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30 分钟

使用 MCP3202 和 ATmega328P 创建电压平衡解决方案

为两节锂离子电池提供过压保护

Balancer 2 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 24, 2024

点击板

Balancer 2 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

完美的解决方案,适用于电压监测、电动工具、电池平衡、便携设备和仪器设备。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Balancer 2 Click是一款带有两个独立电池电压监测电路、过压供应检测和自动电池平衡功能的Click板。Balancer 2 Click监测每个电池的电压并校正电压差异。结合锂聚合物/锂离子电池充电器,该Click板可以在广泛的应用中使用,从可靠且高效的电池充电电路中获益。Balancer 2 Click旨在平衡串联连接的两个锂聚合物/锂离子电池。它包含了所需的模拟电路,为所描述的设备中每个电池制作了两个独立的模块。每个模块由一个用作功率晶体管的MOSFET组成 - 来自Vishay的Si7858BDP。除了

MOSFET外,该电路还包含一个用于基于通过分流电阻(R7和R17)流动的电流进行自动栅极偏置调节的晶体管。每个输出还通过光耦合器进行光电隔离,以确保Click板的良好可靠性,不受使用的外部电源的影响。为此,使用了来自Everlight的EL357N-G光耦合器。上述两个电路块组合起来形成了电池平衡器。此外,该Click板还具有供电电压保护。如果供电电压超过8.4V,则主P-MOSFET将被关闭,电池将处于安全状态。Balancer 2 Click的第三部分是基于Microchip的MCP3202的电压监测电路,

MCP3202是一款带有SPI串行接口的双通道12位A/D转换器。通过专用的电压分压器,电池电压被带到ADC输入,这些分压器将电压信号水平调整到ADC输入。通过这种方式,可以实现直接的输出电压,因此用户可以根据读取的电压参数独立地切换电池。该Click板可以通过VCC SEL跳线选择使用3.3V或5V逻辑电压级别。通过这种方式,既能够3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线。然而,该Click板配备了一个包含易于使用的函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Balancer 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Arduino UNO 是围绕 ATmega328P 芯片构建的多功能微控制器板。它为各种项目提供了广泛的连接选项,具有 14 个数字输入/输出引脚,其中六个支持 PWM 输出,以及六个模拟输入。其核心组件包括一个 16MHz 的陶瓷谐振器、一个 USB 连接器、一个电

源插孔、一个 ICSP 头和一个复位按钮,提供了为板 子供电和编程所需的一切。UNO 可以通过 USB 连接到计算机,也可以通过 AC-to-DC 适配器或电池供电。作为第一个 USB Arduino 板,它成为 Arduino 平台的基准,"Uno" 符号化其作为系列首款产品的地

位。这个名称选择,意为意大利语中的 "一",是为了 纪念 Arduino Software(IDE)1.0 的推出。最初与 Arduino Software(IDE)版本1.0 同时推出,Uno 自此成为后续 Arduino 发布的基础模型,体现了该平台的演进。

Arduino UNO Rev3 double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

AVR

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

Microchip

引脚数

28

RAM (字节)

2048

你完善了我!

配件

Click Shield for Arduino UNO 具有两个专有的 mikroBUS™ 插座,使所有 Click board™ 设备能够轻松与 Arduino UNO 板进行接口连接。Arduino UNO 是一款基于 ATmega328P 的微控制器开发板,为用户提供了一种经济实惠且灵活的方式来测试新概念并构建基于 ATmega328P 微控制器的原型系统,结合了性能、功耗和功能的多种配置选择。Arduino UNO 具有 14 个数字输入/输出引脚(其中 6 个可用作 PWM 输出)、6 个模拟输入、16 MHz 陶瓷谐振器(CSTCE16M0V53-R0)、USB 接口、电源插座、ICSP 头和复位按钮。大多数 ATmega328P 微控制器的引脚都连接到开发板左右两侧的 IO 引脚,然后再连接到两个 mikroBUS™ 插座。这款 Click Shield 还配备了多个开关,可执行各种功能,例如选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平,以及选择 mikroBUS™ 插座本身的逻辑电压电平。此外,用户还可以通过现有的双向电平转换电压转换器使用任何 Click board™,无论 Click board™ 运行在 3.3V 还是 5V 逻辑电压电平。一旦将 Arduino UNO 板与 Click Shield for Arduino UNO 连接,用户即可访问数百种 Click board™,并兼容 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的设备。

Click Shield for Arduino UNO accessories 1 image

锂聚合物电池是对依赖可靠和持久电源供应,同时强调移动性的设备而言的理想解决方案。其与mikromedia板的兼容性确保了在不进行额外修改的情况下轻松集成。具有3.7V的电压输出,该电池满足许多电子设备的标准要求。此外,拥有2000mAh的容量,可以存储大量能量,为长时间提供持续的电源。这个特性最小化了频繁充电或更换电池的需求。总的来说,锂聚合物电池是一种可靠且自主的电源,非常适合需要稳定和持久能源解决方案的设备。您可以在我们的产品中找到更广泛的锂聚合物电池选择。

Balancer 2 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Cell 1
PC0
AN
Supply
PD2
RST
SPI Chip Select
PB2
CS
SPI Clock
PB5
SCK
SPI Data OUT
PB4
MISO
SPI Data IN
PB3
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Cell 2
PD6
PWM
Status
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
NC
NC
SCL
NC
NC
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Balancer 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Arduino UNO Rev3作为您的开发板开始。

Click Shield for Arduino UNO front image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 front image hardware assembly
Charger 27 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Charger 27 Click complete accessories setup image hardware assembly
Arduino UNO Rev3 Access MB 1 - upright/background hardware assembly
Necto image step 2 hardware assembly
Necto image step 3 hardware assembly
Necto image step 4 hardware assembly
Necto image step 5 hardware assembly
Necto image step 6 hardware assembly
Arduino UNO MCU Step hardware assembly
Necto No Display image step 8 hardware assembly
Necto image step 9 hardware assembly
Necto image step 10 hardware assembly
Debug Image Necto Step hardware assembly

实时跟踪您的结果

应用程序输出

1. 应用程序输出 - 在调试模式下,“应用程序输出”窗口支持实时数据监控,直接提供执行结果的可视化。请按照提供的教程正确配置环境,以确保数据正确显示。

2. UART 终端 - 使用UART Terminal通过USB to UART converter监视数据传输,实现Click board™与开发系统之间的直接通信。请根据项目需求配置波特率和其他串行设置,以确保正常运行。有关分步设置说明,请参考提供的教程

3. Plot 输出 - Plot功能提供了一种强大的方式来可视化实时传感器数据,使趋势分析、调试和多个数据点的对比变得更加直观。要正确设置,请按照提供的教程,其中包含使用Plot功能显示Click board™读数的分步示例。在代码中使用Plot功能时,请使用以下函数:plot(insert_graph_name, variable_name);。这是一个通用格式,用户需要将“insert_graph_name”替换为实际图表名称,并将“variable_name”替换为要显示的参数。

软件支持

库描述

该库包含 Balancer 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • balancer2_get_batttery_lvl - 获取实际电池电平的函数

  • balancer2_adc_to_mv - 将ADC值转换为毫伏的函数

  • balancer2_read_adc - 读取ADC值的函数

开源

代码示例

完整的应用程序代码和一个现成的项目可以通过NECTO Studio包管理器直接安装到NECTO Studio 应用程序代码也可以在MIKROE的GitHub账户中找到。

/*!
 * \file 
 * \brief Balancer2 Click example
 * 
 * # Description
 * This application enable the batery charge. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 * 
 * ## Application Init 
 * Sets reference volatage of device, sets pins for supply and cells to high.
 * 
 * ## Application Task  
 * Every 2 seconds logs readings of battery mV lvl
 * 
 * 
 * \author MikroE Team
 *
 */
// ------------------------------------------------------------------- INCLUDES

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "balancer2.h"

// ------------------------------------------------------------------ VARIABLES

static balancer2_t balancer2;
static log_t logger;

void application_init ( void )
{
    log_cfg_t log_cfg;
    balancer2_cfg_t cfg;

    /** 
     * Logger initialization.
     * Default baud rate: 115200
     * Default log level: LOG_LEVEL_DEBUG
     * @note If USB_UART_RX and USB_UART_TX 
     * are defined as HAL_PIN_NC, you will 
     * need to define them manually for log to work. 
     * See @b LOG_MAP_USB_UART macro definition for detailed explanation.
     */
    LOG_MAP_USB_UART( log_cfg );
    log_init( &logger, &log_cfg );
    log_info( &logger, "---- Application Init ----" );

    //  Click initialization.

    balancer2_cfg_setup( &cfg );
    BALANCER2_MAP_MIKROBUS( cfg, MIKROBUS_1 );
    balancer2_init( &balancer2, &cfg );

    Delay_ms( 100 );
    log_printf( &logger, "--------------------\r\n" );
    log_printf( &logger, "  Balancer 2 Click  \r\n" );
    log_printf( &logger, "--------------------\r\n" );
    Delay_ms( 100 );
    balancer2_default_cfg ( &balancer2 );
    Delay_ms( 100 );
}

void application_task ( void )
{
    float battery;

    battery = balancer2_get_batttery_lvl( &balancer2, BALANCER2_BATT1 );
    log_printf( &logger, "Battery 1 : %f mV\r\n", battery );

    battery = balancer2_get_batttery_lvl( &balancer2, BALANCER2_BATT2 );
    log_printf( &logger, "Battery 2 : %f mV\r\n", battery );

    battery = balancer2_get_batttery_lvl( &balancer2, BALANCER2_BATT_BOTH );
    log_printf( &logger, "Batteries : %f mV\r\n", battery );

    log_printf( &logger, "__________________________________________\r\n" );

    Delay_ms( 2000 );
}

void main ( void )
{
    application_init( );

    for ( ; ; )
    {
        application_task( );
    }
}


// ------------------------------------------------------------------------ END

额外支持

资源

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