鉅大LARGE | 點擊量：1272次 | 2020年03月18日
電池管理及監控設計介紹
1.前言
隨著信息技術的飛速發展，移動終端設備如手機、pDA、掌上電腦等產品正越來越多地得到廣泛使用。加上目前移動終端設備的處理器性能不斷提高、無線應用程序不斷新增、圖形功能越來越先進。功能上的新增，導致了移動終端產品的功耗越來越大;因此，對電池的提出了更高的性能要求，尤其體現在電池的管理方面，其中包括電池的充電管理和電池的監控，這是嵌入式產品開發中必須考慮的問題。
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bq24032A對電池進行充電。此芯片供應整個系統的電源輸出。其中電池管理芯片bq24032A的VBAT接于電池監控芯片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，系統將自動采用第二種輸入電源進行輸入，電池輸入作為最后的選擇，當USB或AC電源不存在時才選擇使用電池作為供電源。pSEL被設置為低時，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.電池驅動模型和驅動初始化過程
WindowCE中包含的樣本設備驅動程序分為兩種類型：單片驅動程序(Monolithicdevicedriver)和分層驅動程序(LayeredDevicedriver)。采用分層開發模式可以降低開發難度，縮短開發周期，在電池驅動開發中使用分層驅動開發模式。
分層驅動程序由兩個獨立的層組成：上層是模型設備驅動程序(MDD)，下層是依賴平臺的驅動程序(pDD)。設備驅動程序服務器供應的接口(DDSI)是在pDD中實現的函數集，并由MDD調用。由于微軟供應了所有與MDD模塊相關的源代碼，所以對這部分不用做任何改動，只需將自己的pDD模塊與MDD模塊鏈結成一個公用庫即可。MDD通過IoCTLS調用pDD中的特定函數來訪問硬件的具體特性。
WindowsCE電池驅動要求的MDD函數包括：
Init、Deinit、Open、Close、Read、Write、Seek、powerDown、powerUp、IOControl。
WindowsCE電池驅動要求的pDD函數包括：
BatterypDDInitialize、BatterypDDDeinitialize、BatterypDDGetStatus、BatterypDDGetLevels、
BatterypDDSupportsChangeNotification、BatterypDDpowerHandler、BatterypDDResume。
電池驅動初始化過程
在系統上電自檢成功后，上層調用電池驅動入口函數，進行電池驅動初始化工作：
(1)判斷是否已經進行中斷事件初始化，假如沒有初始化，則進行下面的操作，假如已經進行了一次初始化，則關閉事件句柄。
(2)初始化電池全局變量。
(3)假如中斷事件成功，則調用ResumeThreadproc創建電池線程。在線程的主調函數中，設置電池線程的優先級，然后在循環中等待中斷事件。
(4)調用pDD層的初始化函數BatterypDDInitialize;在pDD層中，為GpIO寄存器和電源管理寄存器開辟兩段虛擬內存。
(5)初始化AC97的寄存器。
(6)初始化存放電池電量值的環形緩沖區。
(7)調用BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數更新電池電量結構體pSYSTEMpOWERSTATUS_EX2中的數據。
4.BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數
BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數重要獲取系統電源狀態值。在執行過程中是通過調用BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數來完成的。而BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數調用BatterypDDGetStatus函數以獲取電池狀態信息，BatterypDDGetStatus函數通過調用GetMainBatteryVoltage獲取主電池電壓值，通過調用GetpowerDevStatus獲取電池設備狀態，并獲取剩余電量的比例值。下圖3為BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數調用關系圖：
5.CalcMainBatteryVoltage獲取電池電壓值
6.電池電量計算方法
原來電池電量百分比顯示的其實是電壓百分比。可是硬件方面測試發現，電池電量和電池電壓并非成簡單的線性關系，因此要分區間進行百分比的轉換校正。常溫下，我們設備獲得的電池電壓和電量曲線大致如下(圖5)：
在驅動程序中創建了一個為16個字長度的環形緩沖區，采樣點數新增為16個，這樣可以新增對采樣結果的可靠性。電池電壓采樣值even_samp為16個采樣值的和去掉一個最大值和一個最小值后再取平均值。
在我們的移動終端設備中，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間的分界線，可分為4.10V~3.80V，3.80V~3.60V，3.60V~3.30V這三個區間，對電池電壓值進行分區間的處理，三個區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)
在進行電池電量百分比的轉換時，當我們獲得在559~455區間內的采樣值后，首先獲得原來的百分比值voltage_percent=(even_samp-455)*l00/(559-455)。然后針對不同的區間進行相應的調整，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)
通過對以上三個區間的分別處理，這樣就獲得了相對正確的電池電量。
7.小結
本文介紹了在WindowsCE系統中,基于電池充電管理芯片bq24032A和電池監控芯片bq26220芯片的電池驅動的實現。重要介紹了電池電壓的獲取和電池電量的計算方法。對電池管理供應了很好的借鑒。
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