{"id":5501,"date":"2026-06-21T09:23:35","date_gmt":"2026-06-21T07:23:35","guid":{"rendered":"https:\/\/g7itchme.wordpress.com\/?p=5465"},"modified":"2026-06-21T09:23:35","modified_gmt":"2026-06-21T07:23:35","slug":"powerpico-wenn-open-source-hardware-auf-prazisionsmesstechnik-trifft-die-geburt-eines-tragbaren-%ce%bca-strommessgerats","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/technodidact.de\/en\/powerpico-wenn-open-source-hardware-auf-prazisionsmesstechnik-trifft-die-geburt-eines-tragbaren-%ce%bca-strommessgerats\/","title":{"rendered":"PowerPico: Wenn Open-Source-Hardware auf Pr\u00e4zisionsmesstechnik trifft \u2013 Die Geburt eines tragbaren \u03bcA-Strommessger\u00e4ts"},"content":{"rendered":"<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Autor: DerSchneider<\/strong><\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">Einleitung: Ein untersch\u00e4tzter Mess-Schmerzpunkt<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">In der Welt der eingebetteten Systeme und der Entwicklung von IoT-Ger\u00e4ten mit extrem niedrigem Stromverbrauch gibt es ein altes, aber hartn\u00e4ckiges Problem: Wie misst man pr\u00e4zise Str\u00f6me im Mikroampere-Bereich (\u00b5A)? Herk\u00f6mmliche Digitalmultimeter sind im Milliampere- und Ampere-Bereich hervorragend, aber an der empfindlichen \u00b5A-Grenze sto\u00dfen sie oft an ihre Grenzen \u2013 sei es durch den Eigenwiderstand des Messger\u00e4ts (Burden Voltage) oder durch mangelnde Aufl\u00f6sung und Genauigkeit. Die g\u00e4ngigen, preiswerten USB-Strommessger\u00e4te vom Markt oder aus DIY-Projekten zeigen zwar oft beeindruckend viele Nachkommastellen an, doch diese sind in der Praxis h\u00e4ufig wenig aussagekr\u00e4ftig oder schlichtweg falsch, da ihnen ein durchdachtes Messkonzept fehlt.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Genau hier setzt das Open-Source-Projekt&nbsp;<strong>PowerPico<\/strong>&nbsp;an. Es ist weit mehr als ein einfacher USB-Strommesser. Es ist ein tragbares, hochpr\u00e4zises Messinstrument f\u00fcr den Entwickleralltag, das \u00b5A-Str\u00f6me zuverl\u00e4ssig erfassen kann und gleichzeitig als programmierbare Spannungsquelle via PD\/PPS-Stromversorgung fungiert. Dieser Artikel beleuchtet die technischen Hintergr\u00fcnde, die Entstehungsgeschichte und die Bedeutung dieses Projekts f\u00fcr die Entwickler-Community.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">1. Das Herzst\u00fcck: Eine dreistufige Messbr\u00fccke f\u00fcr h\u00f6chste Anspr\u00fcche<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der entscheidende Unterschied zu einfacheren Strommessern liegt in der&nbsp;<strong>analogen Frontend-Schaltung<\/strong>. W\u00e4hrend viele kosteng\u00fcnstige USB-Messger\u00e4te lediglich einen einzelnen Shunt-Widerstand und einen einfachen Verst\u00e4rker wie den INA226 verwenden, verfolgt PowerPico einen weitaus anspruchsvolleren Ansatz.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Kernproblematik bei der Strommessung ist der Zielkonflikt zwischen hoher Aufl\u00f6sung bei kleinen Str\u00f6men und geringem Spannungsabfall (und damit Verlustleistung) bei hohen Str\u00f6men. Ein einzelner, gro\u00dfer Shunt-Widerstand (z.B. 1 \u03a9) w\u00fcrde zwar \u00b5A-Str\u00f6me gut messbar machen, bei einem Strom von 1 A jedoch einen Spannungsabfall von 1 V verursachen \u2013 was v\u00f6llig inakzeptabel ist. Ein sehr kleiner Shunt (z.B. 0,01 \u03a9) hingegen erzeugt bei \u00b5A-Str\u00f6men nur ein winziges Spannungssignal im Nanovolt-Bereich, das von einem einfachen Verst\u00e4rker nicht mehr rauschfrei erfasst werden kann.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die L\u00f6sung von PowerPico ist eine&nbsp;<strong>automatisch umschaltende, dreistufige Messschaltung<\/strong>. Diese verwendet mehrere Shunt-Widerst\u00e4nde unterschiedlicher Gr\u00f6\u00dfe, die je nach Stromfluss per MOSFET umgeschaltet werden. Das schwache Signal wird dann von einem hochwertigen Instrumentenverst\u00e4rker vom Typ&nbsp;<strong>INA190<\/strong>&nbsp;verst\u00e4rkt, der f\u00fcr seine extrem niedrigen Offsetspannungen und sein geringes Rauschen bekannt ist. Diese Kombination erm\u00f6glicht es, sowohl den Ruhestrom eines schlafenden Mikrocontrollers im Sub-\u00b5A-Bereich als auch den aktiven Betriebsstrom von mehreren Ampere pr\u00e4zise zu erfassen.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table class=\"has-fixed-layout\"><thead><tr><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Messbereich (Beispiel)<\/th><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Eingesetzter Shunt<\/th><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Verst\u00e4rkung (INA190)<\/th><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Erzielbare Aufl\u00f6sung<\/th><\/tr><\/thead><tbody><tr><td>\u00b5A-Bereich (0 \u2013 500 \u00b5A)<\/td><td>Gro\u00dfer Widerstand (z.B. 100 \u03a9)<\/td><td>Hohe Verst\u00e4rkung<\/td><td>&lt; 0.1 \u00b5A<\/td><\/tr><tr><td>mA-Bereich (0.5 \u2013 500 mA)<\/td><td>Mittlerer Widerstand (z.B. 1 \u03a9)<\/td><td>Mittlere Verst\u00e4rkung<\/td><td>&lt; 0.01 mA<\/td><\/tr><tr><td>A-Bereich (0.5 \u2013 3 A)<\/td><td>Kleiner Widerstand (z.B. 0.05 \u03a9)<\/td><td>Geringe Verst\u00e4rkung<\/td><td>&lt; 1 mA<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Umschaltlogik ist im Quellcode als&nbsp;<strong>Hysterese-Algorithmus<\/strong>&nbsp;implementiert. Dies verhindert ein unerw\u00fcnschtes, schnelles Hin- und Herschalten (Oszillieren) zwischen den Messbereichen, wenn sich der Strom in der N\u00e4he eines Schwellwerts befindet. Die Kunst liegt darin, diese Umschaltung &#8222;schnell, pr\u00e4zise und stabil&#8220; zu gestalten \u2013 eine nicht-triviale Aufgabe, die der Autor durch die Offenlegung des Quellcodes zur Weiterentwicklung freigibt.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">2. Mehr als nur Messen: Die PPS-Funktion als tragbarer Ersatz f\u00fcr Labornetzteile<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die zweite herausragende Eigenschaft des PowerPico ist seine F\u00e4higkeit, als&nbsp;<strong>programmierbare Spannungsquelle<\/strong>&nbsp;zu fungieren. Dies wird durch den integrierten Chip&nbsp;<strong>FUSB302<\/strong>&nbsp;erm\u00f6glicht, der den USB-PD-Protokoll-Stapel (Power Delivery) implementiert. Mit diesem Chip kann das PowerPico ein angeschlossenes USB-Netzteil aushandeln und in den&nbsp;<strong>PPS-Modus (Programmable Power Supply)<\/strong>&nbsp;versetzen.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">PPS ist eine Erweiterung des USB-PD-Standards, die es erlaubt, die Ausgangsspannung in feinen Schritten (typischerweise 20 mV) und mit hoher Geschwindigkeit dynamisch zu verstellen. Das PowerPico nutzt dies, um dem Anwender eine einfache, aber effektive &#8222;Labornetzteil-Funktion&#8220; zu bieten. \u00dcber die Tasten und das Display kann die gew\u00fcnschte Spannung eingestellt werden, und das angeschlossene Netzteil liefert diese dann aus.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Ein wichtiger Sicherheitshinweis des Autors ist hier unbedingt zu beachten:<\/strong>&nbsp;Der Ausgang des Netzteils ist galvanisch nicht vom Eingang getrennt. Daher darf w\u00e4hrend der Nutzung dieser Funktion&nbsp;<strong>niemals<\/strong>&nbsp;ein teures Ger\u00e4t wie ein Smartphone oder Laptop angeschlossen werden. Es besteht die Gefahr von Besch\u00e4digungen durch \u00dcberspannung oder versehentliche Kurzschl\u00fcsse. Diese Funktion ist ausschlie\u00dflich f\u00fcr die Stromversorgung von Entwicklungsboards oder anderen, nicht kritischen Schaltungen gedacht.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">3. Die Architektur: Ein durchdachtes System aus Hardware, Firmware und Software<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Das PowerPico ist ein Paradebeispiel f\u00fcr modernes Systemdesign, bei dem Hardware, Firmware und eine PC-Software nahtlos zusammenspielen.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">3.1 Die Hardware-Plattform<\/h3>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Das Herzst\u00fcck bildet ein&nbsp;<strong>STM32F411CEU6<\/strong>&nbsp;Mikrocontroller, der gen\u00fcgend Rechenleistung und Peripherie f\u00fcr die anspruchsvolle Aufgabe bietet. Die Kommunikation mit der PC-Software erfolgt \u00fcber einen&nbsp;<strong>USB-CDC<\/strong>&nbsp;(Communications Device Class) Anschluss, der sich wie ein virtueller COM-Port verh\u00e4lt. Das Display ist ein 1,54 Zoll gro\u00dfer&nbsp;<strong>ST7789<\/strong>-basierter TFT-Bildschirm, der \u00fcber eine SPI-Schnittstelle angebunden wird und mit der&nbsp;<strong>LVGL<\/strong>-Bibliothek eine moderne, grafische Benutzeroberfl\u00e4che bietet.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Ein besonders durchdachtes Feature ist die&nbsp;<strong>duale Stromversorgung<\/strong>. Das PowerPico kann sowohl \u00fcber den USB-Datenport als auch \u00fcber den separaten Eingangsport mit Spannung versorgt werden. Eine Dioden-Verkn\u00fcpfung verhindert dabei eine gegenseitige Beeinflussung. Der Autor weist jedoch explizit darauf hin, dass bei einer Versorgung \u00fcber den Eingangsport der gemessene Ausgangsstrom nicht dem Eingangsstrom entspricht, da ein Teil der Energie vom PowerPico selbst verbraucht wird \u2013 ein wichtiger Punkt, der bei der Messung beachtet werden muss.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">3.2 Die Firmware: Bootloader und App<\/h3>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Firmware ist in zwei Teile aufgeteilt: Einen&nbsp;<strong>Bootloader<\/strong>&nbsp;und die eigentliche&nbsp;<strong>App<\/strong>. Diese Architektur erm\u00f6glicht bequeme Firmware-Updates \u00fcber den USB-Port, ohne dass ein spezieller Programmierer (wie ein ST-Link) ben\u00f6tigt wird. Der Bootloader belegt die ersten 48 kB des Flash-Speichers und pr\u00fcft beim Start die Integrit\u00e4t der App. Die App selbst ist in einer \u00fcbersichtlichen Struktur aus Hardware-Treibern (BSP), Echtzeit-Tasks (FreeRTOS) und der grafischen Benutzeroberfl\u00e4che (GUI) organisiert.<\/p>\n\n\n\n<h3 class=\"wp-block-heading\">3.3 Die PC-Software: PowerPico Client<\/h3>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die eigens entwickelte&nbsp;<strong>PowerPico Client<\/strong>-Software, geschrieben in Python mit dem Framework PySide6, rundet das Paket ab. Sie bietet:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>Echtzeit-Datenvisualisierung:<\/strong>\u00a0Die vom PowerPico gesendeten Messdaten (Abtastrate 10 kHz) k\u00f6nnen grafisch dargestellt werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Datenaufzeichnung und -export:<\/strong>\u00a0Messungen k\u00f6nnen protokolliert und f\u00fcr die weitere Analyse exportiert werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Ger\u00e4te-Firmware-Update:<\/strong>\u00a0Ein-Klick-Updates direkt aus der Software heraus.<\/li>\n<\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Software ist in mehreren Sprachen verf\u00fcgbar (Deutsch, Englisch, Japanisch, Chinesisch) und unterstreicht den internationalen Anspruch des Projekts.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">4. Ein Blick in die Praxis: Messgenauigkeit im Test<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der Autor des Projekts hat die Genauigkeit des PowerPico mit einem hochwertigen&nbsp;<strong>SDM3055 6\u00bd-stelligen Labormultimeter<\/strong>&nbsp;verglichen. Die Ergebnisse sind beachtlich und belegen die Qualit\u00e4t des Designs. Die folgende Tabelle fasst die wichtigsten Werte zusammen:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-table\"><table class=\"has-fixed-layout\"><thead><tr><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Messwert SDM3055<\/th><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Messwert PowerPico<\/th><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Absolute Abweichung<\/th><th class=\"has-text-align-left\" data-align=\"left\">Relative Abweichung<\/th><\/tr><\/thead><tbody><tr><td>52.03 \u00b5A<\/td><td>52.05 \u00b5A<\/td><td>0.02 \u00b5A<\/td><td>0.4 %<\/td><\/tr><tr><td>518.84 \u00b5A<\/td><td>518.4 \u00b5A<\/td><td>0.44 \u00b5A<\/td><td>1.0 %<\/td><\/tr><tr><td>5.22 mA<\/td><td>5.29 mA<\/td><td>0.07 mA<\/td><td>1.3 %<\/td><\/tr><tr><td>469.3 mA<\/td><td>482.7 mA<\/td><td>13.4 mA<\/td><td>2.9 %<\/td><\/tr><tr><td>1.78 A<\/td><td>1.81 A<\/td><td>0.03 A<\/td><td>1.7 %<\/td><\/tr><tr><td>5.19 V<\/td><td>5.24 V<\/td><td>0.05 V<\/td><td>1.0 %<\/td><\/tr><tr><td>15.20 V<\/td><td>15.56 V<\/td><td>0.36 V<\/td><td>2.4 %<\/td><\/tr><tr><td>19.98 V<\/td><td>20.17 V<\/td><td>0.19 V<\/td><td>1.0 %<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Im unteren \u00b5A-Bereich, der f\u00fcr viele Low-Power-Anwendungen entscheidend ist, zeigt das PowerPico eine hervorragende Genauigkeit von unter 1 %. Auch im mA-Bereich sind die Werte f\u00fcr den praktischen Einsatz mehr als ausreichend. Die h\u00f6heren Abweichungen im Ampere- und Hochvoltbereich sind f\u00fcr den Einsatzzweck akzeptabel, zeigen aber auch die Grenzen des Konzepts auf.<\/p>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">5. Herausforderungen und Fallstricke: Die Krux mit der Pr\u00e4zision<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Der Autor weist in seiner Dokumentation offen auf mehrere Herausforderungen hin, die bei der Entwicklung und Nutzung eines solchen Pr\u00e4zisionsger\u00e4ts auftreten. Diese Ehrlichkeit ist ein Zeichen f\u00fcr ein ausgereiftes Projekt.<\/p>\n\n\n\n<ol start=\"1\" class=\"wp-block-list\">\n<li><strong>Leckstr\u00f6me durch Kabel:<\/strong>\u00a0Ein oft untersch\u00e4tztes Problem sind Leckstr\u00f6me \u00fcber die Kabel. Ein handels\u00fcbliches &#8222;USB-C auf Krokodilklemmen&#8220;-Kabel hat beispielsweise einen messbaren Widerstand zwischen der VCC- und der GND-Leitung, der zu einem konstanten, kleinen Fehlerstrom f\u00fchrt. Dieser muss entweder messtechnisch subtrahiert oder in der Software kalibriert werden.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>PCB-Verschmutzung:<\/strong>\u00a0Bei Str\u00f6men im \u00b5A-Bereich k\u00f6nnen bereits kleinste Verunreinigungen auf der Leiterplatte, wie Flussmittelreste oder Staub, zu erheblichen Fehlern f\u00fchren. Eine gr\u00fcndliche Reinigung der best\u00fcckten Platine mit Ultraschall und speziellen Reinigungsmitteln ist daher\u00a0<strong>zwingend erforderlich<\/strong>.<\/li>\n\n\n\n<li><strong>Mechanische Toleranzen:<\/strong>\u00a0Die Passung zwischen PCB und dem 3D-gedruckten Geh\u00e4use ist kritisch. Der Autor betont, dass nur eine Platinendicke von genau\u00a0<strong>1,6 mm<\/strong>\u00a0verwendet werden darf, da sonst die Montage nicht m\u00f6glich ist.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n<hr class=\"wp-block-separator has-alpha-channel-opacity\" \/>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\">6. Fazit und Ausblick: Ein Werkzeug f\u00fcr die Community<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Das PowerPico ist weit mehr als nur ein weiteres DIY-Projekt. Es ist ein durchdachtes, produktreifes Open-Source-Werkzeug, das einen echten Mehrwert f\u00fcr die Entwickler-Community bietet. Die Kombination aus hochpr\u00e4ziser \u00b5A-Strommessung, der praktischen PPS-Funktion und einer professionellen PC-Software macht es zu einem einzigartigen Hilfsmittel im Werkzeugkoffer eines jeden Embedded-Entwicklers.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die vollst\u00e4ndige Offenlegung der Hardware (Designfiles, Schaltplan) und der Software (Firmware, Client) unter der&nbsp;<strong>CC BY-NC-SA 4.0<\/strong>-Lizenz erm\u00f6glicht es anderen Entwicklern, von der Arbeit zu profitieren, eigene Erweiterungen zu bauen oder das System an ihre spezifischen Bed\u00fcrfnisse anzupassen. Dies ist die Essenz von Open-Source-Hardware: Gemeinschaftliches Lernen und Fortschritt.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Die Zukunft des Projekts k\u00f6nnte durch die Integration von Funktionen wie einer automatischen Drift-Kompensation oder der Unterst\u00fctzung weiterer Protokolle wie QC (Quick Charge) noch vielseitiger werden. Es bleibt spannend zu sehen, wie sich das Projekt in der Community weiterentwickelt.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\"><strong>Quellen:<\/strong><\/p>\n\n\n\n<ol start=\"1\" class=\"wp-block-list\">\n<li>Projektseite von &#8222;no_chicken&#8220; auf der Plattform OSHWHub:\u00a0<a href=\"https:\/\/oshwhub.com\/no_chicken\/powerpico\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/oshwhub.com\/no_chicken\/powerpico<\/a><\/li>\n\n\n\n<li>Pers\u00f6nliche Website des Autors &#8222;no_chicken&#8220;:\u00a0<a href=\"https:\/\/no-chicken.com\/\" target=\"_blank\" rel=\"noopener\">https:\/\/no-chicken.com<\/a>\u00a0(f\u00fcr weitere Details, Client-Download und Hintergrundinformationen)<\/li>\n\n\n\n<li>Datenblatt des Operationsverst\u00e4rkers INA190 von Texas Instruments.<\/li>\n\n\n\n<li>Datenblatt des USB-PD-Controllers FUSB302 von ON Semiconductor.<\/li>\n\n\n\n<li>Spezifikation des USB Power Delivery (PD) Standards, inklusive PPS (Programmable Power Supply).<\/li>\n<\/ol>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Autor: DerSchneider Einleitung: Ein untersch\u00e4tzter Mess-Schmerzpunkt In der Welt der eingebetteten Systeme und der Entwicklung von IoT-Ger\u00e4ten mit extrem niedrigem Stromverbrauch gibt es ein altes, aber hartn\u00e4ckiges Problem: Wie misst man pr\u00e4zise Str\u00f6me im Mikroampere-Bereich (\u00b5A)? 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