基于STM8L的便携电池电量管理模块设计

基于STM8L的便携电池电量管理模块设计

王润雨张持健周琦程玲

安徽师范大学物理与电子信息学院安徽芜湖241020

摘要：本设计给出了一种基于STM8L单片机的电池剩余电量检测与显示的方案，通过ADC采样得出电池电量和温度等相关数据，并能够直观显示在OLED屏幕上，而且该系统还具有低功耗的特点。

关键词：单片机电量显示低功耗

在实际生活应用中，电池电量管理系统（BMS）一直承担着十分重要的角色，通过电池电量管理系统（BMS）可以对电池剩余电量进行估计，可以有效预防电池组产生过放或者过充等现象，对于延长电池寿命具有十分重要的意义。

目前的电池SOC估计的算法有:安时计量法，内阻法，线性模型法，负载电压法等。安时积分法由于电路结构简单并且易于实现，在电池管理系统中使用最为广泛。

本设计是基于STM8L151F2这款单片机实现电池电量检测功能。

一、系统架构与实现

本电量检测系统是基于STM8L151F2这款单片机实现功能的，具体架构图如下图所示。

系统架构框图

如上图中所示，有两种工作模式。其中未接通充电电源模式下采用低功耗的方法，在未接充电器并需要检测电量的时候，通过按键按下后控制单片机工作检测当前电量并显示在OLED上，延时3～4秒后令单片机停止工作，从而达到低功耗的目的；而在接通充电电源后，不用按键直接进入电量显示状态，在此状态下，不用考虑低功耗，电量显示持续进行，直到充电结束，充电器取下后结束显示。

二、硬件电路

1.单片机工作电路。

STM8L15系列单片机是一款超低功耗的8位MCU，拥有32K的FLASH和1K的EEPROM，支持多种通讯方式。其性能足够处理DS2780独立式电量计IC传来的数据并显示在OLED上。

2.数据采样电路。

DS2780用于测量可充电锂离子和锂离子聚合物电池的电压、温度和电流，并估算剩余电量。用于计算的电池特性参数和应用参数存储在STM8上的EEPROM中。根据电流温度特性、放电速率、存储电荷与应用参数对可用电量进行估算。估算电量值以mAh和满容量的百分比为单位提供。

3.显示电路。

显示电路由OLED及外围电路组成，根据电量寄存器的内容，通过OLED显示屏报告在当前温度、放电速率、存储电荷以及应用参数下，剩余电量的保守估计。剩余电量估算结果以毫安时和满容量的百分比表示。

三、系统软件实现

在电量显示过程中，若单片机的POWEＲ_CTＲL脚（9脚）置1，则说明系统开始工作，单片机进行ADC、OLED等相关初始化工作，并进行工作方式的设定之后在中断程序中进行电量的采集工作。与此同时，单片机检测CHG_CTＲL（10脚）是否为高电平，若为高电平，则说明处于充电状态，持续检测并始终工作；若为低电平，则说明处于显示状态，计时器计数3s后关闭系统，进入低功耗状态。中断程序中，为保证采样精度设置每50ms进入一次。

四、实验结果

根据硬件和软件的设计和调试，对于5v充电器的充电情况分别进行了低功耗测试和电量显示测试。

实验结果表明：

1.当充电器没有接上电源时，只有在按下按键时OLED屏点亮，显示电池状态，但是在3秒后，在无任何操作情况下，系统停止工作，OLED屏幕熄灭。

2.当充电器接上电源时，系统自动开始工作，显示实时工作状态，OLED屏幕一直点亮。

实验结果说明，系统硬件软件功能调试成功，各项功能均可实现，达到了实验的要求。

五、结束语

本设计针对电池电量检测和显示问题进行了相关研究，采用STM8芯片作为主控单片机，并通过ADC采样检测剩余电池电量等相关数据，实现了对锂电池电量、温度的检测和显示等功能，并且还具有低功耗的特点。

参考文献

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