一種智能鋰電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、引言

本文實(shí)現(xiàn)的鋰電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由DS2762 鋰電池監(jiān)測(cè)芯片、51 單片機(jī)、液晶顯示模塊組成。其中的核心功能由DS2762 芯片完成的。本文介紹了系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)， 以及DS2762 芯片的特性和相關(guān)控制軟件程序。本系統(tǒng)功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 可用于數(shù)碼相機(jī)、智能電話及其它便攜式儀器的智能鋰電池模塊中。

二、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理

1、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)力求簡(jiǎn)潔，以便使單片機(jī)能夠完成更多其他功能。硬件實(shí)現(xiàn)如圖1 所示：

圖1 硬件結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)系統(tǒng)由DS2762 鋰電池監(jiān)測(cè)芯片、51 單片機(jī)和液晶顯示模塊組成。DS2762 芯片是MAXIM公司推出的新一代智能鋰電池監(jiān)測(cè)芯片， 集數(shù)據(jù)采集、信息儲(chǔ)存、安全保護(hù)于一身，具有功能強(qiáng)大、硬件接線簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。它完成對(duì)電池當(dāng)前狀態(tài)的監(jiān)測(cè)， 包括當(dāng)前電池的充/ 放電狀態(tài)、電壓、電流、溫度和剩余電量等參數(shù)的監(jiān)測(cè)。DS2762 芯片能自動(dòng)采集這些數(shù)據(jù)， 并將其放在存儲(chǔ)器中。

DS2762 的引腳功能如下圖2 所示：

圖2 引腳功能

PIO: 可編程的I/O 端。根據(jù)需要控制用戶定義的外圍電路。

VDD: 電池正極輸入。

Vin: 感應(yīng)電壓輸入。

51 單片機(jī)按照用戶需要對(duì)電池的相應(yīng)參數(shù)讀取和處理， 然后送往液晶顯示模塊顯示。由于存放這些參數(shù)的EEPROM具有非易失性， 所以本系統(tǒng)具有掉電保護(hù)功能。由圖1 可見， 單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的控制處理中心， 由于大量的工作由單片機(jī)完成， 明顯地降低了系統(tǒng)硬件復(fù)雜度， 極大地提高了系統(tǒng)的智能化。

液晶顯示模塊顯示用戶需要了解的電池當(dāng)前狀態(tài)信息， 用戶根據(jù)這些信息以作出相應(yīng)的處理。它僅僅接受單片機(jī)的控制和訪問。

工作原理：系統(tǒng)上電后， 先確定電池的工作方式： 單片機(jī)每88ms 監(jiān)測(cè)一次電壓， 將DS2762的IS1 和IS2 兩端的壓差( Vis=Vis1- Vis2) 轉(zhuǎn)換成電流后存入電流寄存器。若Vis 為正值， 說明電池正在充電; 若Vis 為負(fù)值， 說明電池正在放電， 也就是儀器正由鋰電池直流電源供電。接著單片機(jī)對(duì)DS2762 發(fā)出采集電壓、溫度的控制命令。由于DS2762 內(nèi)部有A/D 轉(zhuǎn)換器和數(shù)字溫度傳感器， 可自動(dòng)將電壓、溫度測(cè)量值存入DS2762 相對(duì)應(yīng)的寄存器， 因此， 單片機(jī)只要等待其采樣完畢后， 讀取寄存器的內(nèi)容， 最后送液晶顯示模塊顯示。

電池的剩余電量可用電流累加寄存器的值求得。電流累加寄存器的值是由DS2762 實(shí)時(shí)自動(dòng)測(cè)量電池電流后更改的， 無(wú)須對(duì)其進(jìn)行控制。電池充電時(shí)該值增加， 放電時(shí)該值減少。單片機(jī)讀取此值后即可獲得剩余電量。

場(chǎng)效應(yīng)管FET1、FET2 等構(gòu)成DS2762的充放電保護(hù)回路。過壓保護(hù)：如果電池電壓Vin 超出過壓門限電壓Vov, 延時(shí)Tovd后，DS2762 將關(guān)閉充電場(chǎng)效應(yīng)管FET1.欠壓保護(hù)： 如果電池電壓Vin 低于欠壓門限電壓Vuv, 延時(shí)Tuvd 后，DS2762 將關(guān)閉充電和放電場(chǎng)效應(yīng)管FET1、FET2, 進(jìn)入睡眠方式， 等待充電指令。充電過流保護(hù)：如果Vis(Vis=Vis1- Vis2)超出過流門限Voc, 延時(shí)Tocd 后， DS2762 將關(guān)閉場(chǎng)效應(yīng)管FET1、FET2.放電過流保護(hù)：如果Vis 低于- Voc, 延時(shí)Tocd 后， DS2762 將關(guān)閉放電場(chǎng)效應(yīng)管FET2.短路保護(hù)：如果SNS 腳的電壓超過短路門限電壓， 延時(shí)Tscd 后， DS2762 將關(guān)閉放電場(chǎng)效應(yīng)管FET2.

三、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)及流程圖

為了滿足監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性， 單片機(jī)采用定時(shí)中斷的方式訪問DS2762, 進(jìn)行電池參數(shù)采集。首先設(shè)置單片機(jī)的計(jì)數(shù)器為定時(shí)方式， 開啟定時(shí)器， 定時(shí)長(zhǎng)度可隨需要靈活設(shè)定; 然后單片機(jī)運(yùn)行其他程序， 等待定時(shí)中斷的到來(lái)， 定時(shí)中斷發(fā)生之后進(jìn)行中斷服務(wù)程序， 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理和顯示; 最后重新初始化定時(shí)中斷， 返回。圖3 是系統(tǒng)總體流程圖， 圖4 是中斷服務(wù)流程圖。

圖3 系統(tǒng)總體流程圖

圖4 中斷服務(wù)程序流程圖

DS2762 與單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊時(shí)僅用一根數(shù)據(jù)線( DQ) , 因此必須嚴(yán)格按照芯片的讀寫時(shí)序要求來(lái)編寫程序， 這樣才能保證數(shù)據(jù)的正確讀寫。圖5、圖6 是DS2762 芯片對(duì)電池的工作方式和剩余電量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的程序流程圖：

圖5 電池工作方式監(jiān)測(cè)流程圖

圖6 剩余電量監(jiān)測(cè)流程圖

說明： 1> 單片機(jī)對(duì)DS2762 進(jìn)行任意存儲(chǔ)命令操作時(shí)， 在發(fā)出每個(gè)命令之前都必須按照DS2762的復(fù)位時(shí)序要求。先發(fā)出復(fù)位信號(hào)且等待DS2762的應(yīng)答( 以示DS2762 準(zhǔn)備接受或發(fā)送數(shù)據(jù)) , 然后再發(fā)出一個(gè)ROM 命令用以選擇總線上要訪問的DS2762.在本文的程序流程圖中此過程用DS2762的初始化來(lái)代替。2> 在讀取寄存器的值時(shí)， 為防止讀取錯(cuò)誤， 先要檢查DS2762 是否正在修改寄存器的內(nèi)容。這可通過判斷EEPROM寄存器的EEC 位即可。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文介紹的基于DS2762 芯片的鋰電池監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種便攜式儀器的一部分。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔，且同單片機(jī)配合使用， 不僅極大地提高了智能化， 而且功能強(qiáng)大、操作方便， 能夠與其他功能協(xié)同工作。