鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1280次 | 2020年03月18日
電池管理及監(jiān)控設(shè)計(jì)介紹
1.前言
隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展,移動(dòng)終端設(shè)備如手機(jī)、pDA、掌上電腦等產(chǎn)品正越來(lái)越多地得到廣泛使用。加上目前移動(dòng)終端設(shè)備的處理器性能不斷提高、無(wú)線應(yīng)用程序不斷新增、圖形功能越來(lái)越先進(jìn)。功能上的新增,導(dǎo)致了移動(dòng)終端產(chǎn)品的功耗越來(lái)越大;因此,對(duì)電池的提出了更高的性能要求,尤其體現(xiàn)在電池的管理方面,其中包括電池的充電管理和電池的監(jiān)控,這是嵌入式產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中必須考慮的問(wèn)題。
2.電池管理芯片介紹
2.1.電池充電管理芯片bq24032A
電池管理芯片bq24032A支持USB充電和AC充電方式。通過(guò)bq24032A對(duì)電池進(jìn)行充電。此芯片供應(yīng)整個(gè)系統(tǒng)的電源輸出。其中電池管理芯片bq24032A的VBAT接于電池監(jiān)控芯片bq26220的VBAT引腳。pSEL為電源選擇端口,可以用于選擇由那種輸入電源作為主輸入電源(USB或AC)。假如主輸入電源不可用,系統(tǒng)將自動(dòng)采用第二種輸入電源進(jìn)行輸入,電池輸入作為最后的選擇,當(dāng)USB或AC電源不存在時(shí)才選擇使用電池作為供電源。pSEL被設(shè)置為低時(shí),USB被選擇為主輸入。下圖1為電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖:
3.電池驅(qū)動(dòng)模型和驅(qū)動(dòng)初始化過(guò)程
WindowCE中包含的樣本設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序分為兩種類型:?jiǎn)纹?qū)動(dòng)程序(Monolithicdevicedriver)和分層驅(qū)動(dòng)程序(LayeredDevicedriver)。采用分層開(kāi)發(fā)模式可以降低開(kāi)發(fā)難度,縮短開(kāi)發(fā)周期,在電池驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)中使用分層驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)模式。
分層驅(qū)動(dòng)程序由兩個(gè)獨(dú)立的層組成:上層是模型設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序(MDD),下層是依賴平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序(pDD)。設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序服務(wù)器供應(yīng)的接口(DDSI)是在pDD中實(shí)現(xiàn)的函數(shù)集,并由MDD調(diào)用。由于微軟供應(yīng)了所有與MDD模塊相關(guān)的源代碼,所以對(duì)這部分不用做任何改動(dòng),只需將自己的pDD模塊與MDD模塊鏈結(jié)成一個(gè)公用庫(kù)即可。MDD通過(guò)IoCTLS調(diào)用pDD中的特定函數(shù)來(lái)訪問(wèn)硬件的具體特性。
WindowsCE電池驅(qū)動(dòng)要求的MDD函數(shù)包括:
Init、Deinit、Open、Close、Read、Write、Seek、powerDown、powerUp、IOControl。
WindowsCE電池驅(qū)動(dòng)要求的pDD函數(shù)包括:
BatterypDDInitialize、BatterypDDDeinitialize、BatterypDDGetStatus、BatterypDDGetLevels、
BatterypDDSupportsChangeNotification、BatterypDDpowerHandler、BatterypDDResume。
電池驅(qū)動(dòng)初始化過(guò)程
在系統(tǒng)上電自檢成功后,上層調(diào)用電池驅(qū)動(dòng)入口函數(shù),進(jìn)行電池驅(qū)動(dòng)初始化工作:
(1)判斷是否已經(jīng)進(jìn)行中斷事件初始化,假如沒(méi)有初始化,則進(jìn)行下面的操作,假如已經(jīng)進(jìn)行了一次初始化,則關(guān)閉事件句柄。
(2)初始化電池全局變量。
(3)假如中斷事件成功,則調(diào)用ResumeThreadproc創(chuàng)建電池線程。在線程的主調(diào)函數(shù)中,設(shè)置電池線程的優(yōu)先級(jí),然后在循環(huán)中等待中斷事件。
(4)調(diào)用pDD層的初始化函數(shù)BatterypDDInitialize;在pDD層中,為GpIO寄存器和電源管理寄存器開(kāi)辟兩段虛擬內(nèi)存。
(5)初始化AC97的寄存器。
(6)初始化存放電池電量值的環(huán)形緩沖區(qū)。
(7)調(diào)用BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數(shù)更新電池電量結(jié)構(gòu)體pSYSTEMpOWERSTATUS_EX2中的數(shù)據(jù)。
4.BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數(shù)
BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數(shù)重要獲取系統(tǒng)電源狀態(tài)值。在執(zhí)行過(guò)程中是通過(guò)調(diào)用BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數(shù)來(lái)完成的。而B(niǎo)atteryApIGetSystempowerStatusEx2函數(shù)調(diào)用BatterypDDGetStatus函數(shù)以獲取電池狀態(tài)信息,BatterypDDGetStatus函數(shù)通過(guò)調(diào)用GetMainBatteryVoltage獲取主電池電壓值,通過(guò)調(diào)用GetpowerDevStatus獲取電池設(shè)備狀態(tài),并獲取剩余電量的比例值。下圖3為BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖:
5.CalcMainBatteryVoltage獲取電池電壓值
6.電池電量計(jì)算方法
原來(lái)電池電量百分比顯示的其實(shí)是電壓百分比??墒怯布矫鏈y(cè)試發(fā)現(xiàn),電池電量和電池電壓并非成簡(jiǎn)單的線性關(guān)系,因此要分區(qū)間進(jìn)行百分比的轉(zhuǎn)換校正。常溫下,我們?cè)O(shè)備獲得的電池電壓和電量曲線大致如下(圖5):
在驅(qū)動(dòng)程序中創(chuàng)建了一個(gè)為16個(gè)字長(zhǎng)度的環(huán)形緩沖區(qū),采樣點(diǎn)數(shù)新增為16個(gè),這樣可以新增對(duì)采樣結(jié)果的可靠性。電池電壓采樣值even_samp為16個(gè)采樣值的和去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值后再取平均值。
在我們的移動(dòng)終端設(shè)備中,電池的最大電壓為559(4.10V),最小電壓為455(3.30V),以圖5中的兩條虛線作為區(qū)間的分界線,可分為4.10V~3.80V,3.80V~3.60V,3.60V~3.30V這三個(gè)區(qū)間,對(duì)電池電壓值進(jìn)行分區(qū)間的處理,三個(gè)區(qū)間上的曲線斜率近似為:
4.1V~3.80V:Kl=(100-70)/(4.10-3.80)
3.80V~3.60V:K2=(70-20)/(3.80—3.60)
3.60V~3.30V:K3=20/(3.60-3.30)
4.10V~3.30V:K=100/(4.10-3.30)
在進(jìn)行電池電量百分比的轉(zhuǎn)換時(shí),當(dāng)我們獲得在559~455區(qū)間內(nèi)的采樣值后,首先獲得原來(lái)的百分比值voltage_percent=(even_samp-455)*l00/(559-455)。然后針對(duì)不同的區(qū)間進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,得到的電量百分比分別為:
4.10V~3.80V:voltage_ercent+=(4.10-even_samp*7.5/1024)×(K-K1)
3.80V~3.60V:voltage_percent+=(3.80-even_samp*7.5/1024)×(K-K2)
3.60V~3.30V:voltage_percent-=(even_samp-3.30V*7.5/1024)×(K-K3)
通過(guò)對(duì)以上三個(gè)區(qū)間的分別處理,這樣就獲得了相對(duì)正確的電池電量。
7.小結(jié)
本文介紹了在WindowsCE系統(tǒng)中,基于電池充電管理芯片bq24032A和電池監(jiān)控芯片bq26220芯片的電池驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)。重要介紹了電池電壓的獲取和電池電量的計(jì)算方法。對(duì)電池管理供應(yīng)了很好的借鑒。