隨著嵌入式系統(tǒng)（尤其是IoT設(shè)備）的迅猛發(fā)展，業(yè)界越來(lái)越要求對(duì)為它們供電的可充電電池系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。特別是，有許多應(yīng)用都可以從既高性價(jià)比又準(zhǔn)確的電池電量指示當(dāng)中受益。盡管大多數(shù)汽車、醫(yī)療和軍事應(yīng)用都需要提供完整的電池管理系統(tǒng)（BMS），但許多其他產(chǎn)品也可以通過(guò)更簡(jiǎn)單的電池電量指示來(lái)實(shí)現(xiàn)很好的服務(wù)，也即只需要利用它來(lái)告訴用戶，可以為設(shè)備供電的電量是多少。

本設(shè)計(jì)實(shí)例是一個(gè)單點(diǎn)LED變色指示燈，相比于通常的四LED條形圖電池電量指示，它提供了一種簡(jiǎn)單、緊湊、低成本和低功耗的替代方案。 它包括一個(gè)表貼（SMD）式的RGB LED，并通過(guò)一個(gè)超小尺寸的MCU驅(qū)動(dòng)——在本例中為6引腳封裝的Microchip PIC10F220或PIC10F222。最終的解決方案可以在面積僅為3.1×3.2mm2的PCB上實(shí)現(xiàn)，也可以輕松集成到現(xiàn)有設(shè)計(jì)中（圖1）。

圖1：1點(diǎn)式條形圖顯示器為通常的條形圖電池電量提供了緊湊的低功耗替代方案。

原型板的尺寸很小，因此可很容易地添加到目前沒(méi)有電池電量指示的現(xiàn)有產(chǎn)品中。在本例中，它安裝在鋰離子電池移動(dòng)電源的外殼內(nèi)，在此，PIC使用其內(nèi)部0.6V帶隙基準(zhǔn)來(lái)測(cè)量電池電壓（在其自身的Vdd引腳上檢測(cè)）。ADC進(jìn)行的測(cè)量將0.6V基準(zhǔn)表示為在Vdd輸入上所檢測(cè)的電壓的百分比。隨著Vdd的增加，得到的數(shù)字將會(huì)減少，反之亦然，這樣就可以得到被測(cè)電壓與A/D輸出值之間的“1/x”關(guān)系。Microchip應(yīng)用筆記AN1072中提供了通過(guò)A/D輸出推導(dǎo)出被測(cè)電壓實(shí)際值的計(jì)算。

與任何電量指示器一樣，在選擇MCU顯示顏色（紅、黃、綠或藍(lán)色，與電池荷電狀態(tài)對(duì)應(yīng)）所對(duì)應(yīng)的閾值電壓時(shí)，本設(shè)計(jì)必須考慮鋰離子電池所呈現(xiàn)的非線性電壓與荷電狀態(tài)關(guān)系曲線。為了避免在每次測(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)時(shí)所遇到的麻煩，我們創(chuàng)建了一張查找表，可以將它存儲(chǔ)在PIC的程序存儲(chǔ)器中。這張表（可點(diǎn)此獲取）是使用Microsoft Excel創(chuàng)建的，僅涵蓋了預(yù)期的電池組電壓范圍，在本例中為2.9至4.3V。用PIC的8位ADC測(cè)量時(shí)，這些電壓會(huì)產(chǎn)生52到35之間的輸出值。

圖2：使用查找表可以簡(jiǎn)化荷電狀態(tài)的計(jì)算。

為了使功耗最小，本設(shè)計(jì)使用了高亮度RGB LED，并將MCU配置為保持睡眠模式，直到它從其看門(mén)狗定時(shí)器接收到周期性中斷（大約每秒一次）為止。從睡眠模式喚醒后，MCU會(huì)測(cè)量其Vdd引腳上的電壓，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)與最新測(cè)量值相對(duì)應(yīng)的相關(guān)顏色的LED引腳，使相應(yīng)的LED短暫閃爍（每0.25s發(fā)送1ms脈沖）。

作者簡(jiǎn)介：

Benabadji Mohammed Salim在阿爾及利亞奧蘭科技大學(xué)攻讀計(jì)算機(jī)科學(xué)碩士學(xué)位。

責(zé)任編輯：gt