USB Charger DIY (USB 充电器 DIY)

中文说明

USB charger DIY, using fast charging module, detects charging voltage, current, power, temperature, capacity etc. Programming with micropython.

This project is to provide a reference prototype, you can add or delete functions according to your own ideas to DIY more interesting projects.

PCB design using the software of LICAD, the microcontroller program using micropython.

Please pay attention to safety during DIY due to the presence of 220V voltage.

Components

Fast charging module.
MCU, ESP32S2 mini development board.
Current sensor, INA219 module.
Temperature sensor, NTC, MF58 thermistor (3950, 10K).
OLED, 128x32, I2C interface.
Power supply, DC/5V module.
Buzzer, Passive buzzer.
Photoresistor, optional.
LED, three color co-positive LED.

cost

Fast charging module: $0.2-$0.5
ESP32S2 mini: $1.5-$2
INA219: $0.7-$0.9
NTC: $0.02
OLED (128x32): $1-$1.2
5V power module: $0.3-$0.5
buzzer: $0.1
LED: $0.02
Photoresistor: 0.1 yuan
Other: $1-$2

Total: About $5-$6.

schematic diagram

Project link:

说明

USB 充电器 DIY，使用网络上低成本的快充模块，加上MCU和传感器，实现电压、电流、功率、温度等参数采集，可以监测充电状态，统计充电容量等功能。

本项目是为了提供一个可以参考的原型，大家可以在此基础上，增加或删除功能，按照自己想法DIY出更多有趣的制作。

PCB设计使用了立创EDA软件，单片机程序使用 micropython 开发。

因为存在220V高压，DIY时请注意安全。

主要器件

为了简化DIY的复杂度，主要元件使用了模块，其它元件数量也尽可能少。

快充模块。型号众多，成本较低，18W的居多（5V3.4A、9V2A、12V1.5A），可以根据需要选择。因为快充模块质量参差不齐，采购时尽量选择评价较高的，使用前需要多测试（注意安全），确认没有问题后在使用。
MCU：ESP32S2 mini开发板（可以使用其它型号）。使用ESP32S2，一个是支持micropython；其次因为性价比高，还支持网络，缺点是不支持蓝牙。
电流传感器：INA219模块。第一版时使用了霍尔型的ACS712电流传感器，第二版改为INA219。
温度传感器：MF58热敏电阻（3950，10K）。监测充电过程中内部温度，在温度过高时可以提示。
OLED：128x32，I2C 接口。
电源：DC/5V模块。用于将快充模块的输出电压转换为5V。部分快充模块输出是高压，部分会动态调整输出电压，因此需要使用一个单独的DC5V模块。如果快充模块带有单独的USB 5V输出口（非快充口），则可以省略此模块。
蜂鸣器：无源蜂鸣器（注意不要使用有源蜂鸣器）。用于发出提示声音。
光敏电阻（可选），用于采集环境光线亮度，用于动态调整LED输出亮度，避免晚上时LED太亮刺眼。
LED：三色共阳LED，用于指示充电状态。第一版时使用了WS2812B。原理图中此处存在一个bug，不应该将电阻连接到公共阳极端，而是每个LED的负极单独串联一个电阻，这样三个LED就互不影响（因为各LED的导通电压不同）。

大致成本

快充模块：1-3元
MCU（ESP32S2开发板）：10元
电流传感器（INA219）：4元
温度传感器（NTC）：0.1元
OLED（128x32）：7元
5V电源模块：2元
无源蜂鸣器：0.2元
LED：0.1元
光敏电阻：0.1元
外壳（塑料盒）：1-2元
其它（电源线、导线、热缩套管、螺丝、尼龙螺柱）：5元
总计：约30元

制作步骤

首先选择需要的器件、辅助材料等。
根据快充模块和其它元件大小、安装位置，确定外壳尺寸。
制作外壳，使用3D打印机打印外壳，或者使用其它方式制作外壳。
设计PCB板，打样并焊接元件。
调试硬件，确定各部分工作正常。
将快充模块的功率电感输出高压端引线取下，连接到INA219的IN+，INA219的IN-用导线连接到原电感输出端，也就是将INA219串联到电感输出回路中。
将快充模块和其它元件固定到外壳中。
- 安装前先测试快充模块，确定功能和功率都是正常的，避免安装后不能使用。
编写MCU程序。
测试程序，确认功能正常。
完成DIY，开始使用。

工具

热熔胶
电烙铁
剪刀
电动螺丝刀
钻头

原理图

代码

程序使用micropython编写，使用asyncio实现多任务。asyncio 部分使用了作者的另外一个开源 SAPF（Simple Asynchronous Program Framework for micropython），用以简化程序结构。

OLED 部分使用了社区的 mpy-lib 驱动中的 I2C OLED ASCII display drive，使用了8x16点阵字体。

程序文件：

main.py，主程序文件，用以启动SAPF。
sapfmain.py，SAPF主程序。
sapf_cfg.py，任务配置文件。
gv.py，公共变量和函数
board.py，板级驱动文件
pins.py，引脚配置
cfg.py，参数配置
task_main.py，初始化、采样任务
display.py，显示、触摸键、LED显示任务
lib，驱动库文件夹
- oled.py，OLED驱动
- Font_6x8.py，字体文件
- Font_8x16.py
- Font_12x24.py
- Font_16x32.py
- ina219.py，INA219驱动

程序功能说明

上电后先检查 I2C 设备地址。如果地址不正确，将闪红色LED，程序死循环。

然后启动各相关任务。

main() 任务定期采样（100ms），并判断是否处于充电状态。如果在充电状态，则累计充电时间和充电功率。
show_info() 任务每秒刷新一次，显示总线电压、电流、温度、功率等参数。
- 显示持续60秒后关闭OLED屏。
- 当按下触摸键、充电开始、充电结束时自动打开 OLED。
task_LED() 任务以不同颜色的LED，指示充电功率。
- 小于0.3W时为未充电状态，显示绿色呼吸灯。
- 小于2W时为小功率模式，显示黄色呼吸灯。
- 小于6W时为中功率模式，显示橙色呼吸灯。
- 大于6W时为大功率模式，显示红色呼吸灯。
- 为了避免夜晚时 LED 刺眼，会自动根据环境光强度调整 LED 亮度。
task_TP() 任务检测触摸键。

shaoziyang/USBChargerDIY