[開源韌體] FRME-PM-01A 庫侖計+電量表韌體的複製：OpenPM01 —— 使用 libopencm3，純粹的自由軟體技術堆疊
背景
使用伺服電源或 13.8V 的磷酸鐵鋰電池為短波廣播電台供電的朋友們應該都熟悉 FRME-PM-01A 這個產品——它具有兩端的 XT60 連接埠、帶有螢幕的開源電流表，在業界內享有相當高的聲譽。
對於 ham 來說，基本功能已經足夠了，但我個人在使用磷酸鐵鋰電池時，一直希望能有一個電量顯示功能——不然只能自己拿電壓去查表估算，相當麻煩。剛好我在 oshwhub 的評論區也看到有人詢問是否可以增加庫仑計的功能。於是我就決定自己寫一套固件。
不過，原本使用的元件並非開源，既然要自行開發，那就直接將技術棧也改為完全的自由軟體：PlatformIO + libopencm3。這樣就不需要使用 ST 的 HAL，也不會有任何非自由的依賴或專有元件。
因此，就有了 OpenPM01。
實際示範
使用 IC-718 短波無線電發送 FT8 數據
電池充電
設計思維
庫侖計 + 電量表
在原有的電壓/電流/溫度與濕度基礎上，增加了：
- 軟體比較計：對電流進行數值積分，累計 mAh/Ah
- 電錶：電壓錶可估算出電池的剩餘電量 (SOC)，在「充電」欄位中以進度條的形式顯示（不會佔用空間，不用時也可以隱藏）。
阻礙
說實話，這個電錶。不精確——不同電池的化學系統差異很大，而且在硬體上沒有像 EEPROM 這樣的儲存器，因此無法進行累積值的保存或電量校準，只能透過查表來粗略估算。但對於日常判斷「電池還有多少、是否需要充電」這種情境，已經足夠了。
目前只有寫了 4S磷酸鐵鋰 的查表曲線（HAM 系統中最常見的配置），其他電池類型（3S/6S 電池、鉛酸電池等）還沒完成，可以在程式碼中新增 #elif 只需檢查分支的邏輯即可，歡迎大家提出修改建議。
更新頻率 & 排程
原本的韌體更新速度非常緩慢，我想可能是因為所有的邏輯都塞在裡面。 main() 內部 延遲() 需要較高的採樣/更新頻率。然而，庫侖積分和瞬間功率的顯示都需要較高的採樣/更新頻率，因此 STM32F103 的主頻可以完全滿足需求，於是設計了一個簡單的非搶佔協作式排程器。
每個任務會根據自己的週期獨立執行，不會互相干擾。這樣可以提高庫侖積分的精確度，同時也能讓介面（UI）獲得更高的更新頻率——電壓、電流和功率的讀數變化變得更加明顯且流暢。
警報顯示
過壓、過流、溫度超過限制等警示，原本在旁邊的小區域顯示。我已修改為…直接在對應數值的顯示框中標示並閃爍。，而且更加顯眼，如圖所示。
範例：低電壓/低電量警示
使用者介面與配色
重新設計了介面佈局，空間利用率更高。另外增加了… Catppuccin 四種配色主題（摩卡／瑪奇亞托／法普／拿鐵，三種深色、一種亮色），可以在程式碼中新增配色板來擴展。此外，也完成了…四種方位（縱向/縱向180度旋轉/橫向/橫向旋轉），編譯選項控制，方便不同安裝方式。詳細圖片請參閱GitHub。
建立 & 燒錄
需要使用 PlatformIO：
# 在 `platformio.ini` 檔案中修改編譯選項
執行 `platformio run`
執行 `platformio run --target upload`
朝向與配色透過 build_flags 選擇編譯選項，電池型號也一樣（預設為 4S 磷酸鐵鋰）。- DNO\_電池 可以完全停用電量顯示功能。
GitHub 發佈此頁面提供預先編譯好的 HEX 檔案，使用者可自行進行刷寫。
燒錄
在 PCB 上預留了 SWD 引腳，不需要焊接排針，只需將排針插入即可，然後用手按住。
聲明
FRME-PM-01A 的硬體由 @FrostAutumn 設計，並遵守 CC-BY-NC-SA 3.0 協議。本文件為獨立項目，與原廠無關聯，並未經過原廠認證。此外，也沒有參考過原廠韌體（原廠韌體本身未開源）。韌體本身基於 GNU GPLv3 開源，可以自由使用（包括商用）；但是如果打算開發衍生產品，硬體部分仍需遵守原作者的 CC-BY-NC-SA 條款。
依賴 & 感謝
| 元件 | 作者 | 協議 |
|---|
| stm32f1_st7789_spi | 阿夫拉·米特拉 | MIT |
| INA226 函式庫 | 羅·提拉特 | MIT |
| SHT30 函式庫 | LibDriver | MIT |
| libopencm3 | libopencm3 專案 | LGPLv3 |
| 卡斯卡迪亞灣（Cascadia Code 的分支版本） | 艾利·霍伊爾 / 微軟 | SIL OFL 1.1 |
倉庫
GNU GPLv3 開源，歡迎複製、提出修改建議或指出錯誤。 目前僅完成了 4S 磷酸鐵鋰電池的電量顯示功能，其他電池類型的顯示曲線也特別歡迎貢獻。
倉庫地址：https://github.com/sophiel-meow/OpenPM01
預先編譯的韌體：https://github.com/sophiel-meow/OpenPM01/releases
有板子組的夥伴，歡迎大家實際測試並提供回饋喔！
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