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标准版

1、简单易用,可快速上手

2、流畅支持300个器件或1000个焊盘以下的设计规模

3、支持简单的电路仿真

4、面向学生、老师、创客

专业版

1、全新的交互和界面

2、流畅支持超过3w器件或10w焊盘的设计规模,支持面板和外壳设计

3、更严谨的设计约束,更规范的流程

4、面向企业、更专业的用户

标准版 带PD/QC诱骗、监测以及Emarker读取的USB电压电流表

简介:基于ESP32-PICO-D4的USB功率计,实现了PD/PPS/QC的监测与诱骗,Emarker读取以及诸多其他功能,具体功能可看项目功能介绍。 本表体积小巧,制作难度较大!!!请量力而行!!!

开源协议: CC-BY-NC-SA 3.0

发布时间: 2022-08-12 11:02:06
  • 1.1w
  • 125
  • 252
描述

更新日志


2022-7-14 首次发布

2022-7-16 放出立创EDA原PCB原文件,修正部分文档错误,BOM修改热敏电阻K值标注的错误

2022-8-12 1.上传固件,更新软件教程

                  2.PCB轻微修改,螺丝孔添加焊盘,使地回流面积增加

                  3.完善焊接教程,修复部分文档错误

                  4.BOM修改

                   (1)添加螺柱与螺丝购买链接,统一为新方案,降低厚度与成本

                   (2)更换按键购买链接,降低成本

                   (3)供电滤波电容换小,降低成本

                   (4)高精度10k电阻更换为普通10K电阻,降低成本

                   (5)添加淘宝便宜屏幕购买链接,降低成本

                   (6)屏幕限流电阻改为15R,降低最大背光亮度,改善背光漏光

                   

 

功能介绍


基于ESP32-PICO-D4的USB功率计,显示采用0.96TFT彩屏,电压电流采样部分采用INA226/INA231方案,PD监测与诱骗采用FUSB302PD物理层芯片,QC监测与诱骗采用ESP32的ADC与DAC,理论上也支持其他的A口协议,但是手上没有其他的A口通信设备供采集协议的通信过程。

本表基本功能:

1.基本的双向电压电流监测,简易自耗校零,能实时监测D+ D-电压,实时的充电协议(暂只支持PD\QC\DCP)。

2.电压诱骗:QC\QC3的全电压诱骗,PD3.0的FIX\PPS诱骗。

3.软件库仑计,可以计算充电的电量。可以计算充电的电压、电流与实际带负载时间。

4.多种数据记录,可以监测板子温度,充电过程中的最大最小的电压、电流、功率值,平均电压、电流、功率值。

5.带有离线数据记录,可以选择是否继承上次的数据继续记录,防止意外断电数据丢失,同时还可以记录并显示5组最近记录的数据,记录内容为电压电流功率的平均值,负载时间,充电的mAh与mWh。

6.本表带有几乎完全的PD逻辑抓包功能与常用PD数据包分析功能,可以监测充电器的PDO,实时显示当前申请的RDO,可以记录并显示通信过程中的每一个数据包,并对常用数据包进行解析。

 

固件更新,翻车交流群:788013120

本表需注册激活,个人DIY用户可以加群免费获取一个注册码

 

本表体积小巧,制作难度较大!!!请量力而行!!!

如果您是第一次或者刚刚开始接触PCB的焊接,强烈不建议您尝试制作本表!!!

 

本表未经授权禁止商用!

 

主界面

主界面

 

PD诱骗界面                                                         

PD诱骗界面

PPS诱骗界面

PPS 诱骗界面

Emarker读取界面                                                   

Emarker读取界面

PD抓包分析

PD报文界面

 

 

详细功能演示见底部视频

 

 

 

硬件与焊接教程


主控采用ESP32-PICO-D4,外围精简,板子尺寸较小,带有WIFI与蓝牙功能可供后期开发上位机。

DCDC可用MP2451(最低运行电压4.25V)/MP2456(最低运行电压3.85V),OPPO的VOOC闪充和华为老版SCP充电握手电压可能会降低到4V,导致表无法正常运行,建议OPPO与华为用户选择MP2456,电流监测芯片可用INA226(最高电压36V)/INA231(最高电压28V)。

PD监测与诱骗采用FUSB302物理层芯片。

A口监测与诱骗直接使用ESP32的ADC与DAC,目前A口协议仅支持QC/QC3,理论上也支持其他的A口协议,但是手上没有其他的A口通信设备供采集协议的通信过程。

屏幕采用0.96 TFT彩屏,ST7735S驱动。

 

焊接注意事项:

1.必备工具:一把比较好用的小头子络铁(元件间距较小,头子大了不好用),LED拆焊板/热风枪(焊接LGA、QFN),焊锡丝,焊锡膏,助焊剂,镊子,吸锡带(增加容错率),洗板水(洗按键和板子)

 

2.焊接与检查顺序:

      2.1 先焊接ESP32与ESP32下方的10k电阻以及右上角单独的按键,万用表测试背面屏幕排线引脚对地导通情况,其中有且仅有三个引脚对地导通即为正常(存在ESP32底部焊盘短路屏幕信号线的情况),焊接烧录线(TTL的RX接板子TX,TX接板子的RX),测试串口是否有输出,能否烧录程序(烧录程序需短接IO0上电,也就是右上角单独的按键,镊子短接或者按下按键均可),确认焊接没问题取下烧录线。

      2.2 其次焊接FUSB302、INA231/226与两个4.7k电阻。焊接烧录线,刷写附件中的iic测试程序,该程序会通过串口输出扫描到的iic地址,接上烧录线并随便打开一个串口软件(比如Arduino的串口监视器),波特率115200,检查是否能正确扫描到0x22、0x40(若扫描到0x44则为假货226,投诉商家去)这两个iic地址。

      2.3 然后焊接MOS与MOS旁的10K电阻,诱骗按键,焊接烧录线,烧录USB表固件(烧录程序需短接IO0上电),万用表通断档分别测试两个诱骗按键两端,在烧录线不接时(即断电时)相当于二极管,只有单项导通,烧录线接上时(即通电时)相当于导线,双向导通,即可以继续下一步。

      2.4 按你的心情焊接剩余 正面 元件(除了两端的Type c口),并注意不要触动上述已经焊好的元件。

      2.5 正面焊接完成后,重复上述的所有测试项,确认无误后即可继续焊接剩下的Type c口,背面的检流电阻、天线、屏幕。

      2.6 进行成品测试,测试各功能是否正常。检查屏幕显示内容是否正常,PD\QC诱骗能否正常使用。关于PD诱骗:在连接双c线或者公头插入充电器是不亮屏的,需按下下面的PD诱骗按键才可正常亮屏并自动进入PD诱骗界面,且松手不息屏,若松手息屏或直接亮屏,则是未正确进行2.3中的mos检查,mos有连锡或者虚焊,哪边的诱骗按键存在上述问题,则是哪边的mos焊接有问题,需重焊mos

 

3.部分焊接难点的方法

      3.1 ESP32先给芯片本体四周的引脚上锡(中间的大焊盘不要上锡,若不小心上了锡,应该用吸锡带拖平,然后重新给四周的引脚上锡),然后在PCB上,给PCB上一层助焊剂,用镊子给ESP32四周的焊盘涂上适量的锡膏(注意不要涂到中间大焊盘上),然后用镊子尖,只在中间的大焊盘上点上一丁点焊锡膏。然后将芯片按方向准确放在焊盘上,上加热台,待焊锡熔化之后,轻压ESP32,将多余的焊锡挤出,从加热台上取下,用烙铁拖掉多余的焊锡。(这种方法可以极大的避免连锡虚焊,反正我焊了二三十次没失手过)

     3.2 MOS的焊接,可以不用焊锡膏,用烙铁给MOS本体引脚上锡,然后在PCB上刷一层助焊剂,给PCB上的MOS焊盘上锡,将MOS按方向放置在PCB上,放上加热台,熔锡后用镊子轻推MOS,能自动回位即可。

     3.3 INA231的焊接,同样给PCB上助焊剂并用烙铁给PCB上的焊盘上锡,INA231为BGA封装,出厂已自带锡球,可以不用给芯片引脚上锡,按方向放在PCB上,放上加热台,熔锡后用镊子轻推INA231,能自动回位即可,与esp32不同的是,千万不要压INA231,压了必连锡。

 

 

焊接好如下图

焊接元件面

屏幕面

 

 

打板与组装教程

打板资料与焊接ibom图均在附件中

产品由3块板子组成,主板可选0.8/1.0,上下盖板为1.0,中间由铜柱连接,螺丝固定,屏幕采用1mm泡棉胶固定到板子上。

铜柱采用M2*2与M2*2.5铜柱组合,螺丝采用M2 3mm以下的螺丝(小头薄头最好),整体厚度为7.3~7.5mm.

 

若嘉立创打板显示拆单嫌疑拒绝打板,可以去EDA原文件中重新生成Gerber文件打板。

面板打板审核说铣槽太小容易断板的话,回复接受断板发货不投诉即可。

在EDA原文件中,主板这四处DCR错误可忽略。

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组装零键一览                                                 

元件全家福

 屏幕固定方式

屏幕固定方式

 

软件与烧录教程


 

固件名构成:

开头的字母:TTL则表示为TTL烧录固件,不能进行OTA升级。OTA则表示为OTA升级的固件,不能使用TTL烧录。

中间的数字:软件的版本号,数字大的为新固件

末尾的字母:屏驱动版本,若使用的屏幕为立创商城购买,则选择LCSHOP。若为淘宝购买,则选择TAOBAO

 

 

TTL烧录

1.第一次烧录必须使用TTL烧录器,且只能烧录开头写着TTL的固件,不可使用OTA开头的固件,接线为3V3—3V3 RX—TX TX—RX GND—GND,烧录需要进入flash下载模式,进入方式为在上电时短接IO0到地,本PCB的IO0为右上角单独的那个按键,上电时用镊子短接焊盘,或者焊接一个按键并上电时按下按键均可。(是按住按键上电,不是烧录时按下按键

 

2.将TTL烧录器连接电脑,打开电脑的设备管理器,在端口那一栏里找到TTL烧录器使用的端口,打开附件中的flash_download_tool软件,在弹出的方框中将chiptype选项改为ESP32,点击OK进入,将配置选项改为如下图所示,选择你需要烧录的固件,地址如下面打勾的绿色那行所示,其他行不用管,其中COM选择你的TTL烧录器使用的端口,将ESP32如 1. 所示进入flash下载模式,点击START即可烧录。(每次烧录只能选择一个固件,烧录地址均为0x0000,最前方的勾勾为选择烧录的固件,该行变为绿色即为选中了该固件烧录。)

 

3.烧录完毕后,重新给ESP32上电,使ESP32退出flash下载模式,才能通过串口软件查看串口输出是否正常。

 

 

 

OTA升级

1.OTA的前提是已经通过TTL烧写了表的固件。OTA升级只能选择OTA开头的固件,不能选择TTL开头的固件。OTA升级方式为网页,无需其他软件。

 

2.进入OTA升级的方式为按住+键上电,即面向屏幕最右边的按键。第一次上电会自动创建AP热点,并在屏幕上显示AP热点已创建字样,用手机或电脑连接名称为USBMETER的热点,打开网页,在网址栏输入192.168.4.1这个IP地址(若使用手机连接配网请关闭流量),会自动进入配网网页界面,在网页中输入你的WIFI账号与密码,点击保存,即可完成配网。

 

3.完成配网后会自动关闭热点进入WIFI链接状态,屏幕会显示正在链接字样。若长时间(约15s)无法连接到设置的WIFI,会自动重新创建WIFI热点并进入配网模式(注意:在该模式下不会尝试连接WiFi),需要重新上电进入OTA模式才能重新尝试连接WIFI,若完成了配网却无法连接到WIFI,请将表拿到靠近WIFI的位置并重新上电进入OTA模式尝试连接,若仍无法连接,请在进入配网模式时重新进行配网并仔细确认检查输入的WIFI账号密码是否正确。

 

 

4.成功连接上WIFI后,会显示WIFI已连接的字样,此时屏幕上会显示表的IP地址,将手机或者电脑连接至与表同一个WIFI网络下,在网页上输入表上显示的IP地址,稍等一段时间(会有点慢),会进入USBMETER OTA升级系统的网页,点击上传文件,选择需要升级的固件(OTA开头),点击Update并等待一段时间,会自动升级完成,完成后表会自动重启。

 

 

使用教程与操控逻辑


上端三个按键为操控按键,分别为确认、+、-按键,负责界面交互。下方两个按键为诱骗按键,负责选择是否进入PD诱骗模式。

三个操控按键均具有三个操控逻辑,分别为短按(按下0.5s内松手),长按(按下0.5~2s内松手)与按住(按住超过3s不松手)。

 

在任何界面中,短按+、-按键作用为切换界面或光标。

在主界面中,短按确认按键进入菜单,在其他界面中,短按确认按键为确认选择。

 

在任何界面中,长按确认按键为返回上一级菜单。

除了在个别界面中(指需要长按切换光标或快速翻页的界面中),长按+,-按键分别为翻转屏幕,手动息屏功能。

 

在任何界面中,按住确认键均为返回主界面。

在主界面中,按住+,-按键分别为进入PD(需要在PD诱骗模式下)、QC(需要在PD诱骗模式下)诱骗界面,在需要快速翻页的界面中,为快速上翻页、下翻页。

 

PD诱骗通过专属PD按键触发,在CC线插入表的母端时,按住其中一个诱骗按键即可触发PD诱骗模式并自动进入PD诱骗界面,具体按住哪一个按键触发取决于您的CC线方向。在表的公头端插入充电器的母端时,按住任意一个诱骗按键即可触发PD诱骗模式并自动进入PD诱骗界面。

 

目前固件无法在支持PD的充电器的C口上使用QC诱骗,因为在PD诱骗模式下,QC诱骗将被自动禁用。

对于一些魔改A口的PD诱骗,可能您需要先按住正确的诱骗按键,再将Type C线插入表的母座,才能成功进入诱骗模式。

 

请注意,无论何时在使用诱骗功能时,请断开表后端的负载,或确保表的后端接入的负载在可控范围内,由此引发的任何后果本人均不负责。

 

 

BOM清单


 

 

详细演示视频

视频1:PD诱骗、监测&Emarker读取演示

视频2:电流监测及其他功能演示

视频3:QC诱骗演示

 

设计图
原理图
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