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。
二、硬件资源
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 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。
6.1.1 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：
6.1.2 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：
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AV3.1E表示电池电压低于3.0V时关闭电源输出：
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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 | ||