恢复步骤：

1. 断开或排除故障负载。
2. 确认硬件过流信号已经释放。
3. 在上位机中清除过流锁存。
4. 重新开启对应端口。

8. 固件编译与烧录

8.1 打开工程

使用 Keil 打开：

单片机程序/MDK-ARM/kzw.uvprojx

8.2 烧录步骤

1.使用daplink stlink等连接预留的烧录接口（clk dio 3v3 gnd）
2.点击魔术棒配置
3.下载

9. Windows 上位机

先刷新端口，找到ch340k然后连接，随后正常摸索使用即可

10 焊接注意事项

• 串口屏幕的tx与rx是标反的，正常是tx——rx rx——tx，这个是tx——tx rx——rx，屏幕烧录程序，焊接都需要注意
• 其余注意事项暂无

11 版本说明

带屏幕和不带屏幕的硬件上位机等都是一样的，就是一个的外壳上面是封闭的，一个是留了个屏幕槽位，
屏幕的作用不是很大，只是方便观看，所有的操作，功能都是上位机实现的

11 复刻说明

BOM以附件里的为准，复刻成本在100~200元，手里有常规物料可以节省很多，部分器件有焊接难度，只用烙铁无法完成全部焊接