電池管理及監(jiān)控設(shè)計

1、電池管理及監(jiān)控設(shè)計    1. 前言隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，移動終端設(shè)備如手機、PDA、掌上電腦等產(chǎn)品正越來越多地得到廣泛使用。加上目前移動終端設(shè)備的處理器性能不斷提高、無線應(yīng)用程序不斷增加、圖形功能越來越先進。功能上的增加，導致了移動終端產(chǎn)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(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)品開發(fā)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。此芯片提

2、供整個系統(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）。如果主輸入電源不可用，系統(tǒng)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(shè)置為低時，USB被選擇為主輸入1。下圖1為電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖：圖1 電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖2.2. 電池監(jiān)控芯片bq26220bq26220芯片是先進的電池設(shè)備監(jiān)控模塊，它可精確地測量充電和放電電流，并支持所有管理

3、電池容量的必要功能，這個芯片可用于手持電話、PDA、和另外的便攜式產(chǎn)品中。bq26220芯片和主控制器一起執(zhí)行電池的管理功能，主控制器負責將bq26220的數(shù)據(jù)傳送到終端用戶電源管理系統(tǒng)中和接收相應(yīng)的數(shù)據(jù)。這個模塊提供64比特通用閃存，8比特的ID ROM，和32比特的RAM存儲空間。這些非易失的存儲空間能夠保存電池的監(jiān)控信息或關(guān)鍵的電池參數(shù)。其中，BAT為電池電壓檢測輸入端口，這個引腳被用于檢測和測量電池的電壓值。HDQ為單線HDQ接口，是一個單線串行通信接口，它是雙向輸入的，負責將寄存器的信息傳遞給主控制器，并接收主控制器的信息到寄存器中，電池監(jiān)控芯片bq26220 的HDQ端口接于PXA

4、272處理器的GPIO119端口2。下圖2為bq26220芯片原理模塊圖：3. 電池驅(qū)動模型和驅(qū)動初始化過程indow CE中包含的樣本設(shè)備驅(qū)動程序分為兩種類型：單片驅(qū)動程序（onolithic device driver）和分層驅(qū)動程序（ayered Device driver）。采用分層開發(fā)模式可以降低開發(fā)難度，縮短開發(fā)周期，在電池驅(qū)動開發(fā)中使用分層驅(qū)動開發(fā)模式。分層驅(qū)動程序由兩個獨立的層組成：上層是模型設(shè)備驅(qū)動程序（），下層是依賴平臺的驅(qū)動程序（）。設(shè)備驅(qū)動程序服務(wù)器提供的接口（）是在中實現(xiàn)的函數(shù)集，并由調(diào)用。由于微軟提供了所有與模塊相關(guān)的源代碼，所以對這部分不用做任何改動，只需將自己的

5、模塊與模塊鏈結(jié)成一個公用庫即可3。MDD通過IoCTLS調(diào)用PDD中的特定函數(shù)來訪問硬件的具體特性。Windows CE電池驅(qū)動要求的MDD函數(shù)包括：Init、Deinit、Open、Close、Read、Write、Seek、PowerDown、PowerUp、IOControl。Windows CE電池驅(qū)動要求的PDD函數(shù)包括：BatteryPDDInitialize、BatteryPDDDeinitialize、BatteryPDDGetStatus、BatteryPDDGetLevels、BatteryPDDSupportsChangeNotification、BatteryPDDPo

6、werHandler、 BatteryPDDResume。電池驅(qū)動初始化過程在系統(tǒng)上電自檢成功后，上層調(diào)用電池驅(qū)動入口函數(shù)，進行電池驅(qū)動初始化工作：(1)判斷是否已經(jīng)進行中斷事件初始化，如果沒有初始化，則進行下面的操作，如果已經(jīng)進行了一次初始化，則關(guān)閉事件句柄。(2)初始化電池全局變量。(3)如果中斷事件成功，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，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辟兩段虛擬內(nèi)存。(5)初始化AC97的寄存器。(

7、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PSYSTEM POWERSTATUS_ EX2中的數(shù)據(jù)。4. BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數(shù)BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數(shù)主要獲取系統(tǒng)電源狀態(tài)值。在執(zhí)行過程中是通過調(diào)用BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數(shù)來完成的。而BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數(shù)調(diào)用BatteryPDDGetStatus函數(shù)以獲取電池狀態(tài)信息，

8、BatteryPDDGetStatus函數(shù)通過調(diào)用GetMainBatteryVoltage獲取主電池電壓值，通過調(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Bq26220通過BAT端口檢測電池電源，并且通過寄存器BATH-BATL傳遞給上層。這個BATH（地址0x72從第0比特到第2比特）和BATL低比特寄存器（地址0x71從第0比特到第7比特）包含電池電壓經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換后的結(jié)果。這個電壓以11比特、2.4

9、4mV為步長、并帶有LSB的二進制形式表達出來。BATH寄存器的第3比特代表MSB，BATL的第0比特代表LSB。最大電壓測量范圍為5V。BATH寄存器的第3比特到第7比特存儲電壓ADC后的偏移量信息，這個最重要的信息比特是在4比特（第3比特到第7比特）偏移數(shù)據(jù)后的標記比特。LSB獲取修正因子，以Vμ為單位，主控制器負責通LSB 獲取修正因子和偏移量來測量ADC后的電壓值。下面是計算公式：正確的×（2.44LSB修正因子）偏移量 BATVBATV計算舉例如下：例如：如果真實的LSB2.45mV，偏移量80mV計算正確的： BATVLSB修正因子10V0.001 mV偏移

10、量10 ×8mV80 mV正確的×（2.440.01）80 BATVBATV程序具體實現(xiàn)流程如下圖4：6. 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?？墒怯布矫鏈y試發(fā)現(xiàn)，電池電量和電池電壓并非成簡單的線性關(guān)系，因此需要分區(qū)間進行百分比的轉(zhuǎn)換校正。常溫下，我們設(shè)備獲得的電池電壓和電量曲線大致如下(圖5)：圖5 電池電壓和電量的關(guān)系圖在驅(qū)動程序中創(chuàng)建了一個為16個字長度的環(huán)形緩沖區(qū)，采樣點數(shù)增加為16個，這樣可以增加對采樣結(jié)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(shè)備中，電池的最大電

11、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4.10V3.80V，3.80V3.60V，3.60V3.30V這三個區(qū)間，對電池電壓值進行分區(qū)間的處理，三個區(qū)間上的曲線斜率近似為：4.1V3.80V：Kl=(10070)(4.103.80)3.80V3.60V：K2=(7020)(3.803.60)3.60V3.30V：K3=20(3.603.30)4.10V3.30V：K=100(4.103.30)在進行電池電量百分比的轉(zhuǎn)換時，當我們獲得在559455區(qū)間內(nèi)的采樣值后，首先獲得原來的百分比值voltage_percent= (even_samp455) * l00/(559455)。然后針對不同的區(qū)間進行相應(yīng)的調(diào)整，得到的電量百分比分別為：4.10V3.80V：voltage_ercent+=(4.10even_samp * 7.5/1024)×(KK1)3.80V3.60V：voltage_percent+=(3.80even_samp * 7.5/1024)×(KK2)3.60V3.30V：voltag