使用1點(diǎn)條形圖顯示簡(jiǎn)化電池電量計(jì)

隨著嵌入式系統(tǒng)，尤其是物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的快速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越需要改進(jìn)為其供電的可充電電池系統(tǒng)。特別是，許多應(yīng)用可以受益于具有成本效益但準(zhǔn)確的電池電量計(jì)。雖然大多數(shù)汽車、醫(yī)療和軍事應(yīng)用都需要完整的電池管理系統(tǒng) （BMS） 的功能，但許多其他產(chǎn)品可以通過(guò)更簡(jiǎn)單的電池電量計(jì)得到很好的服務(wù)，它可以簡(jiǎn)單地告訴用戶有多少電量可以為設(shè)備供電。

此設(shè)計(jì)理念是一個(gè)單點(diǎn)條形圖顯示器，它提供了一種簡(jiǎn)單、緊湊、低成本和低功耗的替代方案，可替代通常的四 LED 條形圖電池電量計(jì) ［1］。它由一個(gè)表面貼裝 （SMD） 式 RGB LED 組成，由超小型微控制器驅(qū)動(dòng)，在本例中為采用 6 引腳封裝的 Microchip PIC10F220 或 PIC10F222。由此產(chǎn)生的解決方案可以在小至 3.1 × 3.2 mm 2的 PCB 上實(shí)施，或輕松集成到現(xiàn)有設(shè)計(jì)中（圖 1）。

電池電量計(jì)的 1 點(diǎn)條形圖顯示圖 1單點(diǎn)條形圖顯示為通常的條形圖電池量表提供了一種緊湊且低功耗的替代方案。

原型板的小尺寸使其很容易添加到目前缺少電池電量計(jì)的現(xiàn)有產(chǎn)品中。在此示例中，它安裝在鋰離子電池移動(dòng)電源的外殼內(nèi)，其中 PIC 使用其內(nèi)部 0.6V 帶隙基準(zhǔn)測(cè)量電池電壓（在其自己的 Vdd 引腳上檢測(cè)）。使用 ADC 進(jìn)行的測(cè)量表示 0.6V 參考電壓占 Vdd 輸入電壓檢測(cè)的百分比。隨著 Vdd 的增加，所得數(shù)字將減少，反之亦然，從而導(dǎo)致感測(cè)電壓與 A/D 輸出值之間存在“1/x”關(guān)系。Microchip 應(yīng)用筆記 AN1072 ［2］ 中提供了從 A/D 輸出導(dǎo)出檢測(cè)電壓實(shí)際值的計(jì)算方法。

用您獨(dú)特的設(shè)計(jì)讓工程界驚嘆不已： 設(shè)計(jì)創(chuàng)意提交指南

與任何充電狀態(tài)計(jì)一樣，在選擇微控制器將顯示對(duì)應(yīng)顏色的閾值電壓時(shí)，該設(shè)計(jì)必須考慮鋰離子電池 ［3］ 呈現(xiàn)的非線性電壓與充電狀態(tài)曲線到電池的充電狀態(tài)（紅色、黃色、綠色或藍(lán)色）。為了避免每次測(cè)量 Vdd 時(shí)使用 PIC 有限的數(shù)學(xué)功能來(lái)計(jì)算充電狀態(tài)所帶來(lái)的困難，我們創(chuàng)建了一個(gè)可以存儲(chǔ)在 PIC 程序存儲(chǔ)器中的查找表。該表（可在此處獲取）是使用 Microsoft Excel 創(chuàng)建的，僅涵蓋電池組的預(yù)期電壓范圍，在本例中為 2.9 至 4.3V。當(dāng)由 PIC 的 8 位 ADC 測(cè)量時(shí)，這些電壓將產(chǎn)生 52 到 35 之間的輸出值。

查找表可以簡(jiǎn)化充電狀態(tài)計(jì)算圖 2使用查找表可以簡(jiǎn)化充電狀態(tài)計(jì)算。

為了限度地降低功耗，該設(shè)計(jì)使用高亮度 RGB LED ［4］ 并將微控制器配置為保持睡眠模式，直到它從其看門狗定時(shí)器接收到周期性中斷（大約每秒）。從睡眠模式喚醒后，控制器會(huì)測(cè)量其 Vdd 引腳上的電壓，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)與近測(cè)量值對(duì)應(yīng)的顏色相關(guān)聯(lián)的 LED 引腳，使相應(yīng)的 LED 短暫閃爍（每 0.25 秒脈沖 1 毫秒）。

閱讀更多設(shè)計(jì)理念微控制器的兩個(gè)版本的匯編程序源代碼清單可供，使設(shè)計(jì)能夠驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)極或共陰極 RGB LED。代碼清單有完整的注釋，優(yōu)化了大小，并使用宏來(lái)簡(jiǎn)化閱讀。此外，它們結(jié)構(gòu)緊湊，僅需要 85 個(gè)程序字和 3 個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，因此很容易在幾乎任何其他引腳受限的 PICmicro 上實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序。請(qǐng)注意，通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該可以修改此處提供的程序以在閾值之間進(jìn)行插值并根據(jù)電池的充電狀態(tài)按比例點(diǎn)亮兩個(gè) LED。