【毕业设计】基于stm32的便携用电功率统计系统 -物联网 嵌入式 单片机

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0 前言

这两年开始毕业设计和毕业答辩的要求和难度不断提升，传统的毕设题目缺少创新和亮点，往往达不到毕业答辩的要求，这两年不断有学弟学妹告诉学长自己做的项目系统达不到老师的要求。

为了大家能够顺利以及最少的精力通过毕设，学长分享优质毕业设计项目，今天要分享的是

基于stm32的便携用电功率统计系统

学长这里给一个题目综合评分(每项满分5分)

• 难度系数：3分
• 工作量：3分
• 创新点：4分

选题指导, 项目分享：

https://gitee.com/dancheng-senior/project-sharing-1/blob/master/%E6%AF%95%E8%AE%BE%E6%8C%87%E5%AF%BC/README.md

1 简介

使用单片机设计一款功率测试仪，外观不限，要求可显示电压、电流、功率，且输入最大功率100W以上。

2 主要器件

• INA220电源
• stm32g030f6p6主控芯片
• OLED屏幕模块

3 实现效果

器件构造

检测手机充电器的功率、电流、电压大小

图为60W充电器，可见检测精确率还是较高的。

4 设计原理

主要框架图

4.1 降压电路

降压部分为MCU、INA220、OLED屏等提供3.3V电源，由于整个系统消耗的电流最大不会超过60mA，低负载下普通的DC-DC变换器效率较低，所以最好选择带burst、skip、pfm等轻载节能功能的芯片，这里用的是立创商城买的RY9320AT6，上/下管内阻100/50mΩ，频率500k，正常工作是PSM模式，轻载进入PFM模式。而且一片只要1块5，性价比超高。实测5V供电时只需要从VUBS获取9mA电流，而在大部分快充的9-12V区间只需要4mA左右电流，大大降低了测量误差。

4.2 接口部分

A口使用5PIN定制接口，用于测试小米、OPPO的快充以及QC等使用普通A口的快充，Type-C接口主要用于测试PD快充。这种A口实际上是把USB3.0的GND脚复用成了私有协议的识别脚，并且VBUS和GND加宽。理论上直接用USB3.0接口也能识别，但USB3.0接口过不了太大电流有风险。母座立创商城就有，公头立创商城的一直没货，从淘宝买的。Type-C直接立创商城找个大电流的就行，注意不要用只有6PIN的那种“大电流”，因为少一对VBUS和GND。

4.3 主控

主控使用stm32g030f6p6，体积小，性能较高。大概是目前stm32里最便宜的一款了，淘宝只要2-3块，凑个红包可能就一两块。g030系列可能是因为使用了更先进工艺，一块晶圆能切出更多的die,性能更强的同时甚至比f030系列还便宜。

主控原理图
　　

4.4 OLED模块

原理图

5 部分核心代码

IDE使用STM32CubeIDE,固件库使用HAL库，初始化代码使用STM32CubeMX生成。

多级菜单

key_table table[30]=
{
    {0,0,0,1,(*fun0)}, //第0层,显示主界面

    {1,4,2,5,(*fun1)}, //第一层，显示【亮度设置】、快充、数据记录、返回
    {2,1,3,6,(*fun2)}, //第一层，显示亮度设置、【快充】、数据记录、返回
    {3,2,4,9,(*fun3)}, //第一层，显示亮度设置、快充、【数据记录】、返回
    {4,3,1,0,(*fun4)}, //第一层，显示亮度设置、快充、数据记录、【返回】

    {5,5,5,1,(*fun5)}, //第二层，亮度设置

    {6,8,7,10,(*fun6)},//第二层，快充层下显示【QC 2.0】、QC3.0、返回
    {7,6,8,11,(*fun7)}, //第二层，快充层下显示QC 2.0、【QC3.0】、返回
    {8,7,6,2,(*fun8)},  //第二层，快充层下显示QC 2.0 、QC3.0、【返回】

    {9,9,9,3,(*fun9)}, //第二层，数据记录

    {10,10,10,6,(*fun10)},   //第三层，快充QC 2.0
    {11,11,11,7,(*fun11)},//第三层，快充QC 3.0

主函数循环

 while (1)
  {
      OLED_Refresh();//刷新显存
      if(time_1s_ok)
      {
          time_1s_ok=0;
          voltage     = INA220_GetVoltage();
          current     = INA220_GetCurrent();
          power       = INA220_GetPower();
          energy_temp = energy_temp + power*0.00027777;
          energy      = energy_temp;

          if(power!=0&&mem_addr_base<0xE00)
          {
              HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,0xA0,mem_addr_base,I2C_MEMADD_SIZE_16BIT,(u8*)ina220_data,4,100);
              mem_addr_base=mem_addr_base+4;
          }
      }
      /*******************find index****************************/
      if((key_enter==1)||(key_up==1)||(key_down==1))
      {
          if(key_up==1)
          {
              func_index=table[func_index].up;    //up
              key_up=0;
          }
          if(key_down==1)
          {
              func_index=table[func_index].down;    //down
              key_down=0;
          }
          if(key_enter==1)
          {
              OLED_Clear();
              func_index=table[func_index].enter;    //enter
              key_enter=0;
          }

      }
      if(key_back==1)
      {
          key_back=0;
          if(oled_on==1)
              oled_on=0;
          else
              oled_on=1;
      }
      current_operation_index=table[func_index].current_operation;
      (*current_operation_index)();//执行当前操作函数
      HAL_Delay(10);
  }
}

OLED屏使用硬件I2C驱动，直接调用HAL库中的HAL_I2C_Mem_Write()即可实现大量显存的连续写入。 该函数原本是用于读写eeprom的，但其它需要写入两个地址的应用同样可以使用。

//刷新显存
void OLED_Refresh(void)
{
    u8 i;
    for(i=0;i<8;i++)
    {
    OLED_WR_Byte(0xb0+i,OLED_CMD); //设置行起始地址
    OLED_WR_Byte(0x00,OLED_CMD);   //设置低列起始地址
    OLED_WR_Byte(0x10,OLED_CMD);   //设置高列起始地址
    HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c2,OLED_ADDRESS,0x40,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&OLED_GRAM[i][0],128,100);
    //写入显存
    }
}

INA220的读写由于也要写入两个地址，所以同样可以直接使用HAL_I2C_Mem_R/W()函数读写，这样就不用另外花时间去实现。 但由于INA220中的寄存器是16位的，该函数只能读写u8,所以要手动把两个u8合成一个u16。

//INA220初始化
void INA220_Init(void)
{
u8 CFG[2] = {0x27,0xff}; //配置寄存器0x21D7
u8 CAL[2] = {0x20,0x00}; //校准寄存器0x5000，1ma/bit

HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,INA220_ADDR,CFG_REG,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&CFG[0],2,100);//设置配置寄存器
HAL_I2C_Mem_Write(&hi2c1,INA220_ADDR,CAL_REG,I2C_MEMADD_SIZE_8BIT,&CAL[0],2,100);//设置校准寄存器
}

5 最后