<span style="font-size:20px;font-family:Microsoft YaHei">
# 1 简介
  作为电子爱好者的你我，一定用万用表测量过电压和电流，以判断电路是否正常工作.但你是否好奇，测量电压电流背后的原理是什么？能不能自己做一个电压电流表呢？本开源工程就手把手地教你从硬件设计原理到软件代码、从数据库搭建到数据可视化展示，一步步做一个基于立创地文星（CW32G030C8T6）的多功能物联网电压电流表.</font>
  首先上几张实物图.各位大佬们可以基于本项目，继续改进优化PCB布局、软件设计~
<body>
<p align="center">图1 实物正面</p>
</body>
<body>
<p align="center">图2 实物背面</p>
</body>
# 2 硬件设计及原理
## 2.1 供电电路
  电源拓扑图如图3所示.
<body>
<p align="center">图3 电源拓扑图</p>
</body>
  供电部分使用了一节18650锂电池，充电管理芯片用的是TC4056A，最大可支持到1A充电电流，电路设计如图4所示.
<body>
<p align="center">图4 充电管理电路</p>
</body>
  如图5所示，DCDC升压电路部分，使用的是MT3608B，其在电流小于100mA时的效率约92%.输出电压是使用电阻分压反馈方式，VOUT=(1+R2/R1) * VREF.手册里写VREF=0.6V，我取R2=91KΩ，R1=13KΩ得到VOUT=4.8V.这里两个分压电阻大一点好，这样流过它们的电流小，它们所耗的功率也会变小.这里的电感4.7uH是按芯片手册来的，建议选择一个等效直流电阻更低的电感，这样也能提高效率.这里的续流二极管必选肖特基二极管，考虑到整机电流不大，用SS14就行.
<body>
<p align="center">图5 DC-DC升压电路</p>
</body>
  降压至3.3V的LDO为RS3236-3.3，选用它是因为其有EN引脚，可用CW32的GPIO控制LDO启停，此外它还有极低的待机电流(0.01uA)，能让整机静态电流再降一些.LDO电路设计见图6.
<body>
<p align="center">图6 LDO降压电路</p>
</body>
## 2.2 MCU选型——为什么选CW32
  测量电压和电流，实际上都是在采集电压数据，而电压值是模拟量，要转换成程序能读取的数字量就要用到ADC(模数转换)，立创地文星开发板是使用的CW32F030C8T6，拥有12位精度的高速ADC，有多种Vref参考电压：1.5V、2.5V、VDD、ExRef（PB00）引脚电压.而STM32只有一个VDD作为参考电压，考虑到精度问题，自然是可选的Vref多一点好.CW32用户手册对ADC的介绍如图7所示.
<body>
<p align="center">图7 CW32数据手册对ADC介绍</p>
</body>
  此外，还考虑到本项目使用了TFT屏幕、ESP8266、按键控制、ADC采集，所需要的IO口数量较多，地文星开发板提供了32个IO引出，很够用了.
## 2.3 ADC电路
  ADC,是Analog-to-Digital Converter的缩写，指模/数转换器，是将连续变量的模拟信号转换为离散的数字信号的器件.
  ADC引脚功能说明如下表所示
|端口-ADC通道|功能|
|:---:|:---:|
|PBA7-ADC_IN7 | 电池电压测量|
|PB00-ADC_IN8 |电压测量校准|
|PB01-ADC_IN9 |电压测量0~3V|
|PB10-ADC_IN11| 电压测量0~31V|
|PB11-ADC_IN12 |电流测量0~1A|
### 2.3.1电压采样电路
  电压采样电路设计图如图8所示，选取Vref为内置1.5V电压.
<body>
<p align="center">图8 电压采样电路</p>
</body>
  大量程这边使用一个200k和10k电阻分压，采集10k电阻上的电压值，则最大量程计算方法为:
$$
U_{adc11max}= \frac {1.5}{\frac{10k}{10k+200k}}=31.5V
\tag {1}
$$
  取整数31V，当电压为31V时，算一下电阻R2和R5上的功率：
$$
P_{R5max}= \frac{(31\times \frac{10k}{10k+200k}) ^{2}}{10k}\approx 0.218mW
\tag {2}
$$
$$
P_{R2max}= \frac{(31\times \frac{200k}{10k+200k}) ^{2}}{200k}\approx 4.36mW
\tag {3}
$$
  所以R2和R5选择0603的封装（100mW）都绰绰有余，按个人手头上有的器件来选贴片电阻的封装即可.
  小量程这边使用了两颗10kΩ ±0.1%电阻分压，最大量程计算方式与 **式(1)** 相同，可算得量程为0~3V.
  后面在软件部分实现了自动换挡功能，实现了小电压高精度测量、大电压经校准后也能有很高的精度.
### 2.3.2 电流采样电路
由
$$
I_s = \frac{V_{REF}}{4096} \times \frac{1}{R_{sa}} \tag{4}
$$
可知，在参考电压$V_{REF}$一定的情况下，采样电阻$R_{sa}$越大，对应的$I_s$越小.因为本人经常测量毫安级的电流，自然希望单位ADC值所对应的电流越小越好.故选用2512封装的200mΩ电阻，功率为2W.
$$
I_{Rmax} = \sqrt{\frac{P_{max}}{R_{sa}}} = \sqrt{\frac{2}{0.2}}\approx 3.16A
\tag{5}
$$
  由 **式(5)** 知，200mΩ电阻能采集的最大电流为3.16A，大于设计的采集电流1A.此时单位ADC值对应的电流为
$$
I_s = \frac{1.5V}{4096} \times \frac{1}{0.2Ω} \approx 1.83mA \tag{6}
$$
符合设计需求.
  电流采样电路设计如图9所示.
<body>
<p align="center">图9 电流采样电路</p>
</body>
### 2.3.3 电池电压采样
  电池电压采样电路设计见图10.使用两个10KΩ ±0.1%的电阻分压.选用内部参考电压2.5V.
<body>
<p align="center">图10 电池电压测量电路</p>
</body>
### 2.3.4 TL431电压校准电路(可选)
  在本项目中还使用了一个TL431做电压校准电路，用于提供2.5V的基准电压，虽然CW32内置了2.5V的电压基准，理论上无需外部基准，但可用TL431来学习电压基准芯片的应用原理.
<body>
<p align="center">图11 TL431原理图</p>
</body>
  如图11所示，TL431的核心是一个运放，在电路中充当比较器.芯片内部有一个Vref电压（约为2.5V），作用在比较器的反相端.比较器的同相端会输入一个电压给REF，当这个电压大于Vref时，比较器输出高电平，使能三极管，使CATHODE（阴极）端与 ANODE（阳极）端导通，此时，若REF和CATHODE处于同一电位（连接在一起），则REF处的电位被拉低，当REF处的电位被拉低至低于Vref时，比较器输出低电平，三极管关断，REF处的电位回升，当高于Vref时，继续执行以上描述，如此循环.由于硬件的响应速度是极其快的.所以REF处的电压几乎等于Vref.
  TL431电路设计见图12.
<body>
<p align="center">图12 电压校准电路</p>
</body>
## 2.4 按键电路
  CW32的I/O口内部可以配置上下拉电阻，在芯片外围的按键控制电路则无需配置.按键一端接入MCU的I/O上，另一端接地.按键按下，I/O被拉低，在代码编写时去检测下降沿然后进中断即可，代码部分会在软件设计章节(第3节)�
基于立创地文星开发板做的多功能物联网电压电流表，可用WIFI上传数据至云端 （337个子文件） 
删除目标文件(用于打包备份).bat 132B Picture.c 48KB cw32f030_rcc.c 31KB cw32f030_adc.c 28KB cw32f030_i2c.c 24KB cw32f030_atim.c 20KB cw32f030_vc.c 20KB cw32f030_rtc.c 18KB cw32f030_uart.c 17KB cw32f030_flash.c 16KB cw32f030_btim.c 14KB cw32f030_spi.c 14KB cw32f030_gtim.c 12KB cw32f030_dma.c 9KB cw32f030_gpio.c 9KB esp8266_cmd.c 9KB cw32f030_lvd.c 8KB Lcd_Driver.c 8KB cw32f030_iwdt.c 6KB cw32f030_systick.c 6KB va_meter.c 6KB cw32f030_crc.c 6KB GUI.c 6KB cw32f030_awt.c 5KB cw32f030_pwr.c 5KB adc.c 5KB cw32f030_wwdt.c 5KB menu.c 5KB sys.c 5KB tim.c 4KB sht40.c 4KB bsp_uart.c 4KB system_cw32f030.c 4KB board.c 3KB main.c 3KB cw32f030_digitalsign.c 3KB cw32f030_ram.c 3KB cw32f030_debug.c 3KB mqtt.c 3KB key.c 2KB gpio.c 2KB str.c 1KB doxygen.css 49KB tabs.css 11KB search.css 5KB navtree.css 2KB Project_sort_by_flash.csv 3KB Project_sort_by_ram.csv 676B Doxyfile 128KB
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