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30 分钟

使用MCP73123和ATmega328P实现更智能的充电

保持电力,保持高效

Charger 11 Click with Arduino UNO Rev3

已发布 6月 25, 2024

点击板

Charger 11 Click

开发板

Arduino UNO Rev3

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

ATmega328P

快速、安全、可靠的充电,永不让您失望。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Charger 11 Click基于Microchip的MCP73123,这是一款高度集成的磷酸铁锂(LiFePO4)电池充电管理控制器,适用于空间有限和成本敏感的应用。由于专门为LiFePO4电池设计的充电算法,MCP73123是一款高效的磷酸铁锂电池充电器,可以在最短的充电时间内实现最佳容量和安全性。除了物理尺寸小之外,较少的外部组件使该IC非常适合各种应用。MCP73123采用恒定电流和恒定电压充电算法。3.6V的出厂预设参考电压简化了设计。数字电位器MCP4161通过外部串联的1K电阻设置快速充电恒定电流。MCP73123还基于高功率或环境条件下的温度限制充电电流。这种热调节优化了充电周期时间,同时保持设备的可靠性。MCP73123的PROG引脚也用作使能引脚,在此Click板上,它与数字电位器以变

阻器配置连接,从而可以控制充电电流。Charger 11 Click上的数字电位器是MCP4161,使用SPI接口提供广泛的产品选择。WiperLock技术允许应用特定的校准设置保存在EEPROM中。这个数字电位器通过其P0A控制引脚与充电IC相连。可以通过在MCP4161上分配0到10千欧姆的值来控制电池充电。由于串联有1K电阻,MCP73123充电器的PROG引脚上电阻永远不会是0欧姆。但是,最大电阻不能超过11千欧姆。可以通过在PROG引脚上设置10K来调节快速充电以获得130 mA。要获得1000 mA,数字电位器需要降到0.1 K,加上外部电阻,使总电阻为1.1 K。通过SPI接口与该Click上的数字电位器进行通信并控制充电器。Charger 11 Click的另一个特点是电池电压监测,它使用MCP3221模拟到数字转换

器。它是一款12位分辨率的SOT12封装设备,基于先进的CMOS技术,提供单端输入。与MCP3221的通信通过I2C接口进行,该设备可在标准模式和快速模式下使用。Charger 11 Click用于电压参考使用MCP1541,它具有高精度的4.096伏输出电压,然后与电池电压进行比较以获得精确的测量。该电压参考电路结合了先进的CMOS设计和EPROM定时,提供±1%最大初始公差。在Click板右侧是带有相应标记的输入螺钉端子,可以施加推荐的6V外部电压。左侧螺钉端子保留用于磷酸铁锂电池,标记为GND和VBAT+。连接到电源时,绿色PWR LED会指示。红色LED1和绿色LED2可用于可视充电监测。这两个LED是多用途的,可用于各种用途。

Charger 11 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

Li-Polymer电池是强调移动性的设备中提供可靠且持久电源的理想解决方案。其与mikromedia板的兼容性确保了无需额外修改即可轻松集成。该电池具有3.7V的电压输出,满足许多电子设备的标准要求。此外,2000mAh的容量能够储存大量能量,提供持续的电。Li-Polymer电池是强调移动性的设备中提供可靠且持久电源的理想解决方案。其与mikromedia板的兼容性确保了无需额外修改即可轻松集成。该电池具有3.7V的电压输出,满足许多电子设备的标准要求。此外,2000mAh的容量能够储存大量能量,提供持续的电力,减少频繁充电或更换的需求。总体而言,Li-Polymer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多种类的Li-Polymer电池。

Charger 11 Click accessories image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Red LED Indicator
PC0
AN
NC
NC
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
Green LED Indicator
PD6
PWM
Battery Charge Status
PC3
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PC5
SCL
I2C Data
PC4
SDA
Power Supply
5V
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

Charger 11 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
Board mapper by product8 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

此库包含Charger 11 Click驱动程序的API。

关键功能:

  • charger11_spi_increment_wiper - 增加滑动变阻器位置

  • charger11_spi_decrement_wiper - 减少滑动变阻器位置

  • charger11_i2c_get_volt - 获取输出电压

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 main.c
 * @brief Charger11 Click example
 *
 * # Description
 * This is an example that demonstrates the use of the Charger 11 Click board.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initalizes INT ( ST ), PWM ( LG ), AN ( LR ) pins and SPI, I2C, LOG modules.
 *
 * ## Application Task
 * Waits for user input in order to increment, decrement wiper or log report 
 * (Wiper position and Output voltage)
 * 
 * Additional Functions :
 * - charger11_log_wiper_position( charger11_t *ctx ) - Logs current Wiper position.
 * - charger11_case_plus( charger11_t *ctx ) - Increments Wiper position.
 * - charger11_case_minus( charger11_t *ctx ) - Decrements Wiper position.
 * - charger11_case_report( charger11_t *ctx ) - Logs current Wiper position and Output voltage.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "charger11.h"

static charger11_t charger11;
static log_t logger;

/**
 * @brief Charger 11 log wiper position.
 * @details This function reads wiper position and logs it on UART terminal.
 */
void charger11_log_wiper_position( charger11_t *ctx );

/**
 * @brief Charger 11 increase wiper position.
 * @details This function increases wiper position and logs it on UART terminal.
 */
void charger11_case_plus( charger11_t *ctx );

/**
 * @brief Charger 11 decrease wiper position.
 * @details This function decreases wiper position and logs it on UART terminal.
 */
void charger11_case_minus( charger11_t *ctx );

/**
 * @brief Charger 11 log wiper position and voltage.
 * @details This function reads wiper position and voltage and logs them on UART terminal.
 */
void charger11_case_report( charger11_t *ctx );

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    charger11_cfg_t charger11_cfg;  /**< Click config object. */

    /** 
     * 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.
    charger11_cfg_setup( &charger11_cfg );
    CHARGER11_MAP_MIKROBUS( charger11_cfg, MIKROBUS_1 );
    err_t init_flag  = charger11_init( &charger11, &charger11_cfg );
    if ( ( I2C_MASTER_ERROR == init_flag ) || ( SPI_MASTER_ERROR == init_flag ) ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    charger11_case_report( &charger11 );
}

void application_task ( void ) {
    char uart_char;
    if ( log_read( &logger, &uart_char, 1 ) ) {
        switch (uart_char) {
            case '+' : {
                charger11_case_plus( &charger11 );
                break;
            }
            case '-' : {
                charger11_case_minus( &charger11 );
                break;
            }
            case 'r' : {
                charger11_case_report( &charger11 );
                break;
            }
            default : {
                log_printf( &logger, "> Invalid command \r\n" );
                break;
            }
        }
    }
}

int main ( void ) 
{
    /* Do not remove this line or clock might not be set correctly. */
    #ifdef PREINIT_SUPPORTED
    preinit();
    #endif
    
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

void charger11_log_wiper_position( charger11_t *ctx ) {
    float wiper_position;
    uint8_t aux_wiper_position;
    aux_wiper_position = charger11_spi_get_wiper_position( ctx );

    wiper_position = ( float ) aux_wiper_position / 255.0;
    wiper_position *= 100.0;
    log_printf( &logger, "> Wiper position : %.2f %%\r\n", wiper_position );
}

void charger11_case_plus( charger11_t *ctx ) {
    log_printf( &logger, "> Wiper incremented\r\n" );
    charger11_spi_increment_wiper( ctx );
    charger11_log_wiper_position( ctx );
}

void charger11_case_minus( charger11_t *ctx ) {
    log_printf( &logger, "> Wiper decremented\r\n" );
    charger11_spi_decrement_wiper( ctx );
    charger11_log_wiper_position( ctx );
}

void charger11_case_report( charger11_t *ctx ) {
    float volt_data;
    charger11_log_wiper_position( ctx );
    volt_data = charger11_i2c_get_volt( ctx, 4096.0 );
    log_printf( &logger, "> Output voltage : %d mV\r\n", ( uint16_t ) volt_data );
}

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

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