如何实时动态监测电路中的电池电量？

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如何实时动态监测电路中的电池电量？ [复制链接]

在日常的电路设计中，电路中电池的电量往往会大大的影响调试的结果。比如：1、风洞的调试


因为我一开始没有管电池电压的事情，就一直在修改PID参数想使乒乓球保持稳定，但是我错了，每次感觉调节好一个参数之后，结果发现乒乓球又漂了，越调越迷茫，最后一分析，原来电池电压在下降（一开始都是使用12V蓝皮电池供电），还有：

2、倒立摆的调试

因为我一开始也没有管电池电压的事情，然后一直在修改PID参数想使摆杆立起来，测量一下电池的电压，还是上面的情况，原来电池电压在下降（一开始都是使用12V蓝皮电池供电）
为了克服电压变化对我PID调节的影响，我最后索性买了个恒定的电源盒

这种装备真的好用，插上220V直接输出基本上恒定的12V电压，完美解决了电压放电对系统PID参数的影响。那么，怎么能够实时动态检测电池电压呢？这个问题是非常重要的，比如可以根据不同的电压值分段程不同的PID参数或者提醒用户停止设备当前的工作更换电池等。

好了，下面开始测试一下我的方案可不可行，首先设计电路，我用Altium Designer 先把电路图画出来

原理图大概就是上面这个样子，利用电阻分压的原理，比如输入电压为U1,则U（ADC）=U1*R2/(R1+R2),然后通过单片机的ADC采集建立输入电压与ADC采集数值之间的关系，这个关系可以用MATLAB软件仿真出来，好了说了这么多的理论，下面开始实践操作，
1、先用洞洞板把电路焊出来，因为我要换电阻来选择合适的分压电阻，所以我把排母焊在洞洞板上，方便更换，实物图如下：

2、选择两个51K电阻，测量后发现阻值有点漂，经过测量后发现实际阻值一个为50.8K欧，一个为50.5K欧。

3、到此处硬件电路基本上就算完成了，下面开始软件部分，我使用的是正点原子的mini开发板，功能和资源还是相当丰富的，强烈推荐作为学习单片机的入门开发板

1. main函数代码：
   
2. #include "led.h"
   
3. #include "delay.h"
   
4. #include "sys.h"
   
5. #include "usart.h"
   
6. #include "lcd.h"
   
7. #include "adc.h"
   
8. 
   
9. //ALIENTEK Mini STM32开发板范例代码15
   
10. //ADC实验  
    
11. //技术支持：[url]www.openedv.com[/url]
    
12. //广州市星翼电子科技有限公司
    
13.           
    
14. int main(void)
    
15. {
    
16.         u16 adcx;
    
17.         float temp;
    
18.         delay_init();                     //延时函数初始化          
    
19.         uart_init(9600);                 //串口初始化为9600
    
20.         LED_Init();                                  //初始化与LED连接的硬件接口
    
21.         LCD_Init();
    
22.         Adc_Init();                                  //ADC初始化            
    
23.         POINT_COLOR=RED;//设置字体为红色
    
24.         LCD_ShowString(60,50,200,16,16,"Mini STM32");       
    
25.         LCD_ShowString(60,70,200,16,16,"ADC TEST");       
    
26.         LCD_ShowString(60,90,200,16,16,"ATOM@ALIENTEK");
    
27.         LCD_ShowString(60,110,200,16,16,"2018/9/20");       
    
28.         //显示提示信息
    
29.         POINT_COLOR=BLUE;//设置字体为蓝色
    
30.         LCD_ShowString(60,130,200,16,16,"ADC_CH1_VAL:");             
    
31.         LCD_ShowString(60,150,200,16,16,"ADC_CH1_VOL:0.000V");            
    
32.         while(1)
    
33.         {
    
34.                 adcx = Get_Adc_Average(ADC_Channel_1,10);//去10次平均值后返回adcx
    
35.                 LCD_ShowxNum(156,130,adcx,4,16,0);//显示ADC的值
    
36.                 temp=(float)adcx*(3.3/4096);//12位分辨率，2的12次方 = 4096
    
37.                 adcx=temp;//取整数部分
    
38.                 LCD_ShowxNum(156,150,adcx,1,16,0);//显示电压值
    
39.                 temp-=adcx;
    
40.                 temp*=1000;
    
41.                 LCD_ShowxNum(172,150,temp,3,16,0X80);
    
42.                 LED0=!LED0;
    
43.                 delay_ms(250);       
    
44.         }                                                                                            
    
45. }       
    

复制代码

1. adc.c文件
   
2. #include "adc.h"
   
3. #include "delay.h"
   
4. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////         
   
5. //本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
   
6. //ALIENTEK miniSTM32开发板
   
7. //ADC 代码          
   
8. //正点原子@ALIENTEK
   
9. //技术论坛:[url]www.openedv.com[/url]
   
10. //修改日期:2012/9/7
    
11. //版本：V1.0
    
12. //版权所有，盗版必究。
    
13. //Copyright(C) 广州市星翼电子科技有限公司 2009-2019
    
14. //All rights reserved                                                                          
    
15. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
16.           
    
17.                   
    
18. //初始化ADC
    
19. //这里我们仅以规则通道为例
    
20. //我们默认将开启通道0~3                                                                                                                                          
    
21. void  Adc_Init(void)
    
22. {        
    
23.         ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
    
24.         GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
    
25. 
    
26.         RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA |RCC_APB2Periph_ADC1        , ENABLE );          //使能ADC1通道时钟
    
27. 
    
28. 
    
29.         RCC_ADCCLKConfig(RCC_PCLK2_Div6);   //设置ADC分频因子6 72M/6=12,ADC最大时间不能超过14M
    
30. 
    
31.         //PA1 作为模拟通道输入引脚                        
    
32.         GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_1;
    
33.         GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;                //模拟输入引脚
    
34.         GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);       
    
35. 
    
36.         ADC_DeInit(ADC1);  //复位ADC1,将外设 ADC1 的全部寄存器重设为缺省值
    
37. 
    
38.         ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;        //ADC工作模式:ADC1和ADC2工作在独立模式
    
39.         ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;        //模数转换工作在单通道模式
    
40.         ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = DISABLE;        //模数转换工作在单次转换模式
    
41.         ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;        //转换由软件而不是外部触发启动
    
42.         ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;        //ADC数据右对齐
    
43.         ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;        //顺序进行规则转换的ADC通道的数目
    
44.         ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);        //根据ADC_InitStruct中指定的参数初始化外设ADCx的寄存器   
    
45. 
    
46.   
    
47.         ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);        //使能指定的ADC1
    
48.        
    
49.         ADC_ResetCalibration(ADC1);        //使能复位校准  
    
50.          
    
51.         while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));        //等待复位校准结束
    
52.        
    
53.         ADC_StartCalibration(ADC1);         //开启AD校准
    
54. 
    
55.         while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));         //等待校准结束
    
56. 
    
57. //        ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);                //使能指定的ADC1的软件转换启动功能
    
58. 
    
59. }                                  
    
60. //获得ADC值
    
61. //ch:通道值 0~3
    
62. u16 Get_Adc(u8 ch)   
    
63. {
    
64.           //设置指定ADC的规则组通道，一个序列，采样时间
    
65.         ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ch, 1, ADC_SampleTime_239Cycles5 );        //ADC1,ADC通道,采样时间为239.5周期                                      
    
66.   
    
67.         ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);                //使能指定的ADC1的软件转换启动功能       
    
68.          
    
69.         while(!ADC_GetFlagStatus(ADC1, ADC_FLAG_EOC ));//等待转换结束
    
70. 
    
71.         return ADC_GetConversionValue(ADC1);        //返回最近一次ADC1规则组的转换结果
    
72. }
    
73. 
    
74. u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times)
    
75. {
    
76.         u32 temp_val=0;
    
77.         u8 t;
    
78.         for(t=0;t<times;t++)
    
79.         {
    
80.                 temp_val+=Get_Adc(ch);
    
81.                 delay_ms(5);
    
82.         }
    
83.         return temp_val/times;
    
84. }          
    
85. 
    
86. 
    
87. 
    
88. 
    
89. 
    
90. 
    
91. 
    
92. 
    
93. 
    
94. 
    
95. 
    
96. 
    
97. 
    
98. 
    
99. 
    
100. 
     
101. 
     
102. 
     
103. 
     
104. 
     
105. 
     
106. 
     
107. 
     
108. 
     
109. 
     
110. 
     
111. 
     

复制代码

1. adc.h文件
   
2. #ifndef __ADC_H
   
3. #define __ADC_H       
   
4. #include "sys.h"
   
5. //本程序只供学习使用，未经作者许可，不得用于其它任何用途
   
6. //ALIENTEK战舰STM32开发板
   
7. //ADC 代码          
   
8. //正点原子@ALIENTEK
   
9. //技术论坛:[url]www.openedv.com[/url]
   
10. //修改日期:2012/9/7
    
11. //版本：V1.0
    
12. //版权所有，盗版必究。
    
13. //Copyright(C) 广州市星翼电子科技有限公司 2009-2019
    
14. //All rights reserved                                                                          
    
15. //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
    
16. 
    
17. void Adc_Init(void);
    
18. u16  Get_Adc(u8 ch);
    
19. u16 Get_Adc_Average(u8 ch,u8 times);
    
20. 
    
21. #endif
    

复制代码

4、将程序下载进开发板



好了，软件和硬件都已经准备完毕，下面就开始我们的测量试验了。
因为单片机ADC采集接口的电压不能超过3.3V,所以还得进行一番理论推导因此来限定一下输入电压的范围，


实验数据如下表所示：

Vin（V）	0.0	0.5	1.0	1.5	2.0	2.5	3.0	3.5	4.0	4.5	5.0	5.5	6.0	6.5
ADC	2	305	620	932	1246	1558	1875	2185	2497	2802	3117	3432	3746	4056

上述数据为电阻R1=R2=50.5K欧情况下测得，然后对数据通过MATLAB仿真软件，仿真出输入电压与ADC的关系式得：
ADC = 624.5Vin - 2.829
近似成线性关系
结论：上述方法测量电池电压确实可行，而且还挺方便

PowerAnts

用电压判断电量，电池一致性好，批次之间起伏不大的话，误差平均30%吧