3002 21700 5V3A树莓派专用电源模块

关键词

树莓派5、树莓派4B、Raspberry Pi、21700、5V2A、5V4A、交互串口、串口命令、边充边放、实时检测

一、简介

21700电源模块专为树莓派设计，可通过顶针或者USB口对树莓派进行供电。板上分为两个区域，左侧为典型的充电宝设计，充电和放电同口，也就是接入外部电源即可对电池进行充电，接入用电设备即可对外供电，充电可达2.8A，放电可达5V2A。右侧区域为电池升压电路，具备一个电源总开关，可通过镀金顶针为树莓派供电，另外还具备两路USB-A口对其它外设供电，同时还可以通过串口查看电池信息。

三、测试平台

3.1 概述

本文档的硬件平台采用树莓派4B+21700树莓派专用电源模块（顶针版），系统采用树莓派OS和Ubuntu系统。

树莓派OS的版本为2024-10-22-raspios-bookworm-armhf.img.xz，树莓派OS下载地址：

https://www.raspberrypi.com/software/operating-systems/#raspberry-pi-os-64-bit

Ubuntu系统的版本为：ubuntu-24.10-preinstalled-desktop-arm64+raspi.img.xz，Ubuntu系统下载地址：

https://ubuntu.com/download/raspberry-pi

3.2 从TF卡启动

3.2.1 使用树莓派镜像烧录器烧写

首先在Windows端安装树莓派镜像烧录器，下载地址：https://www.raspberrypi.com/software/

安装完毕后将TF卡插入读卡器，读卡器插入PC的USB口，然后打开软件：

Raspberry Pi Device：选择Raspberry Pi 4；

请选择需要写入的操作系统：选择Raspberry Pi OS(64-bit)，为从树莓派官网下载系统镜像烧写（需联网）；选择Use Custom，则需要自行选择硬盘上已经下载的系统镜像（无需联网）；

储存卡：选择所需烧入的TF卡（即插在PC的USB接口的卡）；

选择完毕后按“NEXT”，建议点击“编辑设置”，将一些参数预设置进烧写软件，之后在系统启动时就不必再次设置，便于使用。

需要使用预设置的按“是”，不需要使用预设置的按“不”，进入下一页，点击“是”，就开始烧写及验证完整性，烧写完毕后按提示取下卡即可。

以上介绍的是烧写树莓派OS，烧写Ubuntu系统或也是用类似的操作，只是在“请选择需要写入的操作系统”时，需要选择Use Custom，然后选择预先下载的镜像即可。

3.2.2 使用balenaEtcher烧写

首先在Windows端安装balenaEtcher，下载地址：https://etcher.balena.io/#download-etcher

将TF卡插入读卡器，读卡器插入PC的USB口，然后打开软件：

从文件烧录：选择预先下载的树莓派OS或者Ubuntu系统镜像；

选择目标磁盘：选择所需烧入的TF卡（即插在PC的USB接口的卡）；

然后点击“现在烧录！”，就开始烧录了，等待烧录完毕即可。

3.2.3 启动系统

将TF卡从读卡器中取下，塞进树莓派4B的TF卡卡槽，上电后即可进入系统。

四、硬件连接

4.1 产品图解

正面：

背面：

4.2 硬件连接

4.2.1 通过顶针连接

适用于顶针版连接。

将RXDC顶针和可控输出1顶针，和树莓派4B排针后面的触点对准，然后将树莓派4B用螺丝拧在电源模块的固定铜柱上，如下图所示：

4.2.2 通过USB Type-C线及串口线连接

适用于非顶针版，或者顶针与板子不适配时的连接。

USB Type-C线提供电源，连接如下图所示：

串口线用于数据传输，连接如下图所示：

4.3 电池装配

本产品使用两节21700动力锂电池并联提供电源，容量10000mAH（MAX），可提供长时间续航，可靠放电能力达10A以上，确保5V2A加5V4A足功率双输出。实测顶针版接树莓派4B播放1080P视频的续航测试可达10小时。采用开关模式充电，所以即便充电电流达到2.8A，芯片和电池也不会出现过热保护情况。

装配电池时请注意下列事项：

1. 由于21700的电池容量比较大，为了缩短充电时间，大电流充电阶段电流高达2.5A，建议采用5V2.5A以上的适配器充电。如果适配器达不到2.5A的输出能力，可能会导致充电时充电头保护(充不进)甚至损坏；

2. 21700电池能量巨大，请千万看清楚方向再放入电池座。一旦插反很可能会冒烟起火甚至爆炸，为了大家安全着想，请仔细核对，非必要请勿插拔！

电池极性说明：

电池安装说明：

注意：插拔电池的时候请一定注意正负极方向，核对线路板上丝印。对于因电池接反导致的任何风险我们概不承担，请小心使用。因电池接反导致的器件损坏不在保修范围内。因用户自备的电源适配器充电，导致电池炸了或器件损坏，概不保修，请用优质正品电源，或从我司采购。

五、硬件操作说明

5.1 充电方式

本产品支持三种输入方式进行充电，充电电流可达2.8A。

5.2 输出方式

本产品可以通过下图三种接口同时对外提供5V2A输出（电压会随着电流增加而有所下降）。

本产品还可以提供5V4A输出（与5V2A输出独立，互相不影响）。

本产品支持大功率双输出，一路为5V2A，常开输出；一路为大功率输出，可提供5V4A以上输出能力，输出由开关控制。可支持树莓派、4G模块、舵机、雷达模组等同时工作。

5.3 电量指示与输出控制

可通过电量检测按键查看剩余电量：

可通过输出控制按键控制USB1或者USB2输出：

当设置为该按键控制USB1输出时（默认设置），上电后USB1输出默认打开，长按该按键1秒左右关闭USB1输出，1号USB-A口附近的LED关闭，释放后再按1秒左右即可打开USB1输出，同时LED亮起。

当设置为该按键控制USB2输出时（可以使用串口命令或者软件修改，后面会详细讲解），上电后USB2输出默认打开，长按该按键1秒左右关闭USB2输出，2号USB-A口附近的LED关闭，释放后再按1秒左右即可打开USB2输出，同时LED亮起。

六、软件使用说明（树莓派OS）

6.1 准备工作

使用串口命令进行交互，串口软件可以使用minicom或者CuteCom，安装命令如下：

sudo apt install minicom

sudo apt install cutecom

在树莓派OS下，交互串口为ttyS0（注意，S为大写）。

然后修改树莓派OS的配置：

左上角树莓派标志—Preferences—Raspberry Pi Configuration—Interfaces

将Serial Port打开，Serial Console关闭，如图所示：

这样就完成了串口配置。

6.2 查看电源实时参数

打开树莓派终端，运行minicom：

sudo minicom -D /dev/ttyS0

即可看到交互信息：

DCINPUT：直流输入电压

OUTPUT1：输出电压1

OUTPUT2：输出电压2

BATTERY：电池电压

也可以使用CuteCom，运行CuteCom软件，打开ttyS0串口，在输出窗口中查看交互信息：

6.3 运行电源系统控制命令

运行CuteCom软件，打开ttyS0串口，在输入（Input）窗口中输入命令，在输出窗口中查看相应的返回信息。

如ATE表示查询系统总运行时长：

AV3.1E表示电池电压低于3.0V时关闭电源输出：

常用控制命令列表：

串口参数：3.3V TTL电平；波特率:115200；数据位：8；校验位：无；停止位：1
命令	命令功能	说明
AL<设置值>E	设置电量指示灯显示间隔	单位：min，初始值为1，支持小数点后1位，如AL5.2E，表示5.2*60=312秒（不建议设置过短，电量指示灯会持续点亮4s，过短的间隔会导致常亮）
AV<设置值>E	设置电源输出关闭阈值	单位：V，初始值为3.0V，确保稳定，支持小数点后1位，建议设置范围2.8-3.5V，如AV3.0E表示电池电压低于3.0V时关闭电源输出
ATE	查询系统总运行时长	内容格式：*天:*时:*分:*秒
AU<设置值>E	设置串口电压数据接收间隔	单位:s，初始值为2，不支持小数。如AU3E，表示串口每隔3秒发送一次电压数据
AB1E	设置按键开关控制USB1电源输出
AB2E	设置按键开关控制USB2电源输出
AO1FE	串口控制关闭USB1电源输出
AO2FE	串口控制关闭USB2电源输出
AO1OE	串口控制打开USB1电源输出
AO2OE	串口控制打开USB2电源输出
补充：命令生效返回“SET OK”信息，命令错误返回“Error Command”信息

七、软件使用说明（Ubuntu系统）

7.1 准备工作

串口软件可以使用minicom或者CuteCom，安装命令如下：

sudo apt install minicom

sudo apt install cutecom

在Ubuntu系统下，交互串口为ttyS0（注意，S为大写））。

然后修改Ubuntu系统的配置：

sudo nano /boot/firmware/cmdline.txt

删除红框中的文字，然后保存退出：

console=tty1

sudo nano /boot/firmware/config.txt

添加红框中的文字，然后保存退出：

enable_uart=1

修改完毕后重启系统。

7.2 查看电源实时参数

打开Ubuntu系统终端，运行minicom：

sudo minicom -D /dev/ttyS0

即可看到交互信息：

也可以使用CuteCom，运行CuteCom软件，打开ttyS0串口，在输出窗口中查看交互信息：

sudo cutecom