初学者
10 分钟

使用NBM7100A和STM32F410RB延长不可充电初级电池的使用寿命

具有自适应功率优化功能的纽扣电池寿命延长器

BATT Boost 2 Click with Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

已发布 10月 09, 2024

点击板

BATT Boost 2 Click

开发板

Nucleo 64 with STM32F410RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F410RB

通过智能电源管理延长低功耗设备的电池寿命,完美适用于物联网传感器、工业设备和可穿戴设备

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

BATT Boost 2 Click基于Nexperia的NBM7100A,这是一款带有自适应电源优化的硬币电池寿命延长器,专为在低电压、低功耗应用中延长不可充电主电池的寿命而设计。该创新解决方案旨在解决与高脉冲电流需求相关的电压下降和电池寿命限制问题,通常出现在板背面附带的CR2032硬币电池等主电池中。NBM7100A的自适应学习算法监控系统的能量消耗,并优化内部DC-DC转换过程,以高效管理存储电容器中的剩余电荷,减少能源浪费。这使得BATT Boost 2 Click非常适合为无线物联网传感器、工业设备和可穿戴消费电子产品供电,尤其是在具有高内部电池阻抗和频繁功率需求突发的应用中,电池的高效使用至关重要。NBM7100A集成了两个高效的DC-DC转换阶段,并采用智能学习算法,最大限度地利用主电池的容量。第一阶段从电池中以低电流稳定提取能量,并将其存储在电容器中。然后,在第二阶段DC-DC转换

中释放该存储的能量,为VDH输出端子提供稳定的调节电压,并具有高脉冲负载能力。该设计使设备能够处理高达200mA的电流突发,而无需直接对电池施加大的脉冲电流,确保更长、更可预测的电池寿命。除了VDH端子外,BATT Boost 2 Click还具有另一个输出端子标记为VDP,作为“永久”供电端子,最大输出电流为5mA。VDP端子非常适合为“始终在线”的系统组件供电,例如主MCU的核心和I/O。在电源方面,NBM7100A的主电源可以通过3.3V mikroBUS™插座或板背面的硬币电池提供,选择通过VBAT SEL跳线进行。NBM7100A提供三种不同的工作模式:连续模式、按需模式和自动模式。连续模式适用于需要立即脉冲负载能力的应用,确保系统能够快速响应功率需求。按需模式则针对低占空比应用优化,适用于系统长时间处于休眠模式的应用。自动模式无需通过串行总线进行持续监控,而是通过mikroBUS™插座上的

ON引脚的高逻辑电平自动管理充电和工作状态之间的电源转换。BATT Boost 2 Click使用标准的2线I2C通信协议,使主MCU能够控制NBM7100A、修改默认配置设置并检索系统信息。I2C接口支持高达1MHz的时钟频率,设备地址可以通过ADDR SEL跳线选择,可以设置为位置0或1,分别对应I2C地址0x2E或0x2F。此外,mikroBUS™插座的几个引脚也用于进一步控制NBM7100A:ON引脚管理上述的自动模式,而RDY引脚提供高逻辑信号,表示NBM7100A已准备好为连接的负载提供全功率。此Click板™只能在3.3V逻辑电平下运行。在使用不同逻辑电平的MCU之前,必须进行适当的逻辑电平转换。此外,该Click板™还配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,供进一步开发参考。

BATT Boost 2 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32F410RB MCU 提供了一种经济高效且灵活的平台,供开发者探索新想法并原型设计他们的项目。该板利用 STM32 微控制器的多功能性,使用户能够为他们的项目选择最佳的性能与功耗平衡。它配备了 LQFP64 封装的 STM32 微控制器,并包含了如用户 LED(同时作为 ARDUINO® 信号)、用户和复位按钮,以及 32.768kHz 晶体振荡器用于精确的计时操作等基本组件。Nucleo-64 板设计考虑到扩展性和灵活性,它特有的 ARDUINO® Uno

V3 扩展连接器和 ST morpho 扩展引脚头,提供了对 STM32 I/O 的完全访问,以实现全面的项目整合。电源供应选项灵活,支持 ST-LINK USB VBUS 或外部电源,确保在各种开发环境中的适应性。该板还配备了一个具有 USB 重枚举功能的板载 ST-LINK 调试器/编程器,简化了编程和调试过程。此外,该板设计旨在简化高级开发,它的外部 SMPS 为 Vcore 逻辑供电提供高效支持,支持 USB 设备全速或 USB SNK/UFP 全速,并内置加密功能,提升了项目的功效

和安全性。通过外部 SMPS 实验的专用连接器、 用于  ST-LINK 的 USB 连接器以及 MIPI® 调试连接器,提供了更多的硬件接口和实验可能性。开发者将通过 STM32Cube MCU Package 提供的全面免费软件库和示例得到广泛支持。这些,加上与多种集成开发环境(IDE)的兼容性,包括 IAR Embedded Workbench®、MDK-ARM 和 STM32CubeIDE,确保了流畅且高效的开发体验,使用户能够充分利用 Nucleo-64 板在他们的项目中的能力。

Nucleo 64 with STM32C031C6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32768

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-64 配备了两个专有的 mikroBUS™ 插座,使得所有的 Click board™ 设备都可以轻松地与 STM32 Nucleo-64 开发板连接。这样,Mikroe 允许其用户从不断增长的 Click boards™ 范围中添加任何功能,如 WiFi、GSM、GPS、蓝牙、ZigBee、环境传感器、LED、语音识别、电机控制、运动传感器等。您可以使用超过 1537 个 Click boards™,这些 Click boards™ 可以堆叠和集成。STM32 Nucleo-64 开发板基于 64 引脚封装的微控制器,采用 32 位 MCU,配备 ARM Cortex M4 处理器,运行速度为 84MHz,具有 512Kb Flash 和 96KB SRAM,分为两个区域,顶部区域代表 ST-Link/V2 调试器和编程器,而底部区域是一个实际的开发板。通过 USB 连接方便地控制和供电这些板子,以便直接对 Nucleo-64 开发板进行编程和高效调试,其中还需要额外的 USB 线连接到板子上的 USB 迷你接口。大多数 STM32 微控制器引脚都连接到了板子左右边缘的 IO 引脚上,然后连接到两个现有的 mikroBUS™ 插座上。该 Click Shield 还有几个开关,用于选择 mikroBUS™ 插座上模拟信号的逻辑电平和 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器,使用任何 Click board™,无论 Click board™ 是否在 3.3V 或 5V 逻辑电压电平下运行。一旦将 STM32 Nucleo-64 开发板与我们的 Click Shield for Nucleo-64 连接,您就可以访问数百个工作于 3.3V 或 5V 逻辑电压电平的 Click boards™。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

NC
NC
AN
Auto Mode Control
PC12
RST
ID COMM
PB12
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Status Indicator
PC14
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB8
SCL
I2C Data
PB9
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

原理图

BATT Boost 2 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 64 with STM32F410RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32F401RE MCU front image hardware assembly
LTE IoT 5 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE IoT 5 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32XXX MCU Access MB 1 Mini B Conn - 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
Clicker 4 for STM32F4 HA 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

通过调试模式的应用程序输出

1. 一旦代码示例加载完成,按下 "DEBUG" 按钮将启动构建过程,并将其编程到创建的设置上,然后进入调试模式。

2. 编程完成后,IDE 中将出现一个带有各种操作按钮的标题。点击绿色的 "PLAY" 按钮开始读取通过 Click board™ 获得的结果。获得的结果将在 "Application Output" 标签中显示。

DEBUG_Application_Output

软件支持

库描述

该库包含 BATT Boost 2 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • battboost2_set_vset - 此函数用于控制BATT Boost 2 Click上带有自适应电源优化的NBM7100ABQX的输出电压电平。

  • battboost2_high_impedance_mode - 此函数用于配置NBM7100ABQX在BATT Boost 2 Click的待机和工作状态下的VDH高阻抗模式。

  • battboost2_set_on_pin_state - 此函数设置BATT Boost 2 Click上带有自适应电源优化的NBM7100ABQX的ON(RST)引脚的所需状态。

开源

代码示例

这个示例可以在 NECTO Studio 中找到。欢迎下载代码,或者您也可以复制下面的代码。

/*!
 * @file main.c
 * @brief BATT Boost 2 Click example
 *
 * # Description
 * This library contains API for the BATT Boost 2 Click driver.
 * This driver provides the functions to control battery energy management 
 * device designed to maximize usable capacity from non-rechargeable.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization of I2C module and log UART.
 * After driver initialization, the app executes a default configuration, 
 * sets the output voltage to 1.8V, charge current to 16mA, 
 * and early warning voltage to 2.6V.
 *
 * ## Application Task
 * This example demonstrates the use of the BATT Boost 2 Click board. 
 * The demo application uses two operations in two states: 
 * the charging state and the active state. First, when the device is in a Charge state, 
 * the external storage capacitor is charging from VBT using a constant current 
 * and displays storage capacitor voltage levels and charge cycle count.
 * Upon completion of a Charge state, the device transitions to the Active state 
 * at which time VDH becomes a regulated voltage output of 1.8V (default configuration), 
 * displays storage capacitor voltage level, and monitors alarms 
 * for low output voltage (below 1.8V) and early warning (below 2.4V). 
 * Results are being sent to the UART Terminal, where you can track their changes.
 *
 * @author Stefan Ilic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "battboost2.h"

static battboost2_t battboost2;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    battboost2_cfg_t battboost2_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.
    battboost2_cfg_setup( &battboost2_cfg );
    BATTBOOST2_MAP_MIKROBUS( battboost2_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( I2C_MASTER_ERROR == battboost2_init( &battboost2, &battboost2_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( BATTBOOST2_ERROR == battboost2_default_cfg ( &battboost2 ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void ) 
{
    float vcap = 0;
    uint8_t status = 0;
    uint32_t chenergy = 0;

    if ( BATTBOOST2_STATUS_READY != battboost2_get_ready( &battboost2 ) )
    {
        if ( BATTBOOST2_OK == battboost2_set_op_mode( &battboost2, BATTBOOST2_OP_MODE_CHARGE ) )
        {
            log_printf( &logger, "\nOperating state: Charge\r\n" );
        }

        if ( BATTBOOST2_OK == battboost2_get_vcap( &battboost2, &vcap ) )
        {
            log_printf( &logger, " Capacitor Voltage: %.2f V \r\n", vcap );
        }

        if ( BATTBOOST2_OK == battboost2_get_chenergy( &battboost2, &chenergy ) )
        {
            log_printf( &logger, " Charge cycle count: %lu \r\n", chenergy );
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
    else
    {
        if ( BATTBOOST2_OK == battboost2_set_op_mode( &battboost2, BATTBOOST2_OP_MODE_ACTIVE ) )
        {
            log_printf( &logger, "\nOperating state: Active\r\n" );
            if ( BATTBOOST2_OK == battboost2_get_vcap( &battboost2, &vcap ) )
            {
                log_printf( &logger, " Capacitor Voltage: %.2f V \r\n", vcap );
            }

            if ( BATTBOOST2_OK == battboost2_get_status( &battboost2, &status ) )
            {
                if ( BATTBOOST2_STATUS_EW & status )
                {
                    log_printf( &logger, " Status: Early warning.\r\n" );
                }

                if ( BATTBOOST2_STATUS_ALRM & status )
                {
                    log_printf( &logger, " Status: Low output voltage in the Active state.\r\n" );
                }
            }
        }
        Delay_ms ( 1000 );
    }
}

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;
}

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

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