物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的電池電壓自動(dòng)采集的研發(fā)測(cè)試方案

一、物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中存在問題

在當(dāng)今的科技時(shí)代，物聯(lián)網(wǎng)電子產(chǎn)品的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，無論是智能家居中的各類傳感器，還是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備，亦或是智能穿戴設(shè)備等，在眾多的場(chǎng)景中，二次電池都成為了為這些設(shè)備提供穩(wěn)定電源的重要選擇。然而，在物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的研發(fā)階段，如何準(zhǔn)確測(cè)試電池電量一直是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問題。本方案正是為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)而精心設(shè)計(jì)的，旨在提供一種高效、精準(zhǔn)且可靠的電池電量測(cè)試方法，以助力研發(fā)人員更好地優(yōu)化產(chǎn)品性能，確保物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定運(yùn)行。

二、該問題帶來的危害及影響

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備很多情況下采用可充電電池進(jìn)行供電，如果不在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)好符合實(shí)際使用場(chǎng)景的電池電壓測(cè)試方案，就會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品在交付使用過程中，無法準(zhǔn)確確認(rèn)電池狀態(tài)，從而導(dǎo)致設(shè)備在使用過程中由于電池電量不足，未及時(shí)充電而影響用戶使用。

三、解決方法

方法一

1、原理介紹

通過垃圾桶控制板上的AM21EV5 NB模組中的ADC采集引腳，偵測(cè)聚合物鋰電池的電池電壓來判斷電池電量，最終將鋰電池的電壓以圖像形式顯示在串口屏上。

偵測(cè)電池電壓的電路如下圖所示：

2、方案詳情

2.1.按照測(cè)試方案原理，設(shè)計(jì)原理圖

2.2原理圖設(shè)計(jì)

AM21EV5有兩個(gè)ADC數(shù)據(jù)采樣接口，選擇外接一個(gè)引腳，并聯(lián)電壓采樣電阻，另外一個(gè)引腳接地，這種方式稱作單端采集方式，最后，采樣電阻再外接一個(gè)濾波電容.

2.3器件選型

根據(jù)AM21EV5硬件設(shè)計(jì)手冊(cè)得知，ADC采集電壓上限為1.3V, 鋰電池滿負(fù)荷電壓為4.2V,設(shè)定采樣電阻的阻值為150KM 根據(jù)歐姆定律得知，另外一個(gè)分壓電阻的阻值：R2=(VBAT-1.3V)*R1/1.3V=334K 防止采樣電壓高于ADC電壓上限，選擇360KΩ。當(dāng)電池電壓為4.2V滿負(fù)荷時(shí)，采樣電壓最大值為1.24V ,小于1.3V.

ADC輸入阻抗較大，流入ADC的電流忽略不計(jì)，并且綜合考慮整個(gè)產(chǎn)品的休眠功耗，選擇采樣電阻的阻值為150KΩ

根據(jù)采樣精度要求，應(yīng)選擇精度為1%的電阻。

2.4PCB設(shè)計(jì)

為了避免受到干擾，ADC引腳的走線要盡量短，遠(yuǎn)離干擾源，走線包地處理。ADC引腳處的走線高亮顯示如下：

這里的走線不長，經(jīng)測(cè)試紋波電壓小于50mV，滿足要求。如下圖所示：

2.5測(cè)試

在電壓降到3.2V時(shí)，經(jīng)實(shí)際測(cè)試，系統(tǒng)無法開機(jī)，所以設(shè)定3.2V為關(guān)機(jī)電壓。參考鋰電池的放電曲線圖，以1A電流放電時(shí)，一開始放電曲線很平緩。放電到3.5V再往后一些，藍(lán)色的放電曲線呈陡崖式下降，這就是為什么電壓變得不穩(wěn)定了。見下圖藍(lán)色曲線的最右側(cè)那一段：

2.6電量顯示

根據(jù)電池放電曲線及實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)，在串口屏幕上，顯示電量指示的圖片，不同圖片顯示不同電量值。對(duì)應(yīng)如下所示：

3.2V~3.5V

2.7實(shí)際測(cè)試現(xiàn)象

上圖顯示，萬用表實(shí)際測(cè)量電壓為3.71V, 串口屏電池電量顯示3格電的圖片，在實(shí)際設(shè)計(jì)電池電壓范圍內(nèi)（3.6V~3.8V）

2.8.結(jié)論

當(dāng)實(shí)際電池電壓顯示為3.5V以下，串口屏顯示1格電時(shí)，需要進(jìn)行充電動(dòng)作，否則設(shè)備很快就會(huì)關(guān)機(jī)。

3、需要的測(cè)試設(shè)備或測(cè)試環(huán)境

待測(cè)控制器電路板

聚合物鋰電池

串口屏

萬用表

示波器

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審核編輯 黃宇