PowerPD عبارة عن وحدة تزويد طاقة USB-C PD/PPS صغيرة الحجم ومحلل PD مبني حول وحدة تحكم دقيقة ESP32، ووحدة تحكم AP33772S USB-C PD sink،
المواد المستخدمة في هذا المشروع
مكونات الأجهزة
إسبريسيف ESP32
مشفّر دوّار مع زر ضغط
أردوينو أونو
لوحة دوائر مطبوعة مخصصة من نيكست بي سي بي
تطبيقات برمجية وخدمات عبر الإنترنت
بيئة تطوير أردوينو المتكاملة
أوتوديسك فيوجن
أدوات يدوية وآلات تصنيع
طابعة ثلاثية الأبعاد (عامة)
القصة
أصبحت شواحن USB-C منتشرة في كل مكان الآن. يمتلك معظمنا شاحن PD بقدرة 30 واط، أو 65 واط، أو حتى 100 واط، موجودًا في مكان ما. عادةً ما نعتبرها شواحن بسيطة للهواتف أو أجهزة الكمبيوتر المحمولة، لكنها في الواقع مصادر طاقة عالية الكفاءة قادرة على توفير فولتيات مختلفة حسب الحاجة.
هذا ما دفعني لتصميم PowerPD.
PowerPD عبارة عن وحدة تزويد طاقة USB-C PD/PPS صغيرة الحجم، ومحلل PD، مبنية على متحكم دقيق ESP32، ووحدة تحكم AP33772S USB-C PD، وجهاز مراقبة طاقة INA226. الفكرة بسيطة: قم بتوصيل شاحن USB-C PD، واختر الفولتية باستخدام مفتاح التشفير الدوار، وسيقوم الجهاز تلقائيًا بضبط الفولتية المطلوبة من الشاحن. في الوقت نفسه، يقيس الجهاز الفولتية والتيار والطاقة في الوقت الفعلي، ويعرض جميع البيانات على شاشة OLED صغيرة.
يدعم PowerPD فولتيات USB-C PD القياسية مثل 5 فولت، 9 فولت، 12 فولت، 15 فولت، و20 فولت. إذا كان الشاحن يدعم PPS (مزود الطاقة القابل للبرمجة)، فيمكن أيضًا تعديل جهد الخرج بخطوات صغيرة، مما يجعله مفيدًا لاختبار الإلكترونيات، وتشغيل النماذج الأولية، وتصحيح الدوائر، وغيرها من تطبيقات الطاقة الخفيفة على طاولة العمل.
الإمدادات
المكونات الرئيسية
وحدة ESP32-WROOM-32E
وحدة تحكم AP33772S USB-C PD
جهاز مراقبة الجهد/التيار/الطاقة INA226
محول خافض للجهد MP1584
منظم جهد AP2204K-3.3V
موصل USB من النوع C
مقاومة استشعار التيار 5 ملي أوم
مفتاح طاقة MOSFET
شاشة OLED مقاس 1.3 بوصة
مشفر دوار
أزرار ضغط
مؤشرات LED للحالة
مكونات سلبية مثل المقاومات والمكثفات والمحاثات وثنائيات الحماية
يتضمن المخطط وحدة تحكم AP33772S PD، وجهاز مراقبة INA226، ومحول خافض للجهد MP1584، ومنظم جهد 3.3V، ومرحلة خرج MOSFET، ووحدة ESP32، وواجهة شاشة OLED، ومشفر دوار، ومفاتيح، وموصل برمجة.
وحدة ESP32-WROOM-32E الأدوات المطلوبة
شاحن USB-C PD (يدعم 9 فولت PD على الأقل)
محول USB إلى UART بجهد 3.3 فولت (CP2102 أو CH340 أو FT232RL)
زران صغيران للتشغيل والتفعيل
أسلاك توصيل
جهاز قياس متعدد
الخطوة 1: مبدأ العمل
قبل الخوض في تفاصيل المكونات المادية، من المفيد فهم آلية عمل تقنية PowerPD.
عند توصيل شاحن USB-C بتقنية PD، يبدأ الشاحن بالعمل على خرج 5 فولت الافتراضي. ثم يقوم متحكم AP33772S PD بقراءة بيانات الجهد التي يدعمها الشاحن عبر خطوط CC في منفذ USB-C. يقوم ESP32 باختيار الجهد أو إعداد PPS المطلوب، ويُرسل إشارة إلى AP33772S لطلبه من الشاحن.
بمجرد أن ينتقل الشاحن إلى الجهد المُختار، يمر التيار عبر مقاومة تحويلية 5 ملي أوم ومفتاح خرج MOSFET قبل وصوله إلى طرف الخرج. يقوم INA226 بمراقبة الجهد والتيار والطاقة في الوقت الفعلي، ويرسل البيانات إلى ESP32 عبر بروتوكول I²C.
يقوم ESP32 بتحديث شاشة OLED، والتحكم في المُشفّر الدوار والأزرار، والتحكم في مفتاح الخرج، كما يمكنه إرسال بيانات مباشرة إلى Adafruit IO عبر Wi-Fi.
يُزوّد مُحوّل الجهد الخافض ومُنظّم الجهد 3.3 فولت المُدمجان وحدة ESP32 وجميع الدوائر المنطقية بالطاقة مباشرةً من نفس جهد دخل USB-C PD.
الخطوة 2: نظرة عامة على الدائرة
يُوفّر موصل USB-C الطاقة وخطوط الاتصال. تتواصل وحدة AP33772S مع الشاحن وتطلب جهد PD أو PPS المُختار، مثل 5 فولت، أو 9 فولت، أو 12 فولت، أو 15 فولت، أو 20 فولت.
مراقبة التيار والطاقة
يقوم مقاوم تحويلة 5 ملي أوم ومضخم INA226 بمراقبة جهد الخرج والتيار والطاقة في الوقت الفعلي. تُرسل البيانات المقاسة إلى وحدة ESP32 عبر بروتوكول I²C.
تبديل الخرج
يُستخدم ترانزستور MOSFET كمفتاح خرج إلكتروني. تستطيع وحدة ESP32 تشغيل أو إيقاف الخرج بأمان وفصل الحمل في حالة حدوث عطل.
مصدر الطاقة الداخلي
يُخفّض محول الجهد MP1584 جهد دخل USB-C، ويُولّد منظم الجهد AP2204K جهدًا ثابتًا 3.3 فولت لوحدة ESP32 والدوائر المنطقية الأخرى.
وحدة تحكم ESP32
تتحكم وحدة ESP32 في النظام بأكمله. فهي تُجري عملية التفاوض على بيانات PD، وتقرأ بيانات المستشعرات، وتُحدّث شاشة OLED، وتُدير مُشفّر الدوران والأزرار، كما تُرسل البيانات اختياريًا إلى Adafruit IO عبر Wi-Fi.
واهة المستخدم
تتضمن اللوحة شاشة OLED من نوع SH1106 مقاس 1.3 بوصة، ومُشفِّرًا دوارًا، وأزرارًا للتنقل بين القوائم، واختيار الجهد، والتحكم في الإخراج.
الخطوة 3: أساسيات USB-C PD وPPS وAVS
يمكن لشواحن USB-C PD توفير مستويات جهد ثابتة متعددة حسب ما تدعمه. الملفات الشخصية القياسية في نطاق الطاقة القياسي (SPR) هي:
5 فولت (الوضع الافتراضي لجميع توصيلات USB-C)
9 فولت
12 فولت
15 فولت
20 فولت
تغطي هذه المستويات الثابتة معظم حالات الاستخدام، لكن أعمال الإلكترونيات غالبًا ما تتطلب جهدًا متوسطًا - 8.4 فولت لبطارية ليثيوم بوليمر ثنائية الخلايا، أو 13.2 فولت لدائرة تشغيل LED مخصصة، أو 10 فولت لاختبار منظم جهد محدد. وهنا يأتي دور تقنية PPS.
PPS - مزود الطاقة القابل للبرمجة: تتيح هذه التقنية للشاحن ضبط جهد الخرج باستمرار بخطوات 100 مللي فولت، بدلًا من التنقل بين مستويات ثابتة. كما يمكن ضبط حد التيار بخطوات 50 مللي أمبير. هذا يحوّل شاحن USB-C عالي الأداء إلى ما يشبه مصدر طاقة صغيرًا للاستخدامات الخفيفة. تُعدّ تقنية PPS جزءًا من مواصفات USB PD 3.0، وتدعمها العديد من الشواحن الحديثة - وإن لم يكن جميعها، لذا يُنصح دائمًا بمراجعة ورقة المواصفات أو الملصق الخاص بشاحنك.
نطاق الطاقة الموسّع (EPR): تدعم الشواحن الحديثة نطاق الطاقة الموسّع، الذي يضيف فولتيات ثابتة أعلى: 28 فولت، 36 فولت، و48 فولت. هذه الفولتيات مُصممة للأجهزة عالية الطاقة مثل الشاشات، ومحطات العمل، وأجهزة الكمبيوتر المحمولة المخصصة للألعاب. لا يدعم PowerPD نطاق الطاقة الموسّع في البرامج الثابتة الحالية، لذا يُرجى عدم محاولة طلب هذه الفولتيات
مزود الجهد القابل للتعديل (AVS): يُعدّ AVS إضافة حديثة إلى USB PD، ويوفر تحكمًا دقيقًا في الجهد عند مستويات الطاقة العالية. وهو مشابه لمزود الطاقة القابل للتعديل (PPS)، ولكنه مُصمم للتطبيقات ذات الفولتيات والطاقة العالية. لا يستخدم PowerPD حاليًا AVS.
تحقق دائمًا من الجهد الذي يدعمه الشاحن قبل طلب أي جهد. سيتفاوض متحكم AP33772S فقط مع الجهد المعلن عنه من قبل الشاحن، ولن يفرض جهدًا لا يدعمه. مع ذلك، يُنصح بالبدء بجهد 5 فولت ثم زيادته تدريجيًا، خاصةً عند اختبار أحمال جديدة.
الخطوة 4: تصميم وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة (PCB)
قام صديقي رابيندرا بتصميم لوحة الدوائر المطبوعة PowerPD باستخدام برنامج EasyEDA.
تم وضع متحكم AP33772S USB-C PD بالقرب من موصل USB Type-C للحفاظ على مسارات التيار قصيرة ونظيفة. وتم وضع مضخم الإشارة INA226 بجوار مقاومة التحويلة 5 ملي أوم مباشرةً لضمان استخدام استشعار كلفن الصحيح لقياس التيار بدقة.
نظرًا لأن معظم الأجزاء المهمة عبارة عن مكونات SMD دقيقة التوصيل، لم يكن اللحام اليدوي خيارًا عمليًا. يأتي معالج AP33772S في حزمة QFN، بينما INA226 عبارة عن جهاز صغير من نوع SOT-23، وموصل USB-C ذو نقاط توصيل ضيقة جدًا. لهذا السبب، قررتُ منذ البداية استخدام لوحة دوائر مطبوعة احترافية، واستعنتُ بشركة NextPCB للتصنيع والتجميع.
كانت عملية الطلب مع NextPCB بسيطة. قمتُ بتحميل ملفات Gerber وقائمة المكونات وملف التجميع عبر نظامهم الإلكتروني.
تولت NextPCB مهمة توفير المكونات وتجميع لوحة الدوائر المطبوعة، بما في ذلك وحدة ESP32، ومعالج AP33772S، وINA226، وموصل USB-C، وقسم الطاقة MP1584، ومنظم الجهد AP2204K-3.3V، ومفتاح خرج MOSFET، وجميع المكونات السلبية الصغيرة.
قبل الشحن، أرسلوا لي صورة للوحات المُجمّعة لأتمكن من التحقق بصريًا من موضع المكونات. كان هذا مفيدًا جدًا، إذ مكّنني من التأكد من تركيب الأجزاء بشكل صحيح قبل حتى مغادرة اللوحات المصنع.
عند وصول اللوحات، لم يتبقَّ سوى القليل من العمل. قمتُ بتوصيل مُحوّل USB إلى UART بموصل البرمجة، ثمّ حمّلتُ البرنامج الثابت، وأصبحت اللوحة جاهزة للاختبار. لم تكن هناك حاجة لأي تعديلات، ولم تكن هناك أجزاء مفقودة، ولا وصلات لحام باردة.
إذا كنت ترغب في بناء لوحة PowerPD الخاصة بك، فإنّ ملفات Gerber وقائمة المكونات والمخطط متوفرة في مستودع GitHub. يمكنك تحميلها مباشرةً إلى NextPCB والحصول على اللوحات مُصنّعة ومُجمّعة بنفس الطريقة.
الخطوة 5: نظرة عامة على البرنامج الثابت
بالنسبة لوحدة تحكم AP33772S USB-C PD، استخدمتُ مكتبة Arduino مُخصصة من تصميمي. يمكنك العثور على هذه المكتبة في مستودع GitHub الخاص بي. https://github.com/Rau7han/PowerPD
لاستخدام الكود، حمّل الملفات التالية من المستودع:
AP33772S.h
AP33772S.cpp
PowerPD.ino
احتفظ بالملفات الثلاثة جميعها داخل مجلد مشروع Arduino نفسه. هذا مهم لأن ملف PowerPD.ino الرئيسي يتضمن مكتبة AP33772S باستخدام:
#include "AP33772S.h"
إذا لم تكن ملفات .h و .cpp في نفس المجلد، فلن يتمكن برنامج Arduino IDE من تجميع المشروع بشكل صحيح.
قبل الرفع، ثبّت مكتبات Arduino المطلوبة:
U8g2
INA226
PubSubClient
يتحكم البرنامج الثابت في نظام PowerPD بالكامل. ويتواصل مع AP33772S للتفاوض على بروتوكولات USB-C PD/PPS، ويقرأ بيانات الجهد والتيار من INA226، ويُحدّث شاشة SH1106 OLED، ويتعامل مع المُشفّر الدوّار وأزرار الضغط، ويتحكم في مفتاح خرج MOSFET، ويتضمن أيضًا دعمًا اختياريًا لمراقبة Wi-Fi/MQTT.
تكوين الدبابيس الرئيسي المستخدم في الكود هو:
I2C SDA GPIO21
I2C SCL GPIO22
PD_INT GPIO32
MOSFET CG GPIO25
Rotary CLK GPIO5
Rotary DT GPIO18
Rotary SW GPIO19
SW1 GPIO17
SW2 GPIO16
LED GPIO4
قبل استخدام اللوحة، من المفيد معرفة طريقة التحكم الأساسية:
تدوير المشفر: تغيير القيمة المحددة
ضغط قصير على المشفر: الانتقال إلى الحقل التالي
ضغط مطول على المشفر: تطبيق الإعدادات / فتح القائمة / تبديل الإخراج
ضغط قصير على SW1: التبديل بين إعداد الجهد والتيار
ضغط مطول على SW1: فتح القائمة
ضغط قصير على SW2: تشغيل/إيقاف الإخراج
ضغط مطول على SW2: فتح شاشة الجلسة
عند بدء التشغيل، يقوم ESP32 بتهيئة الشاشة، والتحقق من AP33772S وINA226 عبر I2C، وقراءة البيانات يعرض البرنامج ملفات تعريف PD المتاحة من الشاحن، ثم يعرض الشاشة الرئيسية. من هناك، يمكن للمستخدم اختيار قيم جهد PD ثابتة أو إعدادات PPS وتفعيل الإخراج عند الاستعداد.
أرفقتُ أيضًا شفرة المصدر الكاملة أدناه ليسهل الاطلاع عليها أو نسخها مباشرةً. تتضمن الشفرة عملية التفاوض على PD، والقياس، وواجهة المستخدم، وفحوصات السلامة، وتبديل الإخراج، ونظام القوائم.
الخطوة 6: إعداد Adafruit IO
يمكن لـ PowerPD أيضًا إرسال بيانات مباشرة إلى Adafruit IO، مما يسمح لي بمراقبة اللوحة من لوحة تحكم على الويب. في هذا المشروع، أبقيتُ لوحة التحكم بسيطة واقتصرتُ على القيم الأساسية فقط:
الجهد
التيار
الطاقة
درجة الحرارة
الإخراج
هذا كافٍ لعرض حالة مصدر الطاقة في الوقت الفعلي دون إثقال لوحة التحكم ببيانات غير ضرورية.
1. افتح Adafruit IO
أولًا، انتقل إلى Adafruit IO وسجّل الدخول إلى حسابك.
https://io.adafruit.com/
بعد تسجيل الدخول، ستظهر لك صفحة نظرة عامة على Adafruit IO. بما أنني أستخدم الخطة الأساسية، يُمكنني إنشاء ما يصل إلى 10 مصادر بيانات، وهو ما يكفي لهذا المشروع.
2. إنشاء مصادر البيانات
انتقل إلى:
مصادر البيانات ← مصدر بيانات جديد
أنشئ مصادر البيانات الخمسة التالية واحدًا تلو الآخر:
الجهد
التيار
الطاقة
درجة الحرارة
الإخراج
استخدمتُ أسماءً مختصرة لمصادر البيانات لأنها نفسها المستخدمة في كود ESP32.
استخدمتُ نصوصًا بسيطةً للوصف، مثل:
الجهد: جهد الخرج الفعلي المقاس بواسطة PowerPD
التيار: تيار الحمل الفعلي المقاس بواسطة PowerPD
الطاقة: طاقة الخرج في الوقت الفعلي
درجة الحرارة: درجة حرارة اللوحة / وحدة التحكم PD
حالة الخرج: 0 = إيقاف، 1 = تشغيل
3. إنشاء لوحة تحكم
بعد إنشاء مصادر البيانات، انتقل إلى:
لوحات المعلومات ← لوحة معلومات جديدة
أنشأتُ لوحة معلومات لمراقبة PowerPD. ستعرض هذه اللوحة بيانات الجهد والتيار والطاقة ودرجة الحرارة وحالة الإخراج بشكل مباشر.
مثال على اسم لوحة المعلومات:
مراقبة PowerPD
4. إضافة وحدات قياس
استخدمتُ وحدات قياس للجهد والتيار والطاقة.
انقر على:
وحدة جديدة ← قياس
ثم حدد مصدر البيانات واضبط قيم القياس.
إضافة وحدات قياس للجهد:
مصدر البيانات: الجهد
عنوان الكتلة: الجهد
الحد الأدنى: 0
الحد الأقصى: 25
الرمز: فولت
عدد المنازل العشرية: 2
للتيار:
مصدر البيانات: التيار
عنوان الكتلة: التيار
الحد الأدنى: 0
الحد الأقصى: 6
الرمز: أمبير
عدد المنازل العشرية: 3
للطاقة:
مصدر البيانات: الطاقة
عنوان الكتلة: الطاقة
الحد الأدنى: 0
الحد الأقصى: 120
الرمز: واط
عدد المنازل العشرية: 2
5. إضافة مخطط درجة الحرارة
استخدمتُ مخططًا لدرجة الحرارة لأنه يُسهّل رؤية تغير درجة الحرارة مع مرور الوقت.
استخدم هذه الإعدادات:
مصدر البيانات: درجة الحرارة
عنوان الكتلة: درجة الحرارة
عرض السجل: ٢٤ ساعة
تسمية المحور السيني: الوقت
تسمية المحور الصادي: درجة الحرارة (°مئوية)
الحد الأدنى للمحور الصادي: ٠
الحد الأقصى للمحور الصادي: ١٠٠
عدد المنازل العشرية: ١
رسم خطوط الشبكة: مُفعّل
يتيح لي هذا معرفة ما إذا كانت درجة حرارة اللوحة ترتفع تدريجيًا أثناء اختبار التحميل.
٦. إضافة مفتاح تبديل الإخراج
للتحكم في الإخراج، أضفتُ كتلة تبديل متصلة بمصدر بيانات الإخراج.
استخدم هذه الإعدادات:
مصدر البيانات: الإخراج
عنوان الكتلة: الإخراج
نص زر التشغيل: مُفعّل
قيمة زر التشغيل: ١
نص زر الإيقاف: مُعطّل
قيمة زر الإيقاف: ٠
هذا يعني:
١ = الإخراج مُفعّل
٠ = الإخراج مُعطّل
في البرنامج الثابت المُحدّث، يشترك ESP32 في مصدر البيانات هذا. لذلك عندما أقوم بتغيير المفتاح من لوحة التحكم، يستقبل ESP32 القيمة ويقوم بتشغيل أو إيقاف تشغيل خرج MOSFET.
لا يزال البرنامج الثابت يتحقق من شروط السلامة قبل تفعيل الإخراج. في حال وجود عطل، أو عدم وجود شاحن، أو إذا كانت اللوحة لا تزال تكتشف تقنية PD، فسيظل الإخراج مُعطّلاً.
أضف تفاصيل Adafruit IO في الكود
بعد إعداد مصادر البيانات ولوحة التحكم، انسخ اسم المستخدم والمفتاح الخاصين بك في Adafruit IO.
انتقل إلى:
View Adafruit IO Key
ثم قم بتحديث هذا الجزء في كود ESP32:
#define WIFI_SSID "your_ssid"
#define WIFI_PASSWORD "your_password"
#define AIO_SERVER "io.adafruit.com"
#define AIO_PORT 1883
#define AIO_USERNAME "your_aio_username"
#define AIO_KEY "your_aio_key"استبدلها ببيانات شبكة Wi-Fi الخاصة بك وبيانات Adafruit IO.
الخطوة 7: تحميل البرنامج الثابت
إعداد المجلد
أنشئ مجلدًا باسم PowerPD وضع الملفات الثلاثة بداخله:
PowerPD/
PowerPD.ino
AP33772S.h
AP33772S.cpp
افتح ملف PowerPD.ino في بيئة تطوير Arduino. قبل التجميع، حدّث بيانات اعتماد Wi-Fi وAdafruit IO في أعلى الملف.
#define WIFI_SSID "Your_WiFi_Name"
#define WIFI_PASSWORD "Your_WiFi_Password"
#define AIO_SERVER "io.adafruit.com"
#define AIO_PORT 1883
#define AIO_USERNAME "Your_Adafruit_IO_Username"
#define AIO_KEY "Your_Adafruit_IO_Key"إذا كنت لا تستخدم Adafruit IO، يمكنك ترك هذه النصوص كنصوص وهمية. ستظل الشاشة المحلية وعناصر التحكم تعمل بشكل طبيعي.
توصيل محول USB إلى UART
⚠️ استخدم محول USB إلى UART بمستوى منطقي 3.3 فولت. استخدام محول 5 فولت سيتلف ESP32.
موصل برمجة USB-to-UARTPowerPD
TX RX
RX TX
GND GND
3V3 3V3
الدخول إلى وضع التنزيل
لا تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة على زري BOOT وEN مدمجين. استخدم زرين صغيرين يعملان بالضغط اللحظي، موصلين بأسلاك توصيل:
زر واحد: طرف BOOT → GND
زر واحد: طرف EN → GND
الدخول إلى وضع التنزيل
لا تحتوي لوحة الدوائر المطبوعة على زري BOOT وEN مدمجين. استخدم زرين صغيرين للضغط اللحظي موصلين بأسلاك توصيل:
زر واحد: طرف BOOT → أرضي (GND)
زر واحد: طرف EN → أرضي (GND)
للدخول إلى وضع التنزيل:
اضغط باستمرار على زر BOOT
اضغط ثم حرر زر EN
حرر زر BOOT
انقر على "تحميل" في بيئة تطوير Arduino فورًا
بعد التحميل
بمجرد اكتمال التحميل، اضغط على زر EN مرة واحدة لإعادة تشغيل ESP32. ستظهر شاشة بدء تشغيل PowerPD على شاشة OLED خلال 2-3 ثوانٍ.
افتح شاشة المراقبة التسلسلية بسرعة 115200 باود لعرض رسائل بدء التشغيل - هذه أسرع طريقة للتأكد من اكتشاف AP33772S وINA226 بشكل صحيح.
الخطوة 8: شواحن وكابلات USB-C PD
يُعدّ الشاحن والكابل المستخدمان مع PowerPD أكثر أهمية مما تتوقع.
يبدأ أي شاحن USB-C PD بجهد 5 فولت افتراضيًا. تقوم شريحة AP33772S بالتفاوض على الفولتية الأعلى من خلال التواصل مع الشاحن عبر خطوط CC - ولكن لا يمكنها إلا أن تطلب ما يعلنه الشاحن فعليًا.
الكابل مهم أيضًا. قد يتسبب كابل USB-C رديء الجودة في انخفاض الجهد، وعدم استقرار الاتصال، أو فشل عملية التفاوض على تقنية الشحن السريع (PD)، مما يجعل اللوحة تبدو معيبة حتى وإن كانت تعمل بشكل صحيح. في معظم الاختبارات، يُعد أي كابل USB-C إلى USB-C مصنف بقدرة 3 أمبير ويدعم تقنية الشحن السريع (PD) مناسبًا. أما للأحمال ذات الطاقة العالية التي تقارب 20 فولت و5 أمبير، فاستخدم كابلًا حاصلًا على علامة الجودة الأوروبية (e-marked) بقدرة 5 أمبير.
تجنب محولات USB-A إلى USB-C، والموصلات المغناطيسية، وكابلات التمديد غير المعروفة. اجعل الأمر بسيطًا:
شاحن USB-C بتقنية الشحن السريع (PD) ← كابل USB-C إلى USB-C ← تقنية الشحن السريع (PD)
قبل توصيل أي حمل، تحقق دائمًا من جهد الخرج باستخدام جهاز قياس متعدد. يستغرق هذا 30 ثانية فقط، ويجنبك الكثير من الالتباسات المحتملة.
الخطوة 9: التشغيل الأولي
قم بتوصيل شاحن USB-C بتقنية الشحن السريع (PD) باستخدام كابل عالي الجودة. لا تقم بتوصيل أي شيء بمنافذ V_OUT بعد.
عند توصيل الشاحن:
يجب أن يضيء مؤشر الحالة (LED) - وهذا يؤكد وجود VBUS.
يجب أن تعرض شاشة OLED شاشة بدء تشغيل PowerPD في غضون ثوانٍ قليلة.
تقرأ اللوحة ملفات تعريف PD المتاحة من الشاحن.
يبقى خرج الطاقة مطفأً.
إذا بقيت شاشة OLED فارغة، فتحقق من تحديث البرنامج الثابت. إذا لم يضيء مؤشر الحالة (LED)، فتحقق من كابل USB-C والشاحن.
بمجرد ظهور شاشة بدء التشغيل، افتح شاشة مراقبة المنفذ التسلسلي بسرعة 115200 باود، وتأكد من اكتشاف كل من AP33772S وINA226. ثم تحقق من ظهور 5 فولت على الأقل كملف تعريف قابل للتحديد على شاشة OLED.
يمكنك:
عرض نموذج التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) وتعديله في برنامج Fusion 360
ضبط أبعاد الغلاف إذا لزم الأمر
تقطيع ملفات STL المرفقة وطباعتها ثلاثية الأبعاد مباشرةً لتصميمك الخاص
اختبار الجهد
بعد تشغيل اللوحة وتعطيل الإخراج، استخدمتُ مفتاح التشفير الدوار للتنقل بين أوضاع جهد USB-C PD المتاحة. عرضت شاشة OLED الأوضاع المدعومة من الشاحن، بما في ذلك 5 فولت، و9 فولت، و15 فولت، و20 فولت.
بعد اختيار الجهد، قمتُ بتفعيل الإخراج وتحققتُ من قيمة V_OUT الفعلية باستخدام جهاز قياس متعدد من نوع Fluke. تطابق الجهد المقاس مع قراءة شاشة OLED بدقة عالية:
في وضع 5 فولت، كان القياس حوالي 4.98 فولت
في وضع 16 فولت PPS، كان القياس حوالي 15.96 فولت
في وضع 20 فولت، كان القياس حوالي 20.07 فولت. أكد هذا أن شريحة AP33772S تتفاوض بشكل صحيح على وضع PD المُختار، وأن نظام مراقبة الجهد INA226 مُعاير بشكل صحيح.
اختبرتُ أيضًا وضع PPS عن طريق اختيار مستويات جهد قابلة للتعديل عبر مفتاح التشفير الدوار. تغير جهد الإخراج بشكل صحيح، وتطابقت قراءات جهاز القياس المتعدد مع القيم المطلوبة المعروضة على شاشة OLED.
الخطوة 12: اختبار التحميل
بعد التأكد من عمل ملفات تعريف الجهد بشكل صحيح، قمت بتوصيل بعض الأحمال الحقيقية بمخرج PowerPD للاختبار. بدلاً من استخدام حمل إلكتروني، اختبرت اللوحة باستخدام مروحة تبريد 12 فولت ومحرك BLDC عالي القدرة يعمل بجهد USB-C PD المحدد.
مع تفعيل المخرج، عرضت شاشة OLED الجهد والتيار والطاقة المحسوبة بشكل مباشر. كما تم تحديث لوحة تحكم Adafruit IO لاسلكيًا عبر Wi-Fi، لعرض نفس بيانات الجهد والتيار والطاقة ودرجة الحرارة عن بُعد.
وضع محلل التفريغ الجزئي لمراقبة عملية التفاوض مع الشاحن. تعرض شاشة OLED بيانات التفريغ الجزئي المكتشفة، والجهد الفعال، وحالة PPS، ومعلومات الإخراج في الوقت الفعلي مباشرةً من شاحن USB-C المتصل. أرفقتُ أدناه صورة GIF توضح عملية التفاوض مع التفريغ الجزئي وواجهة المحلل أثناء العمل.
بعد التأكد من عمل ملفات تعريف الجهد بشكل صحيح، قمت بتوصيل بعض الأحمال الحقيقية بمخرج PowerPD للاختبار. بدلاً من استخدام حمل إلكتروني، اختبرت اللوحة باستخدام مروحة تبريد 12 فولت ومحرك BLDC عالي الطاقة يعمل بجهد USB-C PD المحدد. مع تفعيل المخرج، عرضت شاشة OLED الجهد والتيار والطاقة المحسوبة في الوقت الفعلي. كما تم تحديث لوحة تحكم Adafruit IO لاسلكيًا عبر Wi-Fi، لعرض نفس بيانات الجهد والتيار والطاقة ودرجة الحرارة عن بُعد. أضفت أيضًا وضع محلل PD مدمجًا لمراقبة عملية التفاوض مع الشاحن. يمكن لشاشة OLED عرض ملفات تعريف PD المكتشفة، والجهد النشط، وحالة PPS، ومعلومات الإخراج في الوقت الفعلي مباشرةً من شاحن USB-C المتصل. أرفقت أدناه صورة GIF توضح عملية التفاوض مع PD وواجهة المحلل أثناء العمل.
قطع غيار وعلب مخصصة
مخططات الدوائر
sch_schematic1_2026-05-23_WavoOy7cPF.pdf
