使用1点条形图显示简化电池电量计

随着嵌入式系统，尤其是物联网设备的快速发展，人们越来越需要改进为其供电的可充电电池系统。特别是，许多应用可以受益于具有成本效益但准确的电池电量计。虽然大多数汽车、医疗和军事应用都需要完整的电池管理系统 （BMS） 的功能，但许多其他产品可以通过更简单的电池电量计得到很好的服务，它可以简单地告诉用户有多少电量可以为设备供电。

此设计理念是一个单点条形图显示器，它提供了一种简单、紧凑、低成本和低功耗的替代方案，可替代通常的四 LED 条形图电池电量计 ［1］。它由一个表面贴装 （SMD） 式 RGB LED 组成，由超小型微控制器驱动，在本例中为采用 6 引脚封装的 Microchip PIC10F220 或 PIC10F222。由此产生的解决方案可以在小至 3.1 × 3.2 mm 2的 PCB 上实施，或轻松集成到现有设计中（图 1）。

电池电量计的 1 点条形图显示图 1单点条形图显示为通常的条形图电池量表提供了一种紧凑且低功耗的替代方案。

原型板的小尺寸使其很容易添加到目前缺少电池电量计的现有产品中。在此示例中，它安装在锂离子电池移动电源的外壳内，其中 PIC 使用其内部 0.6V 带隙基准测量电池电压（在其自己的 Vdd 引脚上检测）。使用 ADC 进行的测量表示 0.6V 参考电压占 Vdd 输入电压检测的百分比。随着 Vdd 的增加，所得数字将减少，反之亦然，从而导致感测电压与 A/D 输出值之间存在“1/x”关系。Microchip 应用笔记 AN1072 ［2］ 中提供了从 A/D 输出导出检测电压实际值的计算方法。

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与任何充电状态计一样，在选择微控制器将显示对应颜色的阈值电压时，该设计必须考虑锂离子电池 ［3］ 呈现的非线性电压与充电状态曲线到电池的充电状态（红色、黄色、绿色或蓝色）。为了避免每次测量 Vdd 时使用 PIC 有限的数学功能来计算充电状态所带来的困难，我们创建了一个可以存储在 PIC 程序存储器中的查找表。该表（可在此处获取）是使用 Microsoft Excel 创建的，仅涵盖电池组的预期电压范围，在本例中为 2.9 至 4.3V。当由 PIC 的 8 位 ADC 测量时，这些电压将产生 52 到 35 之间的输出值。

查找表可以简化充电状态计算图 2使用查找表可以简化充电状态计算。

为了限度地降低功耗，该设计使用高亮度 RGB LED ［4］ 并将微控制器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）。从睡眠模式唤醒后，控制器会测量其 Vdd 引脚上的电压，并通过驱动与近测量值对应的颜色相关联的 LED 引脚，使相应的 LED 短暂闪烁（每 0.25 秒脉冲 1 毫秒）。

阅读更多设计理念微控制器的两个版本的汇编程序源代码清单可供，使设计能够驱动共阳极或共阴极 RGB LED。代码清单有完整的注释，优化了大小，并使用宏来简化阅读。此外，它们结构紧凑，仅需要 85 个程序字和 3 个数据字节，因此很容易在几乎任何其他引脚受限的 PICmicro 上实现应用程序。请注意，通过一些实验，应该可以修改此处提供的程序以在阈值之间进行插值并根据电池的充电状态按比例点亮两个 LED。