基于AVR的筆記本電池檢測(cè)儀
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普通電池僅有作為電源向負(fù)載供電的功能．而智能電池是由電池組、電池管理芯片、充放電電路、保護(hù)電路等共同組成的。智能電池不僅可以提供電源，而且由于電池管理芯片中內(nèi)置了微處理器和通信接口，它還可以向外部提供電池當(dāng)前電壓、當(dāng)前電量、溫度、門檻電壓、充放電次數(shù)、生產(chǎn)廠商、生產(chǎn)日期等動(dòng)態(tài)信息和設(shè)計(jì)信息。筆記本電池就是一種智能電池．它采用SMBUS向操作系統(tǒng)提供當(dāng)前電池電量的余量、還能使用多長(zhǎng)時(shí)間等數(shù)據(jù)。
筆記本電池在生產(chǎn)完成后。要老化電池。也就是測(cè)試電池是否能夠正常工作。檢測(cè)的步驟通常分步進(jìn)行．首先讀取電池的各種設(shè)計(jì)信息檢查是否正確．其次對(duì)電池充放電檢查是否可充放．最后校正電池電壓、電流和溫度。本文提出一種自動(dòng)流程的筆記本電池檢測(cè)儀．它自動(dòng)比較電池信息．當(dāng)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤信息后，寫入正確信息，避免了手工輸入，可有效提高工作效率2倍以上。
1 硬件電路的實(shí)現(xiàn)
筆記本測(cè)試儀是基于AVR單片機(jī)ATMEGA88實(shí)現(xiàn)的。ATMEGA88是ATMEL公司研制的高性能、低功耗8位微處理器，它采用RISC結(jié)構(gòu)，最高速度達(dá)16M，28個(gè)可配置的引腳，lK內(nèi)部SRAM．8K程序存儲(chǔ)器．還具有512字節(jié)的EEPROM。ATMEG88還具有豐富的外設(shè)。如三個(gè)定時(shí)器、六通道PWM、10位ADC、USART接口、SPI總線、TWI總線等，這些特性十分適合智能電池的需要可以使控制器外圍電路減至最少。因此本文選用了ATMEGA88。本文實(shí)現(xiàn)的筆記本電池檢測(cè)儀可檢測(cè)以TI公司BQ2060、BQ20270、Bq20280、BQ20290四個(gè)系列的電量計(jì)量芯片組成的智能電池。
1．1 SMBUS總線
SMBUS總線最早由Intel公司提出的。目前在個(gè)人電腦、工業(yè)測(cè)控、智能儀器儀表得到了廣泛的應(yīng)用。TI公司的BQ系列電鼉計(jì)量芯片都提供了SMBUS通訊接口供用戶使用。SMBUS協(xié)議與12C總線類似，它是由兩根信號(hào)線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)的，一個(gè)是時(shí)鐘傳輸線SCL。一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸線SDA，SMBUS最高傳輸速度為100Kbps,當(dāng)總線上接入速度不同的器件時(shí)?？梢圆捎醚娱L(zhǎng)SCL低電平的時(shí)間來(lái)同步數(shù)據(jù)通信。SMBUS既可以由硬件接口實(shí)現(xiàn)．也可以由軟件模擬實(shí)現(xiàn)．但在電路上這兩根信號(hào)必須是漏極開路或集電極開路的，兩根信號(hào)通過一個(gè)1OK的上拉電阻接到+5V電源上．這樣在無(wú)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)．兩根信號(hào)線總是在高電平以使智能器件能檢測(cè)到總線空閑。SMBUS總線上的設(shè)備有主設(shè)備和從設(shè)備兩類，兩類設(shè)備傳輸模式有收發(fā)兩種，這樣共有四種傳輸模式．無(wú)論哪一種通訊時(shí)都是由主設(shè)備發(fā)起和結(jié)束的。智能電池是SMBUS總線的上的從設(shè)備．它的寫地址是0x16．讀地址是Oxl7，SMBUS的一次寫命令傳輸過程如圖1所示。
圖1 SMBUS時(shí)序圖
在SCL為高電平時(shí)。主設(shè)備在SCL為高時(shí)把SDA從高拉低產(chǎn)生一個(gè)起始位。傳輸數(shù)據(jù)開始．緊跟其后的是地址尋址的8bit數(shù)據(jù)，最后一位0代表寫操作。1代表的是進(jìn)行讀操作。隨后傳輸是8bit數(shù)據(jù)是智能電池內(nèi)部的命令字．根據(jù)電池芯片版本的不同有所不同。接下來(lái)的兩個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)分別的命令內(nèi)容的低字節(jié)和高字節(jié)，最后由主設(shè)備在SCL為高時(shí)把SDA從低拉高結(jié)束操作。在SMBUS讀數(shù)據(jù)的時(shí)候要先時(shí)電池進(jìn)行寫入操作，再對(duì)電池進(jìn)行讀尋址，這一點(diǎn)和I2C還有所不同。ATMEG88的TWI總線是完全兼容SMBUS的，并且它的引腳可配置內(nèi)部上拉電阻，可以省去外部的兩個(gè)電阻。
1．2充放電電路
由ATMEGA88控制的可調(diào)電流的充放電電路能對(duì)電池進(jìn)行充放電測(cè)試，TI公司的BQ計(jì)量芯片對(duì)電池計(jì)量具有自學(xué)習(xí)功能，計(jì)量建立在一個(gè)充放電的完全循環(huán)上的，因此電路必須要實(shí)現(xiàn)完全充電和完全放電。
圖2充電電路圖
充電電路如圖2所示．LM317組成了一個(gè)恒壓源．LM317的輸入是1．25V．Si4953是一個(gè)N溝道的MOS管．它的柵極接在三極管8050的集電極上。源極和漏極與充電電路串聯(lián)。三極管8050的作用是來(lái)關(guān)斷和打開Si4953。它的基極接在ATMEG88的一個(gè)端口上。ATMEGA88置高電平，8050發(fā)射極正偏，集電極反偏，8050飽和導(dǎo)通，Si4593柵極為低電平，MOS截止相當(dāng)于電路開路，電源不能給電池的正極充電。當(dāng)要對(duì)電池進(jìn)行充電時(shí)．ATMEG88將此引腳置低電平，8050截止，Si4953導(dǎo)通電源通過LM317給電池的正極充如1．25A的電流。改變ATMEGA88的這個(gè)引腳的占空比可以很改變充電電流的大小。在充電過程中．ATMEGA88每秒鐘讀一次電池的門檻電壓．如果門檻電壓到了電池的最大充電電壓并能維持2分鐘．說(shuō)明電池已經(jīng)充滿。電池充滿后．不能再繼續(xù)充電，否則會(huì)造成電芯過充損壞．電量計(jì)量芯片會(huì)在電池充滿后打開內(nèi)部的FET保護(hù)電路．?dāng)嚅_充電通路保護(hù)電芯。ATMEG88在電池充滿后．讀取電池的保護(hù)位．如果已經(jīng)打開說(shuō)明電池工作正常。
評(píng)論