基于AI8051U的简易功率计制作

1.功能介绍

基于AI8051U 32位单片机，制作简易手机充电功率计，适配小米手机快充协议，检测手机充电电压、电流，功率，充电电量等信息；能通过按键诱骗

充电头输出5~12V电压，0.96寸oled屏幕显示功率信息。

2.原理图说明

2.1 电源供电部分

供电来源于充电器输出电压，该电压在5~20V之间,会超出AI8051U正常工作电压，选择LDO进行稳压，本次选择的LDO型号为LN20342,

该LDO最大支持40V输入，满足要求，输出电流为200mA,满足整个系统工作过程中最大电流消耗。在使用过程中，整个系统的工作电流较小，

芯片没有明显发烫，输出3.3V电压稳定。

                             电源供电接口        

2.2 电压电流采集电路

本次使用了AI8051U的两个IO口做电压电流采集口，分别采集充电电压以及经过采样电阻转换后的电流；供电电压采用电阻进行六分频，并加入了过压

保护，将输入单片机的电压限制在3.3V。R17为1K,125mW电阻，可承受最大电压约为14.3V，P=(14.3-3.3)^2/1000=121mW.若果电压过高，电阻将

会失效烧毁；关于电流采样，将采样电阻放置在低侧，进行低侧采样，AI8051U的IO口可以直接通过ADC通道读取采样电阻电压值。模拟采样部分电路

与数字部分地隔开，通过0Ω电阻连接，可以有效防止数字信号对电压采样的干扰。

                                             电压电流采集电路

2.3 关键信息保存

使用EEPROM对采样功率信息进行保存，因为该芯片也是使用I2C通信，因此只需将该芯片的数据和时钟线接入I2C

总线即可，节省IO资源。

                    EEPROM信息保存电路

2.4 电压输入输出连接

下图是本次电源输入输出接口。分为公头和母头，公头接充电器，母头连接USB数据线，注意母头的地不与GND网络连接，而是接入采样电阻进行低侧采样，并将采样电阻接地

                                             电压输入输出连接电路

2.5 显示电路

显示电路使用0.96寸OLED屏，该屏幕使用I2C接口进行通讯,使用AI8051U上的硬件I2C资源，可以使显示效果更加流畅

                              屏幕显示电路

2.6 按键电路

该电路用于进行QC电压诱骗，输出5~12V电压、以及对系统进行复位,使用四个IO口，并通过IO中断进行按键识别。

                 按键电路

2.7 QC诱骗电压电路

考虑到平时有使用12V电压供电的习惯，增加了QC诱骗充电器输出12V电压的功能，主要通过控制单片机IO口输出电压，模拟单片机与充电器握手，实现电压诱骗。

  QC诱骗电路

2.8 采样放大电路

因采样电阻功率限制，100毫欧采样电阻最大功率2W，因此通过该电阻的电流最大为：sqrt(2/0.1)=4.47A，超出该电流会损坏采样电阻。为了实现更大功率采样，

可以将采样电阻更换为10毫欧，1W，电流可达sqrt(1/0.01)=10A,然后通过运算放大器对电压进行放大，放大后的电压接入ADC口进行转换。

                         采样放大电路

3、实物图

                                           产品实物图

4、PCB设计说明

1.在PCB设计中，电源部分走线需要过大电流。因此走线需尽可能粗并进行开窗，后期焊接时加锡，增加载流能力。

2.采样电阻应采用开尔文接线，提高采样精度

5、关键程序说明

5.1 ADC参数配置

ADC采样使用的IO口为P1.6和P1.7,对应通道为通道6和通道7，现将两个IO口设置为高阻输入，然后配置ADC模式开启ADC采样

5.2 ADC均值滤波

采集一次ADC值可能会因为某些原因导致值不准确，因此本算法共采集50次值，去除最大最小后求出平均值即为ADC转换值

5.3 按键识别

以上为IO中断配置以及中断服务函数代码，使用中断功能对按键进行识别

6、装配说明

产品分为两部分，电压采集部分和显示部分，两部分通过6P、同向、间距0.5mm的FFC连接线进行连接，可在立创商城进行够购买。