一種智能鋰電池監測系統設計

一、引言

本文實現的鋰電池監測系統由DS2762 鋰電池監測芯片、51 單片機、液晶顯示模塊組成。其中的核心功能由DS2762 芯片完成的。本文介紹了系統的硬件實現和軟件設計， 以及DS2762 芯片的特性和相關控制軟件程序。本系統功能強大、結構簡單， 可用于數碼相機、智能電話及其它便攜式儀器的智能鋰電池模塊中。

二、系統硬件結構及工作原理

1、系統硬件結構。本系統的硬件設計力求簡潔，以便使單片機能夠完成更多其他功能。硬件實現如圖1 所示：

圖1 硬件結構圖

整個系統由DS2762 鋰電池監測芯片、51 單片機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測芯片， 集數據采集、信息儲存、安全保護于一身，具有功能強大、硬件接線簡單等特點。它完成對電池當前狀態的監測， 包括當前電池的充/ 放電狀態、電壓、電流、溫度和剩余電量等參數的監測。DS2762 芯片能自動采集這些數據， 并將其放在存儲器中。

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。根據需要控制用戶定義的外圍電路。

VDD: 電池正極輸入。

Vin: 感應電壓輸入。

51 單片機按照用戶需要對電池的相應參數讀取和處理， 然后送往液晶顯示模塊顯示。由于存放這些參數的EEPROM具有非易失性， 所以本系統具有掉電保護功能。由圖1 可見， 單片機是整個系統的控制處理中心， 由于大量的工作由單片機完成， 明顯地降低了系統硬件復雜度， 極大地提高了系統的智能化。

液晶顯示模塊顯示用戶需要了解的電池當前狀態信息， 用戶根據這些信息以作出相應的處理。它僅僅接受單片機的控制和訪問。

工作原理：系統上電后， 先確定電池的工作方式： 單片機每88ms 監測一次電壓， 將DS2762的IS1 和IS2 兩端的壓差( Vis=Vis1- Vis2) 轉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。接著單片機對DS2762 發出采集電壓、溫度的控制命令。由于DS2762 內部有A/D 轉換器和數字溫度傳感器， 可自動將電壓、溫度測量值存入DS2762 相對應的寄存器， 因此， 單片機只要等待其采樣完畢后， 讀取寄存器的內容， 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 實時自動測量電池電流后更改的， 無須對其進行控制。電池充電時該值增加， 放電時該值減少。單片機讀取此值后即可獲得剩余電量。

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

三、系統軟件實現及流程圖

為了滿足監測的實時性， 單片機采用定時中斷的方式訪問DS2762, 進行電池參數采集。首先設置單片機的計數器為定時方式， 開啟定時器， 定時長度可隨需要靈活設定; 然后單片機運行其他程序， 等待定時中斷的到來， 定時中斷發生之后進行中斷服務程序， 對數據進行采集、處理和顯示; 最后重新初始化定時中斷， 返回。圖3 是系統總體流程圖， 圖4 是中斷服務流程圖。

圖3 系統總體流程圖

圖4 中斷服務程序流程圖

DS2762 與單片機進行數據通訊時僅用一根數據線( DQ) , 因此必須嚴格按照芯片的讀寫時序要求來編寫程序， 這樣才能保證數據的正確讀寫。圖5、圖6 是DS2762 芯片對電池的工作方式和剩余電量進行監測的程序流程圖：

圖5 電池工作方式監測流程圖

圖6 剩余電量監測流程圖

說明： 1> 單片機對DS2762 進行任意存儲命令操作時， 在發出每個命令之前都必須按照DS2762的復位時序要求。先發出復位信號且等待DS2762的應答( 以示DS2762 準備接受或發送數據) , 然后再發出一個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的初始化來代替。2> 在讀取寄存器的值時， 為防止讀取錯誤， 先要檢查DS2762 是否正在修改寄存器的內容。這可通過判斷EEPROM寄存器的EEC 位即可。

四、結束語

本文介紹的基于DS2762 芯片的鋰電池監測系統是一種便攜式儀器的一部分。系統硬件設計簡潔，且同單片機配合使用， 不僅極大地提高了智能化， 而且功能強大、操作方便， 能夠與其他功能協同工作。