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基于A(yíng)VR的筆記本電池檢測儀
作者：
時(shí)間：2016-12-02
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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引言
普通電池僅有作為電源向負載供電的功能．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置了微處理器和通信接口，它還可以向外部提供電池當前電壓、當前電量、溫度、門(mén)檻電壓、充放電次數、生產(chǎn)廠(chǎng)商、生產(chǎn)日期等動(dòng)態(tài)信息和設計信息。筆記本電池就是一種智能電池．它采用SMBUS向操作系統提供當前電池電量的余量、還能使用多長(cháng)時(shí)間等數據。
筆記本電池在生產(chǎn)完成后。要老化電池。也就是測試電池是否能夠正常工作。檢測的步驟通常分步進(jìn)行．首先讀取電池的各種設計信息檢查是否正確．其次對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儀．它自動(dòng)比較電池信息．當發(fā)現錯誤信息后，寫(xiě)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
筆記本測試儀是基于A(yíng)VR單片機ATMEGA88實(shí)現的。ATMEGA88是ATMEL公司研制的高性能、低功耗8位微處理器，它采用RISC結構，最高速度達16M，28個(gè)可配置的引腳，lK內部SRAM．8K程序存儲器．還具有512字節的EEPROM。ATMEG88還具有豐富的外設。如三個(gè)定時(shí)器、六通道PWM、10位ADC、USART接口、SPI總線(xiàn)、TWI總線(xiàn)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)現的筆記本電池檢測儀可檢測以TI公司BQ2060、BQ20270、Bq20280、BQ20290四個(gè)系列的電量計量芯片組成的智能電池。
1．1 SMBUS總線(xiàn)
SMBUS總線(xiàn)最早由Intel公司提出的。目前在個(gè)人電腦、工業(yè)測控、智能儀器儀表得到了廣泛的應用。TI公司的BQ系列電鼉計量芯片都提供了SMBUS通訊接口供用戶(hù)使用。SMBUS協(xié)議與12C總線(xiàn)類(lèi)似，它是由兩根信號線(xiàn)來(lái)傳輸數據的，一個(gè)是時(shí)鐘傳輸線(xiàn)SCL。一個(gè)數據傳輸線(xiàn)SDA，SMBUS最高傳輸速度為100Kbps,當總線(xiàn)上接入速度不同的器件時(shí)?？梢圆捎醚娱L(cháng)SCL低電平的時(shí)間來(lái)同步數據通信。SMBUS既可以由硬件接口實(shí)現．也可以由軟件模擬實(shí)現．但在電路上這兩根信號必須是漏極開(kāi)路或集電極開(kāi)路的，兩根信號通過(guò)一個(gè)1OK的上拉電阻接到+5V電源上．這樣在無(wú)數據傳輸時(shí)．兩根信號線(xiàn)總是在高電平以使智能器件能檢測到總線(xiàn)空閑。SMBUS總線(xiàn)上的設備有主設備和從設備兩類(lèi)，兩類(lèi)設備傳輸模式有收發(fā)兩種，這樣共有四種傳輸模式．無(wú)論哪一種通訊時(shí)都是由主設備發(fā)起和結束的。智能電池是SMBUS總線(xiàn)的上的從設備．它的寫(xiě)地址是0x16．讀地址是Oxl7，SMBUS的一次寫(xiě)命令傳輸過(guò)程如圖1所示。
圖1 SMBUS時(shí)序圖
在SCL為高電平時(shí)。主設備在SCL為高時(shí)把SDA從高拉低產(chǎn)生一個(gè)起始位。傳輸數據開(kāi)始．緊跟其后的是地址尋址的8bit數據，最后一位0代表寫(xiě)操作。1代表的是進(jìn)行讀操作。隨后傳輸是8bit數據是智能電池內部的命令字．根據電池芯片版本的不同有所不同。接下來(lái)的兩個(gè)字節數據分別的命令內容的低字節和高字節，最后由主設備在SCL為高時(shí)把SDA從低拉高結束操作。在SMBUS讀數據的時(shí)候要先時(shí)電池進(jìn)行寫(xiě)入操作，再對電池進(jìn)行讀尋址，這一點(diǎn)和I2C還有所不同。ATMEG88的TWI總線(xiàn)是完全兼容SMBUS的，并且它的引腳可配置內部上拉電阻，可以省去外部的兩個(gè)電阻。
1．2充放電電路
由ATMEGA88控制的可調電流的充放電電路能對電池進(jìn)行充放電測試，TI公司的BQ計量芯片對電池計量具有自學(xué)習功能，計量建立在一個(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(kāi)Si4953。它的基極接在A(yíng)TMEG88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飽和導通，Si4593柵極為低電平，MOS截止相當于電路開(kāi)路，電源不能給電池的正極充電。當要對電池進(jìn)行充電時(shí)．ATMEG88將此引腳置低電平，8050截止，Si4953導通電源通過(guò)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(guò)程中．ATMEGA88每秒鐘讀一次電池的門(mén)檻電壓．如果門(mén)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(mǎn)。電池充滿(mǎn)后．不能再繼續充電，否則會(huì )造成電芯過(guò)充損壞．電量計量芯片會(huì )在電池充滿(mǎn)后打開(kāi)內部的FET保護電路．斷開(kāi)充電通路保護電芯。ATMEG88在電池充滿(mǎn)后．讀取電池的保護位．如果已經(jīng)打開(kāi)說(shuō)明電池工作正常。
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