DIY USB 电流表（1）：元件选型和原理图绘制

作者: 日期: 2月 12, 2024 没有评论

USB 电流表在电子 DIY 中还是比较常用的，可以用它来观察目标设备的实时电流、电压以及功耗。

作为电子 DIY 爱好者，做一个自己的 USB 电流表也是一件顺理成章的事。这里把之前已经开源的一个 USB 电流表的原理图来添加一些详细说明，对于初学者来说可以大概搞明白一个简单设备的原理图该怎么画。

当然我也还是一个初学者，如果文章中有一些错误或不足，还请多多指教。

USB 电流表成品效果

电压、电流、功率、容量界面

ui-1

功率历史图表界面

ui-2

需求分析和元件选型

在最开始搞一个入门 DIY 的产品，还是不要搞太复杂，尽量从简单的开始，先确定一下需求范围，降低整体开发难度，一方面减少原理图绘制之类的工作量，另外一方面，也可以增加成功率，防止半路弃坑 🤣。

需求分析

作为一个 USB 电流表，主要功能就是电流、电压等指标的采集，以及作为现在已经普及度非常高的 USB Type-C 接口和 USB PD 充电都需要支持一下，然后再通过屏幕展示出来采集的数据就可以了。

因此根据需求大概确定以下功能点：

  • USB Type-C 输入与输出
  • PD 协议透传
  • 支持 5～20V 电压检测
  • 支持 0～5A 电流检测
  • 支持功率计算、容量统计
  • 支持功率历史图表显示
  • 支持统计数据记录与清除
  • 按键切换电压电流数据与功率历史图表
  • 使用 12864 OLED
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将节省进行到底，使用激光雕刻机和牛皮纸 DIY SMT 钢网

作者: 日期: 2月 5, 2024 没有评论

将节省进行到底

自从有了嘉立创 PCB 免费打样之后，我玩电子 DIY 基本上都是直接上 PCB 而不是洞洞板 + 模块了。在打样完 PCB 之后，一般都是选择手工焊接元件，以前都是直接使用针筒式锡膏点锡的方式来进行上锡，然后再用电铬铁或者加热台完成手工焊接操作。

但是在面临越来越复杂的 PCB，并且使用了 0603 甚至 0402 封装的元件之后，针筒式锡膏就很难控制挤出量了，并且一块板子几百个焊盘需要点锡的话，工作量实在太大了。

这个时候就可以按照 SMT 标准流程，使用钢网刷锡膏的方式来给焊盘上锡了。最开始也是使用了嘉立创的钢网服务来配备钢网，但是他们的费用还是比较高的，不管板子大小，一个钢网就需要 50 元，打样都已经白嫖的，再花 50 元似乎不太值。

后来再在淘宝上找到了一些钢网制作店铺，可以针对打样的 PCB 大小制作钢网，价格就便宜不少，加上运费在 15 元左右，这个价格也还算实惠了。

不过在 B 站看到一些视频使用 3D 打印机制作钢网的视频之后，启发了我，想到闲置的那台激光雕刻机，似乎也可以用激光雕刻机来完成钢网的制作。

最终在尝试几次之后，选择了 90 克覆膜牛皮纸来作为制作钢网的材料，毕竟一般激光雕刻机的功率并不够用来雕刻钢片。

准备工具

  • 激光雕刻机
  • 90 克覆膜牛皮纸
  • 立创 EDA 专业版
  • LaserWeb

制作激光雕刻 Gcode 文件

对于使用 …

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Arduino + ESP32 高分开源项目推荐

作者: 日期: 1月 29, 2024 没有评论

作为一个 ESP32 重度用户，并且一直使用 Arduino 框架开发嵌入式应用的爱好者，在过去开发的项目过程中使用过不少开源项目，这里稍微总结一下比较有意思的，以及比较有用的开源项目列表。

其中一些项目不光是固件方面的程序，也包含了对应的硬件设计，可以当作一个电子 DIY 入门的学习项目。

开源项目集合

awesome-esp

项目地址：https://github.com/agucova/awesome-esp

一个国外爱好者收集的 ESP32/ESP8266 开源项目集合，主要偏完整的固件应用。

固件应用

这里是一些完整的固件开源项目，通常也会包含一个完整的硬件项目，不管是用来学习硬件开发，还是学习嵌入式软件开发，都是很好的例子。

ESPHome

ESPHome Logo

项目地址：https://github.com/esphome/esphome

算是最流行的开源智能家居固件之一了，通过编写 YAML 配置文件的方式来快速集成各种传感器、开关、屏幕等设备到一个固件中，并且内置了 Home Assistant 等智能家居平台的支持，可以一键添加到这些平台中。

要使用 ESPHome，基于上只需要了解大概的 GPIO 知识，I2C 以及 SPI 总线的概念就可以上手了，传感器或者其他外设的驱动都已经包含在固件中，并且官方文档也包含了详细的配置教程。

之前就使用 ESPHome 快速搭建了两个应用：

tasmota

项目地址：…

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万字长文，一个软件工程师的 2023 电子 DIY 总结

作者: 日期: 1月 22, 2024 8 条评论

在去年这个时候，总结了一下 2022 年重新拾起电子 DIY 的经历《一个软件工程师的 2022 电子 DIY 小结》，翻了翻嘉立创 PCB 订单，今年也打了不少板子，虽然也有一些是取消的订单，但是总体还是打了不少板子，有一些旧的东西，也有一些新的东西。

相比去年，今年在电子 DIY 上又学习了一些新东西，再来总结一下在 2023 年得到的经验。当然这些都是我作为一个新手村玩家得到的经验，只能说在 DIY 这个领域，可以用来应付一些需求，与实际商业化产品开发过程中需要的经验，还是会有比较大的距离，因此这些经验也仅供大家参考。

经过这一年，看见什么数码产品，都想着自己能不能做一个，找找开源项目，找找对应芯片，然后搞出一个半成品 😆。

复刻项目

作为一个新手，2023 年整体还是以复刻为主，得益于立创硬件开源平台，总是可以看到各种很有意思的项目，这其中有一些算是玩具，有一些是开发相关的，有一些则是实际生活中会使用到的数码产品。

在复刻项目过程中，现在能更多地去理解原理图，知道每个部分的作用是什么，以及在它的基础上，是否可以做出一些符合自己需求的修改，例如以下这些基础的修改：

  • 元件封装是否方便手焊，0402 替换为 0603 或 0805
  • 布局是否方便使用加热台一次焊接，双面贴片变更为单片贴片
  • 元件选型是否和现在元件库存匹配，LDO、DCDC 等替换为库存已有型号
  • 主控是否可以替换为更熟悉的型号，例如 ATMEGA 替换为 ESP32

在经历过几个开源项目的复刻过程后，会逐渐对硬件项目的构成有一个更清晰的概念，也能对硬件项目中可能包含的功能模块了解更多一点，例如电源模块、充电模块、电机驱动等。

在知道和了解了硬件项目中的这些模块之后，在后续想要做自己的项目时，就可以参考和使用了，这跟在软件项目中使用开源库的原理也差不多。

SmartKnob - 基于 SimpleFOC 的无刷电机模拟旋钮

2023diy-smartknob1

项目地址：https://github.com/scottbez1/smartknob

关键词：无刷电机，SimpleFOC，PID，ESP32，TMC6300，磁编码器，SK6812…

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Monaco Editor 实战：添加代码折叠功能

作者: 日期: 9月 11, 2023 没有评论

在之前的文章《4 步为 Monaco Editor 添加自定义语言支持》中，我们已经学会了如何使用 monaco-editor 来实现一个支持自定义编程语言的编辑器，但是作为一个标准的代码编辑器，我们还需要它支持代码块折叠功能，这样在编辑内容比较多的代码文件时，可以方便的将其中一些代码块折叠起来，使得在阅读代码时更容易理解整体代码结构。

这一次我们就来看看如何给 Monaco Editor 增加代码块折叠功能。

官方示例

在 Monaco Editor Playground 的 Folding Provider Example 示例中，可以看到如何给一个自定义语言添加代码折叠支持：

monaco.languages.registerFoldingRangeProvider("foldLanguage", {
    provideFoldingRanges: function (model, context, token) {
        return [
            // comment1
            {
                start: 5,
                end: 7,
                kind: monaco.languages.FoldingRangeKind.Comment,
            },
      // ...
    ]
  }
});

可以看到，只需要在注册自定义语言后，再注册一个 foldingRangeProvider …

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Using INA219 with Arduino to Measure Voltage, Current, and Power in a Circuit

作者: 日期: 8月 17, 2023 没有评论

Recently, while working on a DIY project, I needed to measure voltage, current, and power in the circuit. After comparing several chips, I decided to use the INA219 chip from Texas Instruments. Coincidentally, I had previously used an INA219 module to build a simple power meter, which made me …

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在 Arduino 中使用 INA219 测量电路中电压、电流和功率

作者: 日期: 8月 16, 2023 没有评论

前段时间在做一个 DIY 产品的时候，会需要测量电路中电压、电流和功率等数据，在找了一些芯片对比后最终选择了德州仪器的 INA219 芯片，刚好之前也使用过 INA219 模块做了一个简单的功率计，相对还算熟悉。

INA219 的官方介绍如下：

INA219 是一款具备 I2C 或 SMBUS 兼容接口的分流器 和功率监测计。该器件监测分流器电压降和总线电源电 压，转换次数和滤波选项可通过编程设定。可编程校准 值与内部乘法器相结合，支持直接读取电流值(单位: 安培)。通过附加乘法寄存器可计算功率(单位: 瓦)。I2C 或 SMBUS 兼容接口 具有 16 个可编程地 址。

INA219 的使用还是比较简单的，直接通过 I2C 总线即可读取数据，并且支持最大 26V 测量电压，12 位精度，在大多数场合都满足需求了。在立创开源平台，也能看到很多 USB 功率计也是使用的这款芯片。

原理图

using-ina219-in-arduino-schematic

INA219 只需要很少的外围元件即可工作，给电源添加一个旁路电容，再加上一个采样电阻，即可完成。

A0、A1 用于指定通过 I2C 与 INA219 通信时，INA219 的地址，如果电路中只有一个 INA219 芯片，可以直接将这两个引脚接地即可。…

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ESP32-S3 开发板配套物联网扩展板的设计与制作

作者: 日期: 8月 12, 2023 2 条评论

在完成之前的 《ESP32-S3 最小开发板》 之后，想到很长一段时间，都是用 ESP32-S3 做物联网相关的应用。在这过程中，又会碰到一些会经常重复使用的模块，例如 LCD 屏幕、I2C 外设等，这个时候如果有一个现成的扩展板，就可以省去很多通过杜邦线连接模块的时间，提升应用开发效率。

在做完 ESP32-S3 最小开发板之后，我就根据自己的需求，并且参考了一些其他扩展板，开始设计一个主要用于物联网领域的扩展板。

设计目标

和 ESP32-S3 最小开发板一样，为了使初学者更容易使用，这次的扩展板也会基于容易焊接的前提去规划，主要使用 0805 元件和 2.54mm 排母插件，其中多数元件以模块的方式来引入，这样可以在淘宝购买对应的模块直插，避免在模块的电路设计上花费太多时间。

整个扩展板以输入模块、输出模块和总线模块三部分组成，对应到物联网开发中的大多数展示以及交互场景。

输入模块

  • 5 个用户按键
    • 接受用户输入，可以作为方向键，也可以模拟鼠标移动和按下操作
  • 多功能按键
    • 常见的手持设备，会提供一个多功能按键来实现向上、向下、按压三种操作
  • TF 读卡器
    • 用于数据文件的保存和读取

输出模块

  • LCD 屏幕
    • 显示界面和数据
  • WS2812 LED
    • 状态指示，灯光效果

总线模块

  • I2C 总线
    • 常见传感器模块都支持 I2C 通信，需要支持多个 I2C 模块同时连接
  • SPI 总线
    • 和屏幕或者 TF 读卡器模块进行通信
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做一个 ESP32-S3 开发板

作者: 日期: 7月 2, 2023 4 条评论

接触立创 EDA 和嘉立创 PCB 打样服务之后，一直想从头设计一块 PCB，刚好前段时间立创硬件开源平台搞活动，就又薅了一把羊毛，蹭了立创商城的器件券，和嘉立创的打样券，相当于费用全免，做了一块开发板。

因为一直在玩 IoT，因此 MCU 就选择了最熟悉的乐鑫 ESP32-S3，这款 MCU 内置了 Wi-Fi 和蓝牙，官方支持 Arduino 开发框架，GPIO 数量相对前代 ESP8266 也多了很多，而且支持了 PSRAM，在一些高内存应用场合也可以放心使用了。看在免费的情况下，直接选了顶配 N16R8 型号，16MB Flash + 8MB PSRAM 足够应对绝大部分场景。

需求

除开嘉立创搞活动这个原因，在设计这款开发板之前，我也在淘宝上买过 ESP32-S3 的开发板，但是在使用过程中总会碰到各种不满意的地方，因此借这个机会就一起解决了。

宽度要小

在平时做原型验证的时候，会经常要使用到面包板，像下面这种常见的款式。

esp32devkit-breadboard

但是淘宝上常见的 ESP32-S3 开发板的宽度都稍微宽了一些，在插到这个面包板上之后，左右两侧的 GPIO 只能有一侧可以露出接线孔，这样在使用杜邦线或者跳线连接的时候，就非常不方便。

双 USB Type-C 接口

ESP32 系列在 ESP32-S2 之后， 就已经增加了对 USB 设备驱动的支持，可以通过 …

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一个软件工程师的 2022 电子 DIY 小结

作者: 日期: 1月 7, 2023 2 条评论

在 2022 年中的时候，已经很久没有玩过 DIY 的我，在看到稚晖君以及其他一些 UP 主的视频之后，又对电子 DIY 捡起了兴趣。在这同时，又了解到了嘉立创的免费打样活动，因此也想在之前使用万用板和飞线的基础上，更进一步，能真正向产品化迈进一点，好好地做个东西出来。

在经过了几个月的学习、尝试，也在嘉立创打了快 30 块板子之后，目前也完成了几个小玩具的开发、组装、使用，也算是完成了一些里程碑。

学习路径

为了使 DIY 产品更像一个产品，就需要使用 PCB 了，因此需要系统地了解和学习硬件产品整体的开发流程。幸运的是，现在 B 站科技区很多 UP 主，在发布视频的时候，都给出了完整的实现方式，这就让我的整个学习过程有了比较详细的参考资料。

整体学习过程中，遵循了看视频》原理图学习》EDA 学习和操作》PCB 布线》项目复刻》自主从头实现这个路径。当然因为是业余 DIY，实践的时候都以满足基本需求为主，没有特别地去优化线路、优化功耗。

总的来说，在入门电子 DIY 的时候，还是遵循了实践大于理论的原则，很多时候并没有特别去深入原理性的东西，像模电的一些内容，并没有花太大精力去深入学习，更多还是直接使用了现成的模块。

EDA

在很久以前玩 Arduino 的时候，也去尝试过一些 EDA 软件，那个时候对整个电路，都比较费解，也不太能从头去画一个原理图，并且由于没有系统地去学习过原理图绘制，因此对于什么元件使用什么符号，各个元件所起的作用之类，都不太了解。

但是在接触到了立创开源硬件平台之后，就像是在 GitHub 上去阅读开源项目代码一样，可以成体系地去学习一下开源硬件项目了，自带的编辑器立创 EDA 可以直接打开项目。并且由于立创 EDA 相对其他 EDA 工具而言，功能还不太复杂，对于我这样的初学者来说，可以比较快的掌握并去画一些基础的原理图。

在使用立创 EDA 过程最大的感受就是，可以完全不需要了解各个元件的封装之类的参数，只需要在立创商城找到的元件，就可以直接放在画布中使用，各个参数、符号、3D 模型都是现成的，这也导致我现在使用立创 EDA 的时候还保留有一个习惯，元件选型的时候，只有有模型可以直接放置在画布的元件才会去选用，这样可以完全不用操心元件封装，还可以直接在 …

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