21-PCB_电安智巡_树莓派扩展板

电安智巡——树莓派扩展板PCB设计

树莓派HAT · 电气安全检测 · 多传感器融合 · PCB设计

一、项目简介

本项目是"电安智巡"电气安全巡检机器人的树莓派扩展板PCB设计。扩展板通过树莓派40Pin接口连接，集成了电压电流检测、温度检测、漏电流检测、继电器控制等电气安全相关功能模块。适用于配电柜、电气设备的安全巡检机器人。

项目属性	说明
主控平台	树莓派+PCB设计
开发语言	C语言
开发环境	Keil C51 / Keil MDK
仿真工具	Proteus（部分项目）

图1-1 系统整体效果图

二、系统总体架构

本系统以单片机为核心，外围连接传感器、显示模块、按键模块和执行机构。系统总体架构如下：单片机通过相应接口与各外设通信，采集传感器数据后进行处理，结果输出至显示模块，同时根据逻辑控制执行机构动作。

图2-1 系统总体架构框图

模块	功能描述
主控模块	系统核心，负责数据采集、逻辑处理和输出控制
传感器模块	采集环境参数（温度/光照/按键输入等）
显示模块	LCD1602/OLED实时显示数据和状态
按键模块	用户输入，参数调整和模式切换
执行机构	蜂鸣器/LED/电机等，执行报警和驱动动作

三、硬件设计

3.1 核心器件选型

器件	型号	说明
主控平台	树莓派	通过40Pin HAT接口连接
电压检测	分压+ADC	0~300V交流电压检测
电流检测	ACS712/INA199	电流互感检测
温度检测	DS18B20	设备温度监测
继电器	5V继电器	控制输出/切断

图3-1 核心器件实物图

3.2 引脚分配

单片机各引脚分配如下表所示，在设计时需注意引脚复用和电平匹配问题：

引脚	连接	功能描述
HAT接口	40Pin	树莓派GPIO扩展
I2C	SDA/SCL	ADC传感器通信
SPI	MOSI/MISO	高速ADC
GPIO	控制引脚	继电器/LED/按键

图3-2 引脚分配电路原理图

四、软件设计

4.1 软件流程

扩展板设计流程：定义树莓派接口→设计各检测模块电路→原理图绘制→PCB布局布线→DRC检查→打板测试。

图4-1 主程序流程图

4.2 模块划分

源文件	模块名称	功能描述
原理图	SCH	扩展板电路设计
PCB	布局布线	2层板设计
BOM	物料	元器件清单
机械图	尺寸图	安装孔位+外形

4.3 关键代码

以下代码均从项目工程源文件中直接提取，完整展示了各模块的核心实现：

（未找到源代码文件）

五、项目文件结构

项目工程的目录结构如下，展示了源代码文件的组织方式：

六、功能演示

系统功能演示步骤如下：

1. 查看扩展板原理图和PCB

2. 3D预览扩展板外形

3. 检查与树莓派的接口定义

4. 导出Gerber和BOM

图6-1 功能演示照片/截图

图6-2 运行状态特写

七、总结

本项目是树莓派HAT扩展板的完整PCB设计，集成了电气安全检测所需的各种传感器接口。设计规范，可直接用于树莓派项目开发。

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