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新人第一次开源，请大佬们多多指教！

特性：

• 多量程设计，最大限度利用ADC，成本较低的同时可以获得较高的精度
• 可以在校准时设置导线电阻值来大概地修正导线的压降，压降可正可负
• 自动切换量程，自动移动小数点
• 功率、电阻、时间、容量以及能量显示
• 体积较小，PCB尺寸与LCD1602大小相同
• 量程：0V~100V，0~10A
• 使用75mV分流器
• 单按键操作
• 低成本
• 宽电压供电：7V~35V
• 供电反接保护

 

 

 

参数：

• 供电电压（VCC）：7V~35V，建议不超过30V
• 工作电流：大约30mA
• 测量电压（VIN）：0.000V~100.0V，分5V、10V、50V、100V四个电压量程，自动移动小数点
• 测量电流（AIN）：0.000A~10.00A，分3.8A和10A两个电流量程，自动移动小数点
• 刷新率：每秒5次
• 功率计算：0.000W~999.9W，自动移动小数点
• 电阻计算：0.000Ω~99999Ω，自动移动小数点
• 时间统计：00:00:00~99:99:99
• 容量统计：0.000Ah~999.9Ah，自动移动小数点
• 能量统计：0.000Wh~999.9Wh，自动移动小数点

 

 

 

接线：

• 参考这张经典图片，图片上的“供电”对应板子上的"VCC"，"V+"对应"VIN"，"A+"对应"AIN"。

 

 

 

物料购买：

• 单片机可以使用STC8H3K32S2、STC8H3K48S2或STC8H3K64S2
• LCD1602的对比度可调电阻用立式蓝白可调电阻

• 使用了7.5mΩ的2512合金电阻作分流电阻，当然，如果你是土豪，也可以使用精度和温飘更优秀的大分流器（非必要），如：

（注意要选择10A 75mV的）

• PCB右端的电流输入处可以焊接引脚间距为5mm或9.5mm的2P接线端子，如：

（此为引脚间距5mm的）

（此为引脚间距9.5mm的）

焊接9.5mm端子的效果如下图：

• 按键端（KEY）接地为按键按下，可以用线引出

• PCB上的U4和U6是贴片和直插两种不同封装的TL431,选择一种焊接就好
• 每个表头需要M3螺母、M3*5螺丝和M3*10+6铜柱各4个

 

 

 

关于焊接：

• 焊接时按先贴片后直插，元器件从矮到高的顺序焊接，单片机是TSSOP-20封装的，比较难焊，有条件的可以使用锡膏和热风枪
• 电流输入端要过大电流，建议多上点锡
• R1和R2为0欧电阻，可以直接一坨锡

 

 

 

下载与校准：

• 下载时选择IRC频率为11.0592MHz，如果使用的是STC8H3K64S2，设置用户EEPROM大小至少为0.5K，至多为40K。^{（可是最小也有0.5K啊）}

• 校准工具：可调电源、一个你信得过的万用表
• 下载完程序后，程序检测到没有校准数据，会自动进入校准模式，显示“CAL_MODE”。

• 等待约3秒后，进入电压零点校正。"Zero:"后的数字是此时电压通道的AD值。这时，VIN在悬空时可能会有1~3的底数，建议保留。短按按键确认并进入下一步。

VIN短接到地后又归零了，但悬空后又有底数了，即使不引出线也是这样，望大佬解惑。（也许是PCB布线的问题？）后面证实了就是布局的问题

• 进入电流零点校正。这时，AIN在悬空时可能会有1~3的底数，建议保留。短按按键确认并进入下一步。

AIN短接到地后也归零，再次悬空后又有底数了，望大佬解惑。（也许也是PCB布线的问题？）后面证实了就是布局的问题

• 此时进入到电压分量程校准部分。下图为菜单解释。

短按按键执行光标位置的功能。长按按键一秒后，下菜单光标以每秒一个选项的速度开始滚动。

滚动效果如下图：

• 万用表调到电压挡位并与可调电源并联后并联到本表头的VIN端。本电压电流表的电压测量分4个量程，电压量程3（5V）、电压量程2（10V）、电压量程1（50V）、电压量程0（100V）（括号内为该量程的最大电压）。VIN输入此时的电压量程的最大电压内的电压。输入电压建议为满量程的5%~90%之间。对照万用表，调节表头显示的电压。注意：校准时保持AD值小于4095，大于等于4095则意味着超量程了，这时校准是没有用的，电压电流都一样。

• 分别校准完4个电压量程后，断开表头、可调电源和万用表的连接。万用表调到电流挡位并与可调电源串联后串联到本表头的AIN端。本电压电流表的电流测量分2个量程，电流量程1（3.8A）、电流量程0（10A）（括号内为该量程的最大电流）。AIN输入此时的电流量程的最大电流内的电流。输入电流建议为满量程的5%~90%之间。对照万用表，调节表头显示的电流。注意：校准时保持AD值小于4095，大于等于4095则意味着超量程了，这时校准是没有用的，电压电流都一样。

• 分别校准完2个电流量程后，进入导线电阻设置菜单。导线电阻值用于电压补偿，可正可负，正时电压减去电流乘导线电阻，可以用于可调电源；负时反之，可以用于电子负载。屏幕左上角为补偿后的电压值。此时电压量程恒为电压量程3（5V）。当电流和线阻都不为零时，即线损补偿起作用时，“V”增加下划线。

示例：导线电阻约为66mΩ，导线末端短路，通过1A电流。

未设置线阻时：

设置线阻为正时：可以用于可调电源，真实反映输出端的电压。此时线损补偿起作用，“V”增加下划线。

设置线阻为负时：可以用于电子负载，真实反映输入端的电压。此时线损补偿起作用，“V”增加下划线。

• 设置完导线电阻后，单片机开始向内部EEPROM写入校准数据（实际是把一部分Flash当EEPROM使用）。若写入成功，则显示下图字样：

并在约4秒后自动重启，进入正常工作模式。

 

若写入失败，则显示“Flash Error!!!”，表头会在约4秒后自动重启。建议检查供电、重新下载程序或更换单片机。

 

 

 

操作说明：

• 给表头上电，自动进入正常工作模式。
• 当电流和线阻都不为零时，即线损补偿起作用时，“V”增加下划线。屏幕左侧电压、电流显示不变。短按按键，屏幕右侧在显示功率、电阻，显示容量、时间，显示能量、时间之间来回切换。

显示功率、电阻：电流为零时，电阻显示“NoLoad”。

显示容量、时间：

显示能量、时间：

• 在显示容量、时间和显示能量、时间时长按按键2秒后，容量、能量和时间清零，并一直保持为零，直到松开按键。

• 在显示功率、电阻时长按按键2秒后，进入版本菜单，短按退出

• 按住按键再上电，进入校准模式。校准步骤参照下载与校准：
• 电阻测量展示：此时设置线阻为60mΩ

10Ω

100Ω

1000Ω

 

 

 

量程切换的原理：

• 电压量程切换：通过MOS管选择不同的分压电阻，实现不同的分压比例，以实现切换量程。

问：在小量程时接入大电压不会把单片机淦坏吗？

答：不会，STC8H的IO口有保护二极管，电压会被钳位，除非R7短路。

 

问：那为什么不加一个肖特基二极管来起到双重保护的作用呢？

答：肖特基二极管的漏电流太大，加了之后电压会有几十毫伏的底数。

 

问：切换量程会影响测量大电压的速度吗？

答：会，但很小。下图为测量60Ｖ电压时与ＶＣ99的速度比较

 

问：切换量程时电压不会抖动吗？

答：会，但是我已经在程序里将抖动屏蔽掉了。

 

• 电流量程切换：还是一样的套路，通过MOS管选择不同的分压电阻，实现不同的放大倍数，以实现切换量程。

 

 

 

成本计算：

• 可以看出，本表头有成本较低的优势。

 

 

 

之后验证了其实有很多原件是不必要的，去掉了也不影响什么。新版链接：LCD1602自动量程100V10A电压电流表 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)

用料可以缩水的地方：

^{（奸商狂喜）}

• 回过头来，发现有些元器件大概率是冗余的，可以省略。
• 以下元器件可以不焊：C6,C7,C9,C12,C15,C16，以下元器件可以通过修改PCB来直接短接：R1,R2,R3,R17,R22，精密运放SGM8551可以换成更便宜的GS8551、OPA336或TP5551，缩水后的PCB如图：

经过测试，发现短期以内性能几乎没有变化

缩水后的成本：

（其实负压电路也可以省去，运放的-Vs直接接地，不过省去后小电流的测量精度可能会降低）

注意：缩水后不保证性能不会下降！

 

 

 

后记：

• 本项目是用周末和放假时间赶出来的，经历了一个学期和半个寒假。
• 因本人技术拙劣，如果有错误的地方，欢迎在评论区里指出