第七届立创电赛：开源DIY一个带OLED显示的5V USB-C功率计
最近在捣鼓一些USB小设备，总想知道它们到底吃了多少电，充电宝还剩多少“力气”。市面上的USB功率计要么太大，要么功能单一，于是我就琢磨着自己做一个。正好借着第七届立创电赛的契机，我参考了嘉立创官方训练营的例程，设计了一款小巧精致的USB功率计。它最大的特点就是集成了一个0.91寸的OLED屏幕，让整个设备非常迷你，还增加了现在主流的USB-C输入口，用起来更方便。今天，我就把这个项目的设计思路和制作过程分享给大家，手把手教你从零复现这个实用的DIY工具。
1. 项目是什么？能干什么？
简单来说，这个项目就是一个“USB电表”。你可以把它插在手机充电器（或充电宝）和你的手机（或其他USB设备）之间。这样一来，它就能实时测量并显示充电过程中的关键电参数。
它能告诉你：
- 电压（V）：当前USB口输出的电压是多少伏，比如是不是稳定的5V。
- 电流（A）：你的设备正在以多大的电流充电或工作。
- 功率（W）：电压乘以电流，就是消耗的总功率，单位是瓦特。
- 累计电量（mAh）：从插入开始，总共输送了多少毫安时的电量，这能帮你估算充电宝的实际容量。
整个设备非常小巧，实测尺寸大约只有67mm长、20mm宽、10mm厚，比一支口红还细，随身携带毫无压力。对于电子爱好者、嵌入式新手，或者想参加电赛找点灵感的同学来说，这是一个绝佳的练手项目，硬件设计清晰，软件有现成例程，成功率高，成就感满满。
2. 硬件设计与元件选型
硬件是整个功率计的基础，我们的设计原则是：安全、好用、小巧。整个设计是基于嘉立创2022年暑期训练营的5V功率计例程进行优化而来的。
2.1 核心方案与电源输入
项目核心采用了训练营例程成熟的方案，主要围绕一颗专用的电量计芯片（通常如INA219等）来设计，它能高精度地测量电压和电流。我们在此基础上做了两处关键改进：
- 将输入接口改为USB-C：现在越来越多的充电器和设备都使用USB-C接口，为了通用性，我们把输入口换成了USB-C母座。这样，你只需要一根普通的USB-C to USB-A或C to C线，就能连接各种电源。
- 增加自恢复保险丝：安全第一！因为设计是5V版本，我在USB-C输入后，紧跟着放置了一颗5V2A的自恢复保险丝。它的作用是这样的：当后端电路意外短路或电流超过2A时，保险丝内部电阻会急剧增大，相当于“跳闸”，切断电流保护电路；当故障排除后，它又能自动恢复导通，不用更换，非常省心。
2.2 让设备变小的关键：0.91寸OLED屏
想要设备小巧，显示模块的选择至关重要。传统数码管或大尺寸OLED都会让体积膨胀。这里我选择了板载0.91寸OLED屏幕（通常是SSD1306驱动芯片的I2C接口版本）。
为什么是它？
- 尺寸极小：0.91寸的屏幕模组本身就很迷你，非常适合嵌入到狭长形的PCB上。
- 显示效果好：OLED自发光，对比度高，显示数字和简单图形非常清晰，即使在暗处也能看清。
- 接口简单：通常仅需I2C两根数据线（SCL， SDA）加上电源和地，就能驱动，大大节省了MCU的IO口和PCB布线空间。
正是这块小屏幕，使得整个功率计可以做成一个细长的“小棍子”形状，最终实现了约672010mm的紧凑三维尺寸。
2.3 PCB设计预览
来看一下设计好的PCB长什么样。这是最终的PCB渲染图，你可以清晰地看到所有元件的布局：
从图中可以看到，USB-C接口在板子一端，电量计芯片和MCU（单片机）在中间，0.91寸OLED屏立在板子上方，结构非常紧凑。PCB设计文件我会在后续的开源链接中提供。
3. 软件部分与程序烧录
对于初学者来说，软件往往是最大的门槛。但这个项目有个好消息：你可以直接使用官方训练营的例程，无需自己从头写代码。
我自己在这个项目里也是直接烧录了官方例程（坦白说，当时我还没学会修改和编写完整的嵌入式代码）。这大大降低了项目的完成难度。
烧录步骤通常如下：
- 获取开发环境：你需要安装单片机对应的开发环境，比如如果是STM32，就用Keil MDK或STM32CubeIDE；如果是国产MCU，可能是基于Keil或Arduino。
- 获取例程代码：从嘉立创训练营的资料页面下载功率计的完整例程工程。
- 连接下载器：将你的功率计PCB通过SWD/JTAG下载线（如ST-Link、DAP-Link）连接到电脑。PCB上需要预留出调试接口的焊盘或插座。
- 编译与下载：在开发环境中打开例程工程，直接编译，然后将生成的
.hex或.bin文件烧录到板载的MCU中。 - 上电测试：烧录完成后，断开下载器，给功率计接入一个5V USB电源，再连接一个手机或负载，屏幕上就应该显示出电压、电流等信息了。
注意：不同训练营例程使用的MCU型号可能不同，请务必根据你实际打板的元器件（特别是主控芯片型号），去查找对应的官方例程。代码是开源的（GPL 3.0协议），等你学会了编程，完全可以自己修改来增加新功能，比如切换显示页面、记录峰值功率等。
4. 制作、调试与心得
当你拿到打样回来的PCB和所有元器件后，就可以开始焊接组装了。焊接顺序我建议是“先矮后高，先难后易”：先焊电阻、电容等小贴片，再焊芯片，最后焊USB-C座和OLED屏这种较高的元件。
调试中可能遇到的坑：
- 屏幕不亮：首先检查OLED屏幕的接线（VCC， GND， SCL， SDA）是否正确，特别是I2C的上拉电阻是否焊上。然后用MCU的简单I2C扫描程序，看看能否检测到屏幕的地址（通常0x3C或0x3D）。
- 测量值不准或为零：检查电量计芯片周围的采样电阻（用于电流检测）焊接是否良好，量程配置是否合理。确保电源和被测负载正常连接。
- 保险丝异常断开：检查输出端是否有短路。自恢复保险丝在过流后会需要一点时间冷却才能恢复，耐心等待一下。
这个项目我做下来感觉非常顺畅，训练营的例程很成熟，硬件设计一次成功。最大的乐趣在于看着自己设计的PCB变成一个能实际工作的工具。把它插在充电宝和风扇之间，看着功率变化，感觉特别实在。
最后，项目的演示视频我已经上传到B站，你可以直观地看到它的工作效果和大小对比：https://www.bilibili.com/video/BV1dT411A7Km/
希望这个详细的教程能帮助你成功做出自己的USB功率计。硬件设计文件和软件例程的获取链接，请关注嘉立创训练营的相关页面。动手做起来吧，遇到问题，社区里有很多朋友可以一起交流解决！
