本工程为上一个（LCD1602自动量程100V10A电压电流表 - 嘉立创EDA开源硬件平台 (oshwhub.com)）的改进版，建议制作本版

 

 

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/20A/50A/100A
• 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20mA
• 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

                                       或0.000A~20.00A，分7.6A和20A两个电流量程，自动移动小数点

                                       或0.000A~50.00A，分19A和50A两个电流量程，自动移动小数点

                                       或0.000A~100.0A，分38A和100A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：00:00:00~999:99:99，自动增加小时显示位数
• 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
• PCB上标有TX RX的3Pin排针建议使用90°弯针，方便下载
• LCD1602的对比度可调电阻用立式蓝白可调电阻

• 10A版本使用7.5mΩ的2512合金电阻作分流电阻，20A及以上电流版本必须外接75mV的分流器，如：

 

• 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     技术娴熟的加够助焊剂，用刀头一拖就行了
• 电流输入端要过大电流，建议多上点锡

 

 

 

下载与校准：

• 首先，你需要一个USB转TTL模块和三根杜邦线。
• 从stc官网下载并安装stc-isp软件。
• 点击“打开程序文件”，找到你想要下载的程序版本的文件夹里的.hex文件，打开。
• 选择你使用的芯片型号。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）}

• 在stc-isp里选择你的串口，usb转串口的RX连接板子上的TX，usb转串口的TX连板子上的RX，连接好后点击“下载/编程”，再上电
• 如果以上步骤正确，还是检测不到单片机，根据评论区反馈，可以先点下载，拔掉下载线，再插上，最后供电。（至于是拔RX还是TX，抑或是全部拔掉，自己试试。这bug有点玄学。有的人碰得上，有人碰不上。）
• 为防止电源供电不足，下载程序时可以拔掉屏幕。

 

• 校准工具：可调电源、一个你信得过的万用表
• 下载完程序后，调节可调电阻，直到显示效果最佳。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。把VIN与地短路。这时，VIN会有1~4的底数（STC的IO口即使是强下拉也会有几毫伏的电压），保留。短按按键确认并进入下一步。

• 进入电流零点校正。"Zero:"后的数字是此时电流通道的AD值。这时，AIN在悬空时会有8~13的底数，为消除运放输入失调电压和输出最小电压的偏置电压，保留。短按按键确认并进入下一步。

（忽视图片里的数值，懒得换图了）

• 此时进入到电压分量程校准部分。下图为菜单解释。

反色文字或下划线文字为光标所在处。短按按键执行光标（反色文字或下划线文字）位置的功能。如：

"+1"反色时，短按按键，当前量程的校准数据增加较小数值

"+10"反色时，短按按键，当前量程的校准数据增加较大数值

"-1"反色时，短按按键，当前量程的校准数据减少较小数值

"-10"反色时，短按按键，当前量程的校准数据减少较大数值

"NEXT"有下划线时，短按按键，进入下一步

注：校准数据增大或减少时，由于与校准的结果是倍数关系，校准的结果可能不变，要多按几下才会变化

 

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。松开按键停止。

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/7.6A/19A/38A）、电流量程0（10A/20A/50A/100A）（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。
• 掉电再上电后时间、容量和能量会清零。
• 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

（图为100V20A的版本）

• 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：通过处在开漏模式的单片机IO下拉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，除非那个100kΩ的电阻短路。

 

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，成本比上个版本更低     作者不是标题党XD

 

 

 

后记：

• 二月份做好八月才发上OSHWHub的作者是屑（
• 本人技术拙劣，如果有错误的地方，欢迎在评论区里指出