Меньше, еще меньше! Делаем вольт-ампер-ватт метр на Attiny85

Ну вот наконец добрался до Attiny85, все хотел чего-нибудь сделать на них. А тут коллеги решили с гальваническими покрытиями поиграться. Путем нехитрых доработок блок питания для светодиодных дисплеев на 5В 60А стал регулируемым. А вот контролировать такие токи нечем. Шунт на 75мВ при 50А в местных магазинах мы нашли, а вот головку к нему нет, а стоять считать чего там милливольты показывают на мультиметре- такое себе.

Ну вот такой проект на один вечер.

ATTINY85

Attiny85 является старшим контроллером из 8 ногой серии МК аттини. От своих собратьев Attiny25 и 45- отличается объемом памяти. У 25- 2кБ, у 45- 4кБ, у нашей 85 соответственно целых 8кБ памяти, та же история и с EEPROM и SRAM. Да что я рассказываю, смотрите сами:

В общем отличный представитель класса компактных 8 битных МК. Пригодится там где не нужны большая производительность и обилие портов.

Аттини у нас маленькая, значит и дисплей надо брать маленький. Выбор пал на 0.91 дюймовый OLED с разрешением 128х32, контроллер SSD1306. Дёшево, сердито, и у меня их есть целая куча. Есть у меня такое увлечение- попытаться уложится в плату размером с дисплей, если это конечно возможно. В этот раз получилось.

Схема

Тут ничего нового. Усилитель на ОУ, пара делителей с фильтрующими емкостями, и стандартная обвязка для SSD1306. Чтобы получить из 75мВ вменяемые для АЦП значения выбран коэффициент усиления 31, что дает нам 2.2В при 71мВ и токе 47.3А на шунте. После ОУ мы это значение пилим пополам. Опорное напряжение- внутреннее 1.1В. R3 и С2 выступают фильтром ВЧ, а так-же коллега подсказал что без такой цепочки можно легко спалить вход ОУ при резком скачке тока на шунте.

Второй канал АЦП заведен через делитель на 16, что позволяет измерять до 17.6В. Так-же присутствует емкость для подавления помех. Про линейный стабилизатор на 3.3В я думаю можно не рассказывать.

В конкретно моем случае особая точность не нужна, но вы конечно можете пересчитать делители и КУ ОУ и либо увеличить точность, либо расширить диапазоны пожертвовав первой. АЦП у нас, напомню, разрядностью всего 10 бит.

Плата

Плата нарисована односторонняя, под возможности ЛУТ. Дисплей на стороне компонентов, поверх них. Плата размером с дисплей, за его пределы выходят только контакты для пайки проводов.

Как вы можете заметить- все очень компактно получилось. Этому поспособствовали и несколько килограмм приехавших недавно резисторов и конденсаторов размера 0603, которые я 2 дня раскладывал по кассетницам, но это уже другая история) . Дорожки в основном 0.25.

Плата вытравлена старым добрым ЛУТом. Правда в правильной модификации. Для переноса нужно использовать восковую бумагу, ту что является подложкой для самоклеящихся пленок. Написал бы отдельную статью о методе, но описаний технологии ЛУТ в интернетах уже столько, что скорее не буду.

Прошивка

ПО написано в среде Arduino IDE. Ядро используется AttinyCore. Библиотека дисплея Tiny4kOLED плюс шрифты . И то и другое доступно как по ссылкам выше, так и из менеджера плат и менеджера библиотек при помощи поиска.

Прошивал через USBasp и прищепку. Настройки остались все стандартные, если можно так сказать. Внутреннее тактирование на 8мГц. Прошивка грубо демонстрационная, прошу тапками не кидать, когда-нибудь скоро возможно напишу нормальную. А пока вдруг кто-нибудь решит повторить- все в ваших руках. Память используется почти вся, почти вся на шрифты. Это как первая цель для оптимизации. Еще парой строк можно добавить измерение мощности. Ну в общем есть где разгуляться.

#include <Tiny4kOLED.h>
#include "ModernDos.h"
#include "ModernDos8.h"
#include "5x5_font.h"


int ADCV;
int ADCV1;
int ADCA;
int ADCA1;

float VOLT;
float AMP;

bool CH;

long MS;

//------------------------------------------------------------------------------
void setup() {
  analogReference(INTERNAL1V1);   //Устанавливаем опорное напряжение для АЦП- внутренее 1.1В

  Wire.begin();
  Wire.setClock(400000L);
  oled.begin();
  oled.clear();
  oled.on();


}
//------------------------------------------------------------------------------
void loop() {

  ADCV = analogRead(PB3) * 0.985;        //Читаем 3 канал АЦП и калибруем
  ADCA = analogRead(PB4);                //Читаем 2 канал


  /*

    Дальше идет конструкция с флагами чтобы не тратить ресурсы на обновление дисплея если нет изменений.

  */

  if (ADCV1 != ADCV) {                  //Если резервное значение не равно значению с АЦП
    ADCV1 = ADCV;                       //Записать в резервное значение новое значение АЦП
    CH = 1;                             //Поднимаем флаг означающий новые данные
    VOLT = float(map(ADCV, 0, 1023, 0, 1760)) / 100;    //Стандартной функцией приводим значение из диапазона АЦП в диапазон нужный нам. Все это безобразие конверуем во Float и делим до реального значения.
  }
  if (ADCA1 != ADCA) {
    ADCA1 = ADCA;
    CH = 1;
    AMP = float(map(ADCA, 0, 1023, 0, 47333)) / 1000;
  }



  if (CH && millis() > MS + 200) {              //Если произошло изменение в данных, но не чаще 200мС, запускаем отрисовку данных на дисплей
    MS = millis();

    oled.setFontX2(FONT8X16MDOS);
    oled.setCursor(0, 0);
    oled.print(AMP, 1);

    oled.setFontX2(FONT8X8MDOS);
    oled.setCursor(64, 0);
    oled.print("<A");

    oled.setFontX2(FONT5X5);
    oled.setCursor(64, 2);
    oled.print(VOLT, 2);
    oled.print("V");
    CH = 0;                                   //Сбрасываем флаг как только все сделано
  }

}

Файлы

Исходники на гитхаб. Схема и печатная плата в DipTrace.

https://github.com/ENGIN33RRR/Attiny85_VAmeter

Забавный факт. Когда рендерил 3D вид- вдруг пришла мысль что плата на что-то похожа. А похожа она на плату от USB флешки, или на тот же Digispark в варианте что втыкается в USB. Приложил плату от флешки и понял что по ширине они практически одинаковы. Но я так думаю что человек способный такую плату изготовить не додумается ее сунуть в USB.

А еще ко мне приехало некоторое количество Attiny10. Так что будет продолжение с еще более мелким устройством и уже точно нормальным кодом. Правда я так и не придумал что это будет. Предлагайте в комментариях.