基于AVR的筆記本電池檢測(cè)儀
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電池放電是充電的反過(guò)程，與充電過(guò)程很類似，在放電過(guò)程中．電池的電壓不斷降低．與充電不同的是電量計(jì)量芯片會(huì)設(shè)置三級(jí)到四級(jí)保護(hù)電壓．一般來(lái)說(shuō)是筆記本電池是不允許電壓跌落到最后一級(jí)電壓以下，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候電芯由于過(guò)放可能已經(jīng)物理?yè)p壞，電壓每跌落一個(gè)等級(jí)，電量計(jì)量芯片就會(huì)打開這一級(jí)的保護(hù)電路，減小放電的電流，到最后一級(jí)時(shí)，放電電路完全斷開，報(bào)告電池的電量已經(jīng)耗盡。ATMEG88要檢測(cè)每一級(jí)保護(hù)都正常．才能確定電池工作良好。
1．3熱敏電阻檢測(cè)電路
電池在工作時(shí)．部分電能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，溫度的升高會(huì)引起電芯的化學(xué)性能發(fā)生急劇的變化．甚至有爆炸的危險(xiǎn)．因此對(duì)電池溫度的檢測(cè)是必須的。筆記本電池一般使用一個(gè)IOK的負(fù)系數(shù)熱敏電阻來(lái)檢測(cè)溫度的變化，熱敏電阻工作正常才能保證電池的安全。在電池檢測(cè)過(guò)程，熱敏電阻的檢測(cè)也是其中重要的一環(huán)。檢測(cè)電路如圖所示，兩個(gè)LM358組成了一個(gè)窗口比較器來(lái)檢測(cè)輸入的信號(hào)。由圖3可知窗口比較器上的上限是VH=5*(10+3.3)/(20+3.3)=2.8V，下限是VL=5*10/(20+3.3)=2.1V，熱敏電阻和上拉電阻分壓作為輸入信號(hào)Uin由窗口比較器的原理可知，若VL
圖3熱敏電阻檢測(cè)電路
2 軟件功能的實(shí)現(xiàn)
軟件的實(shí)現(xiàn)分單片機(jī)和程序兩部分。其中單片機(jī)完成協(xié)議轉(zhuǎn)換功能上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)檢測(cè)功能。
2．1 SMBUS總線與RS232協(xié)議的轉(zhuǎn)換
電池檢測(cè)儀是由ATMEGA88把數(shù)據(jù)從電池取出，通過(guò)RS232把數(shù)據(jù)發(fā)給上位機(jī)?；驈纳衔粰C(jī)接收數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給電池，可見在信息傳送過(guò)程中，電池檢測(cè)儀起到了橋接的作用。電池版本的不同信息容量也不同，如對(duì)于BQ2060系列的電池，只有127個(gè)字節(jié)的信息。ATMEGA88共有l(wèi)K的SRAM，完全可以將全部寄存器存入到單片機(jī)中，而對(duì)于BQ20280的智能電池，電池信息容量為1752個(gè)字節(jié)，無(wú)法完全存放，只能將數(shù)據(jù)分批發(fā)送出去。本文使用分組發(fā)送的方法轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，在單片機(jī)內(nèi)部為SMBUS總線和RS232各分配32字節(jié)的收發(fā)緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)都組裝成幀發(fā)送．單片機(jī)在收發(fā)到一個(gè)完整的幀后才啟動(dòng)后續(xù)操作。數(shù)據(jù)幀的格式為：第一字節(jié)同步字符0xFE，第二字節(jié)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度字節(jié)，最大值29．從第三字節(jié)開始數(shù)據(jù)字節(jié)。內(nèi)容為ASCII碼的數(shù)字和字母。最后一字節(jié)是數(shù)據(jù)幀結(jié)束字節(jié)OxFD。當(dāng)收到幀起始字，ATMEG88把數(shù)據(jù)放入接收緩沖區(qū)，當(dāng)收到幀結(jié)束字節(jié)后，處理數(shù)據(jù)并放人到發(fā)送緩沖區(qū)．啟動(dòng)發(fā)送。為了避免數(shù)據(jù)溢出現(xiàn)象，還加入了超時(shí)處理．當(dāng)處理一幀數(shù)據(jù)超過(guò)2ms時(shí)視為數(shù)據(jù)收發(fā)失敗。將此幀數(shù)據(jù)刪除。
2．2電池可配置編程的實(shí)現(xiàn)
對(duì)于BQ20270等系列的高檔電池，電量計(jì)量芯片內(nèi)部集成了Flash存儲(chǔ)器?？梢允褂肧MBUS總線對(duì)電池的配置在線更新。本文提出的電量檢測(cè)儀實(shí)現(xiàn)了對(duì)Flash的編程操作，完成了生產(chǎn)一塊電池的全部操作。在進(jìn)行編程之前，要先準(zhǔn)備一個(gè)原裝鏡象文件。這個(gè)文件里包含了電池的器件配置信息如電阻特性曲線、化學(xué)特定數(shù)據(jù)等．對(duì)電池執(zhí)行一個(gè)寫操作，寫入0x08，置電池為編程模式．?dāng)?shù)據(jù)通過(guò)SMBUS寫入電池，完成后發(fā)送校正命令．電池執(zhí)行內(nèi)部的自動(dòng)校正算法把電池校準(zhǔn)，再將電池專用信息寫入包括生產(chǎn)日期、序列號(hào)等．將所有寫入的信息再讀出來(lái)與原有信息比較進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，如檢查數(shù)據(jù)無(wú)誤，復(fù)位電池恢復(fù)5分鐘后，向電池發(fā)送阻抗匹配追蹤使能命令0x21，電池就可以正常工作了。
2．3智能電池檢測(cè)流程
檢測(cè)智能電池的整個(gè)流程是在七位機(jī)的軟件下控制完成的，在電池的生產(chǎn)流程中，參數(shù)的變化是很頻繁的，為了能適應(yīng)各種不同電池的檢測(cè)本文采用讀取配置文件的方法。在上位機(jī)軟件啟動(dòng)時(shí)，首先要加載的后綴為INI的電池配置文件，配置文件主要結(jié)構(gòu)是一個(gè)settings段。段中存儲(chǔ)的是關(guān)鍵字．智能電池的每一個(gè)寄存器都三個(gè)關(guān)鍵字。分別是寄存器的地址、寄存器的最大值、寄存器的最小值。上位機(jī)軟件根據(jù)配置文件動(dòng)態(tài)生成要檢測(cè)的內(nèi)容界面，根據(jù)地址向檢測(cè)儀發(fā)送串口命令．檢測(cè)儀把此命令轉(zhuǎn)發(fā)給電池，電池會(huì)返回此命令的值，上位機(jī)收到后與加載的最大值和最小值比較。如果超出范圍則檢測(cè)不通過(guò)．軟件會(huì)用不同的顏色標(biāo)出。上位機(jī)加載配置文件完畢后，第一步檢測(cè)電池的的基本信息如設(shè)計(jì)電壓、設(shè)計(jì)容量、電壓、電流、循環(huán)次數(shù)等．如不正確上位機(jī)軟件自動(dòng)寫入正確值；第二步啟動(dòng)充放電電路檢測(cè)電池內(nèi)部的保護(hù)電路和加載電流，如不正確則報(bào)警，并記入日志文件：第三步檢測(cè)熱敏電阻是否工作正常．如不正常報(bào)警并記往日志文件：最后校正電路參數(shù)。如果電池不能正常工作．還可以用智能電池檢測(cè)儀對(duì)電池重新編程。
3 結(jié)論
本文對(duì)智能電池檢測(cè)儀的工作原理和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)闡述。實(shí)現(xiàn)了電池的基本信息檢測(cè)、充放電檢測(cè)、熱敏電阻等檢測(cè)．并且實(shí)現(xiàn)了智能電池的在線編程。智能電池檢測(cè)儀具有效率高、配置靈活、使用方便等特點(diǎn)．在電池生產(chǎn)中取得了良好的效果。
本文創(chuàng)新點(diǎn)：本文提出了采用AVR單片機(jī)對(duì)筆記本電池檢測(cè)進(jìn)行充放電、溫度等檢測(cè)．流程采用上位機(jī)軟件配置，提高了電池檢測(cè)流程的效率和靈活性。
本文提出電池檢測(cè)儀已批量生產(chǎn)30套，每套售價(jià)2萬(wàn)元。一個(gè)檢測(cè)儀每月可檢測(cè)約4K塊電池．可節(jié)省大量人工和時(shí)間，直接經(jīng)濟(jì)效益1萬(wàn)元左右。
評(píng)論