玩转X-CTR100 l STM32F4 l VIN输入电压采集（锂电池电量计）

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本文介绍X-CTR100控制器 采集VIN输入电压功能，通过锂电池电压与电量关系，实现简单电量计功能。

原理

电池系统可通过电池电压检测实现简单的电源电量管理。

以电压为基础的方法属于最早应用的方法之一，它仅需测量电池两级间的电压。该方法基于电池电压和剩余电量之间存在的某种已知关系。它看似直接，但却存在难点：在测量期间，只有在不施加任何负载的情况下，才存在这种电池电压与电量之间的简单关联。当施加负载时(这种情况发生在用户对电量感兴趣的多数情况下)，电池电压就会因为电池内部阻抗所引起的压降而产生失真。此外，即使去掉了负载，发生在电池内部的张持过程(relaxation processe)也会在数小时内造成电压的连续变化，实际的充电过程中，温度、放电速率以及电池老化等众多因素都会影响充电状态。

    

容量百分比%	电池电压 V
100	4.2
90	4.08
80	4
70	3.93
60	3.87
50	3.82
40	3.79
30	3.77
20	3.73
15	3.7
10	3.68
5	3.5
0	2.5

使用后的电池的情况，许多人都会偶尔关心一下电池会不会老化, 老化后性能如何.这里贴上一个图, 就一目了然了.

    

一般手机设计待机电量时, 比如有4格5档(4-3-2-1-0)的电量指示.

设计者不会把我上面提到的新电池的电压对容量关系进行均分,取75%-50%-25%-0%这样进行电压划分.

因为要考虑到电池使用一段时间(比如1年)后, 其放电平台会降低,上述的比例肯定会失调.

所以厂家会考虑一点点这方面的余量.以新电池的60%-40%-20%-5%这样的比例进行设计.即

4.20V~3.90V满格

3.90V~3.80V三格

3.80V~3.72V两格

3.72V~3.65V一格

3.65以下，低电压告警。

虽然在使用新电池时, 第一格会待机比较长的时间, 最后一格待机比较短. 但是当这个电池使用个一年半载后, 其容量分布就比较接近均分的情况.

例程

本例程实现X-CTR100 VIN电压采集，并根据电压与电量关系实现简单电量计功能。

硬件说明

硬件资源：

• 串口UART1
• 3S锂电池或直流稳压电源（自备）

硬件连接：

使用MicroUSB数据线连接X-CTR100 COM接口。

VIN连接3S锂电池或直流稳压电源（12V），VIN电压采集部分原理图如下图所示。

由于VIN电压输入范围8~28V，故使用电阻分压，分压比例1/16。

软件生态

X-SOFT软件生态，X-API文件如下。

ax_vin.c——X-CTR100 VIN电压采集源文件

ax_vin.h——X-CTR100 VIN电压采集头文件

VIN操作函数如下：

void AX_VIN_Init(void); //VIN输入电压检测，ADC2初始化

uint16_t AX_VIN_GetVol_X100(void); //VIN获取输入电压值，数值扩大100倍。例如7.2V输出为720。

通过ADC2通道9采集VIN输入电压，不影响ADC功能。

软件说明

本程序包括两个主要函数，AX_VINVOL_Init()初始化函数和AX_VINVOL_GetVol_X100()电压采集函数，并根据电压与电量关系设置四个电量等级。

int main(void)

{

    uint16_t vol;

 

    //X-CTR100初始化

    AX_Init(115200);

    printf("***X-CTR100 VIN电压采集例程***\r\n\r\n");

 

    //模块初始化及配置

    AX_VIN_Init();

 

    //X-API测试：循环采集VIN电压值

    printf("*循环采集VIN输入口电压值\r\n");

 

    while (1)

    {

        vol = AX_VIN_GetVol_X100();

 

        if (vol>1170)

        {

            printf("*VIN电压：%d(0.01V) 电量：四格\r\n", vol);

        }

        else if (vol > 1140)

        {

            printf("*VIN电压：%d(0.01V) 电量：三格\r\n", vol);

        }

        else if (vol > 1110)

        {

            printf("*VIN电压：%d(0.01V) 电量：二格\r\n", vol);

        }

        else if (vol > 1080)

        {

            printf("*VIN电压：%d(0.01V) 电量：一格\r\n", vol);

        }

        else

        {

            printf("*VIN电压：%d(0.01V) 电量：电量低告警，请尽快充电\r\n", vol);

        }

 

        AX_Delayms(1000);

    }

}

实现效果

连接直流电源测试，如下，根据电压显示相应电量，运行效果如下图所示。

    

总结

通过本文学习，可以掌握X-CTR100控制器 简单锂电池电量计功能。在实际应用过程中，过大负载也会拉低电压，短时间电压降低不能代表实际电量，需要对电压做一定滤波和特殊处理。