中级
30 分钟

使用LTC3110和STM32F031K6实现能量优化

精确充电,完美平衡

UPS 3 Click with Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 01, 2024

点击板

UPS 3 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

如果您需要高精度双向充电/平衡解决方案,这里就是您的最佳选择!

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

UPS 3 Click基于Analog Devices的LTC3110,这是一款双向降压-升压DC/DC稳压器,带有电容充电器和平衡器。该降压-升压稳压器利用专有的切换算法,在不间断电感电流或备用电压中大电压波动的情况下,调节系统电压高于、低于或等于存储元件上的电压。在充电过程中,通过外部电阻准确设定从系统电源源头汲取的平均电流限制,并设定为450mA。它还具有集成的有源电压平衡缓冲器,防止在给一组超级电容充电时由于电容不匹配引起的电容过电压情况。LTC3110在两种模式下工作:备份模式和充电模式。在备份模式下,该器件保持系统电压在1.8V到5.25V之间,由超级电容储存的能量供电。该功能确保了所有可用的超级电容储能被利用,从而延长了备份时间或缩小了储能电容。在充电模式下,当标记为VSYS的主要电源系统处于活动状态时,LTC3110可以独立或通过用户命令使用调节的系统电

压来充电和平衡超级电容,还可以反转电流方向。此Click板™使用一个充电/备份模式指示器,通过mikroBUS™插座的INT引脚进行路由,当稳压器处于充电模式时,该引脚处于低电平状态,当稳压器处于备份模式时,该引脚处于高电平状态。UPS 3 Click通过多个GPIO引脚与MCU通信。EN引脚通过mikroBUS™插座的PWM引脚进行路由,用于将LTC3110置于正常运行模式或关机状态。LTC3110包括一个电压比较器,用于监控与mikroBUS™插座的ERR引脚相关的存储元件上的电压,以及标记为COK的引脚,通过mikroBUS™插座的RST引脚进行路由,用于指示储能元件的充电状态。除了所有这些功能之外,此Click板™还具有多个可选择的跳线。一个标记为MODE的跳线允许选择可变或固定频率切换算法,突发或PWM模式,设置板载SMD跳线到标记为FIXED和BURST的适当位置。另一个标记为FB SEL的跳线表

示备用电压反馈选择,提供3.2V和4.8V之间的选择,以在超级电容放电时设置负载上的电压。通过mikroBUS™插座的CS引脚路由的DIR引脚,LTC3110可以立即反转电感电流,并在充电和备份操作模式之间切换,快速响应电源故障情况,为系统提供备份电压。结合标记为DIR的跳线,此引脚允许在系统电压存在时自动充电超级电容,并在缺乏系统电源时作为DC/DC转换器为负载提供系统备份电源。否则,用户可以通过改变DIR引脚的逻辑状态手动控制超级电容的充放电。此Click板™可以通过VCC SEL跳线或标记为JP5和JP6的SMD跳线选择3.3V或5V逻辑电压电平,通过这些跳线,VSYS电压为mikroBUS™ 3.3V和5V电源轨供电。这样,3.3V和5V的MCU都可以正确使用通信线路。此外,此Click板™配备了包含易于使用的函数和示例代码的库,可作为进一步开发的参考。

UPS 3 Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo 32开发板搭载STM32F031K6 MCU,提供了一种经济且灵活的平台,适用于使用32引脚封装的STM32微控制器进行实验。该开发板具有Arduino™ Nano连接性,便于通过专用扩展板进行功能扩展,并且支持mbed,使其能够无缝集成在线资源。板载集成

ST-LINK/V2-1调试器/编程器,支持通过USB重新枚举,提供三种接口:虚拟串口(Virtual Com port)、大容量存储和调试端口。该开发板的电源供应灵活,可通过USB VBUS或外部电源供电。此外,还配备了三个LED指示灯(LD1用于USB通信,LD2用于电源

指示,LD3为用户可控LED)和一个复位按钮。STM32 Nucleo-32开发板支持多种集成开发环境(IDEs),如IAR™、Keil®和基于GCC的IDE(如AC6 SW4STM32),使其成为开发人员的多功能工具。

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

default

建筑

ARM Cortex-M0

MCU 内存 (KB)

32

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

32

RAM (字节)

4096

你完善了我!

配件

Click Shield for Nucleo-32是扩展您的开发板功能的理想选择,专为STM32 Nucleo-32引脚布局设计。Click Shield for Nucleo-32提供了两个mikroBUS™插座,可以添加来自我们不断增长的Click板™系列中的任何功能。从传感器和WiFi收发器到电机控制和音频放大器,我们应有尽有。Click Shield for Nucleo-32与STM32 Nucleo-32开发板兼容,为用户提供了一种经济且灵活的方式,使用任何STM32微控制器快速创建原型,并尝试各种性能、功耗和功能的组合。STM32 Nucleo-32开发板无需任何独立的探针,因为它集成了ST-LINK/V2-1调试器/编程器,并随附STM32全面的软件HAL库和各种打包的软件示例。这个开发平台为用户提供了一种简便且通用的方式,将STM32 Nucleo-32兼容开发板与他们喜欢的Click板™结合,应用于即将开展的项目中。

Click Shield for Nucleo-32 accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

Storage Element Voltage Comparator
PA0
AN
Storage Element Charge Indicator
PA11
RST
Charge/Backup Mode Selection
PA4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
Shutdown Control
PA8
PWM
Charge/Backup Mode Indicator
PA12
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

UPS 3 Click Schematic schematic

一步一步来

项目组装

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly

从选择您的开发板和Click板™开始。以Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-144 front image hardware assembly
Nucleo 144 with STM32L4A6ZG MCU front image hardware assembly
Stepper 22 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
Stepper 22 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-32 with STM32 MCU 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
STM32 M4 Clicker HA MCU/Select 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 UPS 3 Click 驱动程序的 API。

关键功能:

  • ups3_cfg_setup - 配置对象初始化函数。

  • ups3_init - 初始化函数。

  • ups3_default_cfg - Click默认配置函数。

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 main.c
 * @brief UPS 3 Click Example.
 *
 * # Description
 * This application demonstrates the use of UPS 3 click board. 
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initialization driver enable's - GPIO, also write log.
 *
 * ## Application Task
 * With this example we show the operation of UPS 3 clicks.
 * This example shows an autonomously transition from charge to backup mode.
 * Results are being sent to the Usart Terminal where you can track their changes. 
 *
 * @author Nenad Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "ups3.h"

#define UPS3_STATUS_OLD         0x00
#define UPS3_STATUS_NEW         0x01

static ups3_t ups3;    /**< UPS 3 Click driver object. */
static log_t logger;   /**< Logger object. */

static uint8_t cok_status = UPS3_STATUS_OLD;
static uint8_t new_status = UPS3_STATUS_NEW;

void application_init ( void ) {
    log_cfg_t log_cfg;    /**< Logger config object. */
    ups3_cfg_t ups3_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_printf( &logger, "\r\n" );
    log_info( &logger, " Application Init " );

    // Click initialization.

    ups3_cfg_setup( &ups3_cfg );
    UPS3_MAP_MIKROBUS( ups3_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( ups3_init( &ups3, &ups3_cfg ) == DIGITAL_OUT_UNSUPPORTED_PIN ) {
        log_error( &logger, " Application Init Error. " );
        log_info( &logger, " Please, run program again... " );

        for ( ; ; );
    }
    ups3_default_cfg ( &ups3 );
    log_info( &logger, " Application Task " );
    log_printf( &logger, "--------------------------\r\n" );
    Delay_ms ( 100 );
}

void application_task ( void ) {      
    if ( ups3_get_error( &ups3 ) == UPS3_GET_ERROR_CMPIN_OK ) {
        if ( ups3_get_cap_ok( &ups3 ) != cok_status ) {
            new_status = UPS3_STATUS_NEW; 
            cok_status = ups3_get_cap_ok( &ups3 );
        } else {
            new_status = UPS3_STATUS_OLD;    
        }
    
        if ( new_status == UPS3_STATUS_NEW ) {
            ups3_hw_reset( &ups3 );
            new_status = UPS3_STATUS_OLD;
        }
        
        if ( ( ups3_get_chrg( &ups3 ) == UPS3_GET_CHRG_BACKUP_MODE ) && 
             ( ups3_get_cap_ok( &ups3 ) == UPS3_GET_CAP_OK_FBV_LOW ) ) {
            log_printf( &logger, "      Backup Mode ON      \r\n" );
        }
        
        if ( ups3_get_cap_ok( &ups3 ) == UPS3_GET_CAP_OK_FBV_HIGH ) {
            log_printf( &logger, "       Vcap charged       \r\n" );
        }
    } else {
        log_printf( &logger, "      Backup Mode OFF     \r\n" );
        log_printf( &logger, " Turn ON the Power Supply \r\n" );
            
        while ( ups3_get_error( &ups3 ) == UPS3_GET_ERROR_CMPIN_EMPTY ) {
            Delay_ms ( 100 );   
        }
            
        ups3_hw_reset( &ups3 );
        Delay_ms ( 100 );
    }
    
    log_printf( &logger, "--------------------------\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

额外支持

资源

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