初学者
10 分钟

使用MCP73831和STM32G431RB充电和管理锂离子和锂聚合物电池的电池寿命

既作为电池充电器,又作为电池监控器,突出其在电池管理中的双重功能

Charger Click with Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

已发布 11月 08, 2024

点击板

Charger Click

开发板

Nucleo 64 with STM32G431RB MCU

编译器

NECTO Studio

微控制器单元

STM32G431RB

为了实现无缝的锂离子和锂聚合物电池充电和监控,我们提供了终极紧凑解决方案,旨在确保您的设备安全高效地运行。

A

A

硬件概览

它是如何工作的?

Charger Click基于MCP73831,这是一款微型单体、完全集成的锂离子、锂聚合物充电管理控制器,来自Microchip。MCP73831是一款高度先进的线性充电管理控制器,采用恒流/恒压充电算法,可选择预充电和充电终止。恒压固定为4.20V,而恒流值通过外部R5电阻设置为250mA,使用3K9电阻。MCP73831根据高功率或高环境条件下的芯片温度限制充电电流,其中热管理可优化充电周期时间同时保持设备可靠性。MCP73831通过电池连接器为电池单元充 电,并配有一

个STAT LED指示灯,用于直观显示充电状态。请记住,电池连接器不是 标准化的,错误的极性连接可能会损坏电池、此Click board™、主机MCU或所有这 些设备。作为智能电池监视器,这个Click board™配备了来自Analog Devices的DS2438。它具有40字节的EEPROM,可用于存储有关电池的重要参数,如化学成分、容量等。它通过芯片内部感测电池温度,无需热敏电阻。板载ADC转换器允许监测电池电压,以确定充电结束和放电结束,而板载集成电流累加器则有助于使用

二进制格式的燃料计量计算。Charger Click通过1-Wire接口与主机MCU通信,可以通过OW SEL跳线 选择OW2或OW1引脚,OW1为默认设置。由于每个DS2438都有其独特的ID,因此几个这样的Charger Click可以在同一条1-Wire总线上工作。这个Click board™只能使用5V逻辑电压级别。在使用具有不同逻辑电平的MCU之前,必须对板执行适当的逻辑电压级别转换。然而,该Click board™配备了一个包含函数和示例代码的库,可用作进一步开发的参考。

Charger Click hardware overview image

功能概述

开发板

Nucleo-64 搭载 STM32G431RB 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 STM32G431RB MCU double side image

微控制器概述 

MCU卡片 / MCU

STM32G431RB front image

建筑

ARM Cortex-M4

MCU 内存 (KB)

128

硅供应商

STMicroelectronics

引脚数

64

RAM (字节)

32k

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

锂聚合物电池是对强调移动性的设备提供可靠持久电源的理想选择。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。电池的电压输出为3.7V,满足许多电子设备的标准需求。此外,电池容量为2000mAh,可以存储大量能量,为长时间提供持续电力。这一特性减少了频繁充电或更换的需求。总的来说,锂聚合物电池是可靠且自主的电源,非常适合需要稳定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锂聚合物电池。

Charger Click accessories 1 image

使用的MCU引脚

mikroBUS™映射器

1-Wire Data IN/OUT
PA15
AN
NC
NC
RST
NC
NC
CS
NC
NC
SCK
NC
NC
MISO
NC
NC
MOSI
NC
NC
3.3V
Ground
GND
GND
1-Wire Data IN/OUT
PC8
PWM
NC
NC
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

Charger 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 STM32G431RB MCU作为您的开发板开始。

Click Shield for Nucleo-64 accessories 1 image hardware assembly
Nucleo 64 with STM32G474RE MCU front image hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click front image hardware assembly
Prog-cut hardware assembly
LTE Cat.1 6 Click complete accessories setup image hardware assembly
Nucleo-64 with STM32GXXX MCU Access MB 1 Micro 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 Compiler Selection Step Image 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

这个库包含Charger Click驱动程序的API。

关键功能:

  • charger_read_temperature - 读取芯片内部的温度测量值(摄氏度)。

  • charger_read_batt_vdd - 读取电池输入电压。

  • charger_read_current - 读取电池充电电流。

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 Charger Click Example.
 *
 * # Description
 * This example demonstrates the use of Charger click board by monitoring
 * the battery charging status.
 *
 * The demo application is composed of two sections :
 *
 * ## Application Init
 * Initializes the driver, performs the click default configuration, calibrates
 * the zero current charging offset, and resets the elapsed time counter.
 *
 * ## Application Task
 * Reads the chip internal temperature, battery and system VDD, battery charging
 * current, and the elapsed time counter, approximately once per second. All data
 * are displayed on the USB UART where you can track their changes.
 *
 * @author Stefan Filipovic
 *
 */

#include "board.h"
#include "log.h"
#include "charger.h"

static charger_t charger;
static log_t logger;

void application_init ( void ) 
{
    log_cfg_t log_cfg;  /**< Logger config object. */
    charger_cfg_t charger_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.
    charger_cfg_setup( &charger_cfg );
    CHARGER_MAP_MIKROBUS( charger_cfg, MIKROBUS_1 );
    if ( ONE_WIRE_ERROR == charger_init( &charger, &charger_cfg ) ) 
    {
        log_error( &logger, " Communication init." );
        for ( ; ; );
    }
    
    if ( CHARGER_ERROR == charger_default_cfg ( &charger ) )
    {
        log_error( &logger, " Default configuration." );
        for ( ; ; );
    }

    log_printf( &logger, "\r\n Zero current calibration process\r\n" );
    log_printf( &logger, " Keep the battery disconnected in the next 5 seconds\r\n" );
    Delay_ms ( 3000 );
    if ( CHARGER_ERROR == charger_calibrate_current ( &charger ) )
    {
        log_error( &logger, " Calibration." );
        for ( ; ; );
    }
    log_printf( &logger, " Calibration done!\r\n\n" );

    if ( CHARGER_OK == charger_write_elapsed_time ( &charger, 0 ) )
    {
        log_printf( &logger, " Elapsed time reset done!\r\n\n" );
    }
    
    log_info( &logger, " Application Task " );
}

void application_task ( void ) 
{
    float temperature = 0;
    float batt_vdd = 0;
    float system_vdd = 0;
    float current = 0;
    uint32_t elapsed_time = 0;
    if ( CHARGER_OK == charger_read_temperature ( &charger, &temperature ) )
    {
        log_printf( &logger, " Temperature: %.2f degC\r\n", temperature );
    }
    if ( CHARGER_OK == charger_read_batt_vdd ( &charger, &batt_vdd ) )
    {
        log_printf( &logger, " Battery VDD: %.3f V\r\n", batt_vdd );
    }
    if ( CHARGER_OK == charger_read_system_vdd ( &charger, &system_vdd ) )
    {
        log_printf( &logger, " System VDD: %.3f V\r\n", system_vdd );
    }
    if ( CHARGER_OK == charger_read_current ( &charger, &current ) )
    {
        log_printf( &logger, " Charging current: %.3f A\r\n", current );
    }
    if ( CHARGER_OK == charger_read_elapsed_time ( &charger, &elapsed_time ) )
    {
        log_printf( &logger, " Elapsed time: %lu s\r\n\n", elapsed_time );
    }
    Delay_ms ( 1000 );
}

int main ( void ) 
{
    application_init( );
    
    for ( ; ; ) 
    {
        application_task( );
    }

    return 0;
}

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

额外支持

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