我们的便携式智能电子负载控制器是一个高精度、多模式的电子负载测试设备，专为电源测试、电池测试、电路调试等应用场景设计。项目基于ESP32-S3微控制器，集成了先进的PID和MPC控制算法，提供卡尔曼滤波优化的电流测量，具备触摸屏GUI界面和实时数据监控功能。
- ⚡ 三种负载模式：恒流(CC)、恒功率(CP)、恒阻(CR)模式
- 🎯 高精度控制：±0.1%精度，支持1800mA最大电流
- 📊 实时监控：INA226高精度电流电压采样
- 🖥️ 触摸界面：3.5寸TFT触摸屏，LVGL图形界面
- 🔒 安全保护：过压、过流、过功率多重保护
- 🎛️ 双控制器：PID + MPC模型预测控制
- 📈 卡尔曼滤波：优化电流测量，减少噪声干扰
- 🔄 自适应控制：根据负载特性自动调整参数
- ⚙️ 约束优化：MPC主动处理多重约束条件
- 🔧 模块化设计：松耦合架构，易于扩展
- 📱 RTOS多任务：FreeRTOS实现并发控制
- 🛠️ 完整工具链：PlatformIO + Arduino框架
- 📖 详细文档：LaTeX数学推导 + Markdown说明
ESP32-S3-ELECTRONIC-LOAD/
├── 📁 src/ # 主程序源码
│ └── main.cpp # 程序入口与任务调度
├── 📁 lib/ # 自定义库模块
│ ├── our_pid_controller/ # PID控制器模块
│ ├── our_mpc_controller/ # MPC控制器模块
│ ├── our_adc/ # ADC采样模块
│ ├── our_encoder/ # 旋转编码器模块
│ ├── our_button/ # 按键处理模块
│ ├── our_tasks_config/ # 任务配置模块
│ ├── our_queue/ # 消息队列模块
│ ├── our_lvgl_interaction/ # LVGL界面交互
│ ├── lvgl_port/ # LVGL移植层
│ └── generated/ # GUI Guider生成文件
├── 📁 include/ # 头文件目录
├── 📁 test/ # 测试程序
│ ├── ADC_test/ # ADC测试
│ ├── DAC_test/ # DAC测试
│ ├── mpc_test/ # MPC控制器测试
│ └── lvgl_demo/ # LVGL界面演示
├── 📁 document/ # 项目文档
│ ├── 项目设计文档/ # 设计文档
│ ├── MPC控制器专题/ # MPC控制器详解
│ ├── 滤波算法专题/ # 卡尔曼滤波详解
│ ├── LaTeX伪代码专题/ # 数学算法推导
│ └── 系统调试文档/ # 调试与故障排除
├── 📁 assets-of-README/ # README资源文件
├── 📄 platformio.ini # PlatformIO配置
└── 📄 README.md # 项目说明文档
- 主控芯片: ESP32-S3 (双核Xtensa LX7, 240MHz)
- 存储配置: 16MB Flash + 8MB PSRAM
- 显示屏: 3.5寸 TFT ILI9488 (480×320) 带触摸
- 电流传感器: INA226 (高精度双向电流/功率监控)
- DAC模块: MCP4725 (12位数字模拟转换器)
- 开发框架: Arduino + ESP-IDF
- 构建工具: PlatformIO
- 实时系统: FreeRTOS
- 图形界面: LVGL 8.3.10
- 显示驱动: TFT_eSPI 2.5.43
- PID控制器: 带积分限幅和微分先行的增强型PID
- MPC控制器: 基于二次规划的模型预测控制
- 卡尔曼滤波器: 一维标量卡尔曼滤波，优化电流测量
- 状态估计: 递归贝叶斯估计器
- 功能: 维持恒定的负载电流
- 范围: 50mA - 1800mA
- 精度: ±1mA或±0.1%
- 应用: 电池放电测试、LED驱动器测试
- 功能: 维持恒定的消耗功率
- 范围: 0.1W - 20W
- 计算: P = U × I，动态调整电流
- 应用: 电源带载能力测试、功率器件测试
- 功能: 模拟恒定电阻负载
- 范围: 1Ω - 1000Ω
- 计算: R = U / I，根据电压调整电流
- 应用: 电阻负载仿真、线性电源测试
- 过压保护: 最大12V输入保护
- 过流保护: 最大1.8A电流限制
- 过功率保护: 最大20W功率限制
- 变化率限制: 电流变化速度保护，防止冲击
- 温度监控: 实时温度检测与过热保护
- 启动页面: 产品信息与初始化状态
- 主控页面: 实时数据显示与模式切换
- 参数设置: 目标值设定与控制器参数调整
- 数据监控: 历史曲线与实时波形显示
- ESP32-S3-DevKitC-1 开发板
- INA226 电流/功率监控模块
- MCP4725 DAC模块
- 3.5寸 TFT/IPS 触摸屏 (ILI9488)
- 旋转编码器 × 1
- 按键开关 × 4
- 输入电压: 5V DC (USB供电)
- 工作电流: < 500mA
- 测试电压范围: 0-12V
- 测试电流范围: 0-1.8A
# 安装PlatformIO
vscode --install-extension platformio.platformio-ide
# 克隆项目
git clone https://github.com/your-username/ESP32-S3-ELECTRONIC-LOAD.git
cd ESP32-S3-ELECTRONIC-LOAD
# 等待 PlatformIO 进行初始化安装依赖
success!ESP32-S3 引脚连接:
├── INA226: SDA=GPIO8, SCL=GPIO9
├── MCP4725: SDA=GPIO8, SCL=GPIO9
├── TFT屏: MOSI=GPIO11, MISO=GPIO13, SCK=GPIO12
├── 触摸: CS=GPIO15, IRQ=GPIO21
├── 编码器: CLK=GPIO1, DT=GPIO2, SW=GPIO42
└── 按键: GPIO40, GPIO41, GPIO39, GPIO38
配置好 pio 环境变量之后可以使用下面命令，或直接点击 main.cpp 文件上方的 upload 按钮。
# 编译项目
pio run
# 上传固件
pio run --target upload
# 监控串口
pio device monitor- 上电初始化: 等待系统启动和传感器校准
- 模式选择: 短按按键1选择CC/CP/CR模式
- 参数设置: 旋转编码器调整目标值
- 启动测试: 长按按键1开始/停止负载
- 数据监控: 触摸屏查看实时数据
- 🎬 更换IPS 全视角显示屏: ✨2025.6.14 智能直流电子负载demo演示
- 🔧 增加侧边栏和电流控制器: ✨2025.5.5 简易直流电子负载demo演示
- 🧪 *统一 GUI 风格 ✨2025.4.20 电子负载系统测试
- 📊 硬件恒流电路测试: ✨2025.3.27 恒流测试
我们欢迎各种形式的贡献！请查看 贡献指南 了解详情。
- 🐛 Bug反馈: 提交Issue描述问题
- 💡 功能建议: 提出新功能需求
- 🔧 代码贡献: 提交Pull Request
- 📖 文档改进: 完善文档和注释
- 🧪 测试验证: 提供测试用例和验证
感谢所有为项目做出贡献的开发者！
本项目采用 MIT License 开源协议。
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