Power Management HAT (B)

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Power Management HAT
Power Management HAT(B)
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板载接口
RPi USB UART GPIO


说明

产品概述

Power Management HAT(B)是一款树莓派电源管理控制板，可以为树莓派提供一套极为强大的电源管理，如定时开关机，测量工作电压电流等功能都不在话下，并且具有快速负载瞬态响应功能，可以多个电源中快速切换。

特点

  • 板载MCU(RP2040)，性能强悍，上手轻松。
  • 板载RTC时钟芯片(PCF85063)，可提供精准时间控制。
  • 板载升降压DC-DC芯片（MP28167-A），可提供快速负载瞬态响应。
  • 板载锂电池接口，提供电源防反接，防倒灌机制，充分保证电路的安全。
  • 板载RP2040引脚接口，兼容Raspberry Pi Pico 标准接口，可搭载PICO拓展板。
  • 板载自定义按键，可作为电源键使用，实现树莓派的开机，软件关机，强制关机。
  • 可对输入电源电压进行检测，对工作电流进行检测，可编程即时切断电源以确保锂电池的工作寿命。

主要参数

  • 主控芯片：RP2040
  • 通信接口：UART + GPIO
  • 下载接口：USB + SWD(Debug)
  • 通信波特率：默认115200bps (可程序设置其他波特率)
  • 供电方式：USB接口 或 PH2.0接口
  • USB接口电压：5V
  • PH2.0接口电压：3.3-4.2V（3.7V锂电池）
  • 内置电路：电池防反接电路、防倒灌电路、电流与电压检测电路
  • 产品尺寸：56.5mm x 65mm
  • 固定孔直径：3.0mm

硬件连接

RP2040 GPIO 描述
GPIO0 UART0_TX引脚,连接到树莓派D15引脚
GPIO1 UART0_RX引脚,连接到树莓派D14引脚
GPIO6 I2C1_SDA引脚，连接到所有I2C设备的SDA引脚
GPIO7 I2C1_SCL引脚，连接到所有I2C设备的SCL引脚
GPIO19 用户按键引脚，通常用来控制电源开关
GPIO21 RTC中断引脚，当RTC闹钟触发时，会被RTC芯片拉低
GPIO22 树莓派软关机引脚，连接到树莓派D20引脚
GPIO23 树莓派运行引脚，连接到树莓派D21引脚
GPIO24 电源控制引脚，当其拉低时，电源切断，反之，电源接通
GPIO25 状态LED引脚，用于展示当前运行状态
GPIO29 输入电压采集硬件，此处电压约为1/10输入电压

产品使用

使用前须知

锂电池使用注意事项

  • 锂聚合物和锂离子电池很不稳定。如果充电或使用不当，可能会导致火灾，人身伤害和财产损失。
  • 对电池组充电和放电时，切勿极性连接错误。请勿选用其他劣质的充电器或充电板对锂电池进行充电。
  • 请勿混用和使用旧电池和新电池，避免使用其他品牌的电池。
  • 如需另购锂电池产品，须确保电池参数与锂电池扩展板兼容，推荐选择正规的电池厂家，并需要自行老化测试确保锂电池能够稳定安全工作。
  • 锂电池具有循环寿命，请在达到使用寿命或使用两年时（以先到者为准），用新电池更换旧电池。
  • 请妥善放置电池类产品，远离易燃易爆类物品，远离儿童，避免因保管不慎，引发安全事故。

工作原理与例程简介

GPIO协议（自定义协议）

  • 本协议基于软件编程完成，故需要RP2040和树莓派运行实例程序。
  • 本协议通过两个RP204的GPIO和树莓派GPIO相连，实现检测树莓派运行状态和提示树莓派关机
RP2040 GPIO 树莓派GPIO 描述
GPIO22 D20 树莓派软关机引脚，默认由RP2040拉低，提示树莓派软件关机时拉高
树莓派应当检测到该引脚被拉高后执行关机程序。
GPIO23 D21 树莓派运行引脚，默认由树莓派开机后拉高
RP2040可以通过该引脚检测树莓派是否开机。

例程：

树莓派使用教程

配置pico编译环境

  1. 下载安装脚本 
    cd ~
wget https://raw.githubusercontent.com/raspberrypi/pico-setup/master/pico_setup.sh
  2. 给与运行权限并运行 
    chmod +x pico_setup.sh
./pico_setup.sh
  3. 重启树莓派 
    sudo reboot

openocd

  • Power Management HAT(B)已将SWD（debug）连接到了树莓派接口上，可以直接使用debug接口下载程序或者调试
  1. 下载openocd所需库 源码 
    cd ~/pico
sudo apt install automake autoconf build-essential texinfo libtool libftdi-dev libusb-1.0-0-
dev
  2. 下载openocd源码 
    git clone https://github.com/raspberrypi/openocd.git --recursive --branch rp2040 --depth=1
  3. 编译并安装 
    cd openocd
./bootstrap
./configure --enable-ftdi --enable-sysfsgpio --enable-bcm2835gpio
make -j3
sudo make install

国内用户

  • 因为网络原因，国内用户连接github并不稳定，我们另外提供了一份安装包，可以跳过github克隆的过程
    • 若已经成功配置了pico环境，可以直接跳过本章
  1. 下载有关编译库 
    sudo apt update
sudo apt install cmake gcc-arm-none-eabi libnewlib-arm-none-eabi build-essential -y
sudo apt install automake autoconf build-essential texinfo libtool libftdi-dev libusb-1.0-0-dev -y
  2. 下载压缩包并解压 
    cd ~
sudo apt-get install p7zip-full -y
#wget https://github.com/EngineerWill/Pico-lib/releases/download/v1.0/Pico-lib.7z
wget https://ghproxy.com/https://github.com/EngineerWill/Pico-lib/releases/download/v1.0/Pico-lib.7z
7z x ./Pico-lib.7z

openocd

cd ~/pico/openocd/
./bootstrap
./configure --enable-ftdi --enable-sysfsgpio --enable-bcm2835gpio
make -j4
sudo make install

软关机脚本

  • Power Management HAT (B)需要通过脚本才能实现软关机和树莓派的运行检测
  • 下载脚本并运行
wget https://www.waveshare.net/w/upload/4/44/Power-Management-HAT.zip
unzip Power-Management-HAT.zip
cd Power-Management-HAT
sudo chmod a+x Power-Management-HAT-Setup.sh
sudo ./Power-Management-HAT-Setup.sh
  • 执行结果如下图所示，当提示Would you like to reboot now? y/n时，输入y，表示重启树莓派
  • 必须重启树莓派该操作才有效，如果树莓派未重启，必须手动重启树莓派后方生效
    Work-3.png

注意：须注意查看上述的操作执行后是否有报错，有报错根据提示修正后再继续。

例程使用

获取例程

cd ~
wget https://www.waveshare.net/w/upload/2/27/Power-example.7z
7z x ./Power-example.7z

编译例程

  • 默认例程为周期性开机例程
cd ~/Power-example/build/
export PICO_SDK_PATH=/home/pi/pico/pico-sdk
cmake ..
make -j

烧录程序

  • 注意：烧录程序会导致RP2040复位和供电中断
  • 故烧录程序时应使用树莓派的电源口进行供电而不是使用Power Management HAT(B)供电。

使用SWD烧录程序

  • 我们已经将RP2040的SWD接口连接到了树莓派上，可以直接通过openocd进行
openocd -f interface/raspberrypi-swd.cfg -f target/rp2040.cfg -c "program ./Power_Management_HAT.elf verify reset exit"

使用USB烧录程序

  • 树莓派基金会已经在RP2040内固化了UF2的引导程序，通过以下几个步骤
  1. 将树莓派的USB和板子的USB接口连接在一起
  2. 按下复位按键与BOOT按键
  3. 先释放复位按键，再释放BOOT按键
  4. 将对应的文件拖入弹出的海量存储器中
  • 可以参考下图（图为树莓派官方为Hello World例程制作的GIF图）

Hello-World-640x360-v2.gif

串口监控

开启串口功能

  • 执行如下命令进入树莓派配置 
    sudo raspi-config
  • 开启串口功能
    1. 选择Interfacing Options并进入
      Serial-Open-1.png
    2. 选择Serial Port
      Serial-Open-2.png
    3. 选择关闭串口调试功能
      Serial-Open-3.png
    4. 选择开启串口硬件
      Serial-Open-4.png
    5. 系统提示如下
      Serial-Open-5.png

minicom

  • minicom 是 Linux 下一款常用的命令行串口调试工具。
  • 其功能与 Windows 下的超级终端相似，可以通过串口控制外部的硬件设备，通常用于对嵌入式设备进行管理。
  1. 安装并运行minicom 
    sudo apt-get install minicom -y
sudo minicom -D /dev/ttyS0
  2. 此时可以看到例程定时返回的运行信息（此处例程为定时开关例程）
    Power management hat b 01.jpg

例程说明

  • 例程切换，需要通过在main函数中将对应的初始化和循环函数开启，并屏蔽其余例程的函数
  • 下文图中就开启了Period_Time例程
    Power-management-example-code1.jpg

通用规则或者功能

状态灯

  • 状态灯均遵循以下规则
    1. 关机状态或者电源关断状态，状态灯约以0.83HZ的频率闪烁（慢闪）
    2. 开机状态或者电源开启状态，状态灯约以2.5HZ的频率闪烁（快闪）
    3. 等待开机中或者等待关机中，状态灯常亮

电流判断

  • 通过电流判断设备状态
    1. 该功能可实时判断设备开关机，并关闭电源，起到节省能源的效果
    2. 该功能默认关闭（可通过 ./examples/examples.h/USE_CURRENT_TO_CHECK_PI_STATUS设置开启）
    3. 通过判断当前电流值是否小于关机电流，若小于则认为设备已经关机，则关闭电源（ 关机电流设置./examples/examples.h/Shutdown_Current_Ma，需要根据自身设备进行调整，否则该功能无法起效或者设备无法开机）

开机与关机

  • 开机流程
    1. 通过RTC或者按键触发开机
    2. 打开电源，并通过GPIO判断是否已开机，开机默认最大等待时间为90秒，超过最大等待值则认为已经开机（最大等待时间由lib/Power_Management_Lib/Power_Management_Lib.c/Power_Wait_Time_S设置）
  • 软关机流程
    1. 通过按键触发软关机
    2. 通过GPIO判断设备已经关机，若设备已关机则关闭电源，关机默认最大等待时间为60秒，超过最大等待值则认为已经关机，将强制关闭电源（最大等待时间由lib/Power_Management_Lib/Power_Management_Lib.c/Wait_Boot_Time_S设置）
  • 强制关机流程
    1. 通过RTC、长按按键和电流触发关机
    2. 强制关闭电源，设备关闭。


Button_Ctr例程

  • 实现功能：使用PWR按键开关机
  1. 当树莓派关机
    • 按下PWR按键则开机
  2. 当树莓派开机
    • 默认长按PWR按键超过2S但不到8S，尝试将树莓派软关机
    • 默认长按PWR按键超过8S则尝试直接关闭电源

Period_Time例程

  • 定时开关机
    1. 当时间到达指定时间Power_On_Time（默认为 9：00:30）时开机
    2. 当时间到达指定时间Power_Off_Time （默认为 10：00:00）时关机

Cycle_Time例程

  • 循环开关机
    1. 保持开机时间Power_On_Keep_Time（默认为1800S）
    2. 保持关机机时间Power_Off_Keep_Time（默认为3600S）


FAQ


问题：最大的输出电流多少

理论输出最大电流3A,实际最大输出电流受到供电限制，如使用3.7V锂电池（满电的情况下），最大输出电流可以达到2A。


问题：Power Management HAT带树莓派，电池可以用多久？

与供电和输出电流有关，如使用配套3000mah3.7V锂电池，输出电流保持为1A,约可使用2小时（受到温度和电池状态有关）。


技术支持


联系人：黄工
QQ：2850151199
EMAIL：2850151199@qq.com
电话：0755-83040712
微信：扫下方二维码添加
Service20-Weichat.png

说明：进行售后服务前，请准备好客户信息（定货单位、定货人等），以供验证
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