便携可编程口袋电源：Arduino 兼容、OLED 显示、电压电流功率三表合一

核心规格指标

系统架构框图

[Li-Po 3.7V] → [XL6009 Boost → 15.6V] → [LM317 Adj. Regulator] → [输出端子]
                    ↑                          ↑
              [7805 → 5V]              [MCP4131 Digipot + LM358×2.5] → ADJ 引脚
                    ↑
              [Arduino Uno/328P] ← [OLED 128×64] ← [2× 按键 (INT0/INT1)]
                    ↑
         [ADC 多路复用] ← 分压网络采集：Vbat, Vboost, Vout, Iout, Vusb
                    ↑
            [锁存继电器] ← D4/D5 脉冲驱动 → 输出通断/过流保护

核心电路模块解析

1. 两级供电拓扑

• Boost 阶段：XL6009 将 3.7V 升至 15.6V，为 LM317 提供足够压降余量（Vin - Vout > 3V）
• 线性后级：LM317 输出电压 = Vadj + 1.25V，Vadj 由数字电位器+运放产生 0~12.5V
• 权衡：效率随输出电压降低而下降（低压大电流时 LM317 损耗大），但极大简化了电路复杂度

2. 数字可编程电压源

• MCP4131：7-bit (128 级) 10kΩ 数字电位器，伪 SPI 控制 (D6/D7/D8)
• 分压比固定，输出 0~5V → LM358 非反相放大 2.5× → 0~12.5V 控制电压
• 步进约 0.1V (5V/128 × 2.5)，满足「步进可调」需求

3. 精密电流采样

• 负载回流经 1Ω 采样电阻 → 产生 V_sense = I_load × 1Ω (1mV/mA)
• OP07 (超低失调 10μV) 配置 2.5× 非反相放大 → 2.5mV/mA
• Arduino analogReference(INTERNAL) 1.1V 基准，ADC 分辨率 ~1.07mV/LSB → 电流分辨率 ~0.43 mA/LSB
• 量程 0-400mA 对应 0-1000mV，刚好在 1.1V ADC 满量程内

4. 多通道 ADC 采集

5. 锁存继电器输出断路

• 双线圈磁保持继电器，脉冲触发、零功耗保持
• D4/D5 推挽驱动两线圈，分别控制通/断
• 过流/短路时固件自动发送断开脉冲，硬件级隔离保护

固件模块化设计（多标签页）

• ADC.ino：calc_VI() 20次平均采样、分压系数换算、滑动窗口滤波
• Digipot.ino：increment/decrement_digipot() 软件 SPI 时序、边界保护
• Display_Fn.ino：U8glib 驱动 SSD1306，文本/图形混排、菜单系统框架
• Interrupt.ino：INT0/INT1 下降沿中断，按键消抖电容 + 软件去抖、标志位通信主循环
• Relay.ino：rc1/rc2_latch() 10ms 脉冲驱动、状态记忆
• Timer.ino：Timer1 1秒溢出中断，系统运行时基、自动关屏、定时采样

用户交互流程 (v1.0.3 Beta)

1. 上电初始化：自检、继电器断开、输出电压预设 5.00V、OLED 显示启动画面
2. 主界面：大字显示 Vout/Iout/Pout、电池电量、运行时间、继电器状态图标
3. 按键操作：
   • 短按 KEY1 (INT0)：电压 +0.1V → 继电器自动闭合（若断开）
   • 短按 KEY2 (INT1)：电压 -0.1V → 至 2.0V 下限停止
   • 长按/组合键：进入菜单（v1.0.3 尚未完全实现）
4. 保护动作：Iout > 420mA → 继电器断开、红色报警闪烁、需手动复位

已知局限与改进路线图

进阶版本规划 (v2.0)

• 主控升级：STM32G0/G4 / ESP32-C3（更多 ADC、硬件 SPI、USB-C PD 控制）
• 拓扑重构：单电感 Buck-Boost 控制器 (LM5175) 实现 0.5V-20V/2A 全范围高效转换
• 高边电流检测：INA228 (16-bit, I2C, 兼容高边/低边)
• 图形化 UI：LVGL 驱动 1.3" 圆形 LCD，波形实时绘制、触控调节
• 智能功能：CC/CV 自动切换、电池容量学习、导出 CSV 日志、BLE/App 远程监控
• 机械集成：CNC 铝合金外壳、旋钮编码器、磁吸输出端子、背夹磁铁

项目总结

本项目展示了如何用 极简元件 (Arduino + Boost + 线性稳压 + 数字电位器 + 精密运放) 实现一台「可编程、可测量、可保护、可充电」的口袋实验室电源。尽管指标不及商用台式电源，但其 模块化硬件架构、分层固件设计、完整的信号链预算分析 具有极高教学价值，是电源电子、嵌入式仪器仪表开发的绝佳入门实战。所有原理图 (Circuits.io/Eagle)、PCB 源文件、固件多版本已开源，欢迎 Fork 迭代。

原作者提供了面包板实物图、模块化子板特写、最终组装成品图、手绘原理图、Circuits.io 在线仿真链接，完整固件 v1.0.1~1.0.3 可在项目页面下载。