初学者
10 分钟

使用NBM7100A和STM32F031K6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 32 with STM32F031K6 MCU

已发布 10月 09, 2024

点击板

BATT Boost 2 Click

开发板

Nucleo 32 with STM32F031K6 MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32F031K6

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 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

NC
NC
AN
Auto Mode Control
PA11
RST
ID COMM
PA4
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
Power Supply
3.3V
3.3V
Ground
GND
GND
NC
NC
PWM
Status Indicator
PA12
INT
NC
NC
TX
NC
NC
RX
I2C Clock
PB6
SCL
I2C Data
PB7
SDA
NC
NC
5V
Ground
GND
GND
1

“仔细看看!”

Click board™ 原理图

BATT Boost 2 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 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

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 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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