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利用单点LED变色简化电池电量指示

2020-06-03 08:52:36 Benabadji Mohammed Salim 阅读:
本设计实例是一个单点LED变色指示灯,相比于通常的四LED条形图电池电量指示,它提供了一种简单、紧凑、低成本和低功耗的替代方案。它包括一个表贴式的RGB LED,并通过一个超小尺寸的MCU驱动。最终的解决方案可以在很小面积的PCB上实现,也可以轻松集成到现有设计中。

随着嵌入式系统(尤其是IoT设备)的迅猛发展,业界越来越要求对为它们供电的可充电电池系统进行改进。特别是,有许多应用都可以从既高性价比又准确的电池电量指示当中受益。尽管大多数汽车、医疗和军事应用都需要提供完整的电池管理系统(BMS),但许多其他产品也可以通过更简单的电池电量指示来实现很好的服务,也即只需要利用它来告诉用户,可以为设备供电的电量是多少。fuhednc

本设计实例是一个单点LED变色指示灯,相比于通常的四LED条形图电池电量指示[1],它提供了一种简单、紧凑、低成本和低功耗的替代方案。 它包括一个表贴(SMD)式的RGB LED,并通过一个超小尺寸的MCU驱动——在本例中为6引脚封装的Microchip PIC10F220或PIC10F222。最终的解决方案可以在面积仅为3.1×3.2mm2的PCB上实现,也可以轻松集成到现有设计中(图1)。fuhednc

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图1:1点式条形图显示器为通常的条形图电池电量提供了紧凑的低功耗替代方案。fuhednc

原型板的尺寸很小,因此可很容易地添加到目前没有电池电量指示的现有产品中。在本例中,它安装在锂离子电池移动电源的外壳内,在此,PIC使用其内部0.6V带隙基准来测量电池电压(在其自身的Vdd引脚上检测)。ADC进行的测量将0.6V基准表示为在Vdd输入上所检测的电压的百分比。随着Vdd的增加,得到的数字将会减少,反之亦然,这样就可以得到被测电压与A/D输出值之间的“1/x”关系。Microchip应用笔记AN1072中提供了通过A/D输出推导出被测电压实际值的计算[2]fuhednc

与任何电量指示器一样,在选择MCU显示颜色(红、黄、绿或蓝色,与电池荷电状态对应)所对应的阈值电压时,本设计必须考虑锂离子电池所呈现的非线性电压与荷电状态关系曲线[3]。为了避免在每次测量Vdd时使用PIC有限的数学功能来计算充电状态时所遇到的麻烦,我们创建了一张查找表,可以将它存储在PIC的程序存储器中。这张表(可点此获取)是使用Microsoft Excel创建的,仅涵盖了预期的电池组电压范围,在本例中为2.9至4.3V。用PIC的8位ADC测量时,这些电压会产生52到35之间的输出值。fuhednc

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图2:使用查找表可以简化荷电状态的计算。fuhednc

为了使功耗最小,本设计使用了高亮度RGB LED[4],并将MCU配置为保持睡眠模式,直到它从其看门狗定时器接收到周期性中断(大约每秒一次)为止。从睡眠模式唤醒后,MCU会测量其Vdd引脚上的电压,并通过驱动与最新测量值相对应的相关颜色的LED引脚,使相应的LED短暂闪烁(每0.25s发送1ms脉冲)。fuhednc

点击此处可下载两个版本的MCU汇编程序源代码清单,借此,本设计就能驱动共阳极和共阴极RGB LED中的任何一种情况。代码清单进行了完全注释,大小也进行了优化,并使用了宏来简化阅读过程。此外,它们非常紧凑,仅需要85个程序字和3个数据字节,从而使得在几乎任何其他引脚有限的PICmicro MCU上都可以轻松实现该应用。请注意,再做一点试验,应该可以修改此处提供的程序,在阈值之间插值,从而根据电池的荷电状态按比例点亮两个LED。fuhednc

Benabadji Mohammed Salim在阿尔及利亚奥兰科技大学攻读计算机科学硕士学位。fuhednc

参考文献fuhednc

  1. Novel technology to accurately gauge battery state-of-charge, EDN, May 3, 2017.
  2. Application Note AN1072: Measuring Vdd using the 0.6V reference, Microchip Technology Inc, 2007
  3. Discharge Characteristics of Li-ion, Battery University
  4. OSTA71A1D-A OPTOSUPPLY Superflux Tri-Color LED

(原文刊登于EDN美国版,参考链接:Simplify the battery gauge with a 1-dot bar graph displayfuhednc

本文为《电子技术设计》2020年6月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里fuhednc

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  • 啊,所以评论区的各位早已经用单颗LED做过电池电量显示了吗,太强了
  • 这里只是个简易设计,要看具体应用。像您这种要求比较高的,可能得用电量计芯片。以前的智能手机没用电量计时,电量在低温下也是显示不准的。
  • 你可以修改设计,用什么MCU实现随便,作者只是提供一个idea,而且人家是个老外哦。
  • 你先做一个再bb
  • 我也感觉没说卵用,这不就是rgb嘛
  • 有的要求显示电压百分比。怎么处理?在使用的过程中,会存在大耗电的情况。这时候电压下降的会比大,之后电压又回升了。这时,显示电压百分比就会浮动。还有在充电时候。显示电压百分比也有问题。这些都有什么好的解决方法吗
  • 这玩意有啥技术或者卖点吗?随便一个OTP单片机加个RGB灯珠就能实现,PIC的死贵,就一个电量指示,随便什么国产的MCU办不了?
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