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hemnpowerpop 发表于 2022-9-3 15:53

用Arduino做的精准电池电量指示器

本帖最后由 hemnpowerpop 于 2022-9-4 16:37 编辑

很多电池供电的应用场合，我们都要随时关注电池剩余电量问题，这一直是个比较头疼的问题，其实Arudino已经内置了精准的电压比较器，可以轻松获取到当前的供电电压，由此只要我们的电路中Arduino的IO口有富裕，就可以内置电量指示器的了。而且还可以根据不同电池的放电特性随意设置显示阶梯，做到精准显示。

首先是获取供电电压的代码：

/*Arduino 获取当前供电电压的模块 */
#include "Arduino.h" //用于包含如ADMUX等寄存器的宏
#if defined(__AVR_ATmega32U4__) || defined(__AVR_ATmega1280__) || defined(__AVR_ATmega2560__)
#define ADMUX_VCCWRT1V1 (_BV(REFS0) | _BV(MUX4) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1))
#elif defined (__AVR_ATtiny24__) || defined(__AVR_ATtiny44__) || defined(__AVR_ATtiny84__)
#define ADMUX_VCCWRT1V1 (_BV(MUX5) | _BV(MUX0))
#elif defined (__AVR_ATtiny25__) || defined(__AVR_ATtiny45__) || defined(__AVR_ATtiny85__)
#define ADMUX_VCCWRT1V1 (_BV(MUX3) | _BV(MUX2))
#else
#define ADMUX_VCCWRT1V1 (_BV(REFS0) | _BV(MUX3) | _BV(MUX2) | _BV(MUX1))
#endif
float Read_Volts(void)//获取电池电压函数
{
// Read 1.1V reference against AVcc
// set the reference to Vcc and the measurement to the internal 1.1V reference
if (ADMUX != ADMUX_VCCWRT1V1)
{
    ADMUX = ADMUX_VCCWRT1V1;
    delayMicroseconds(350); //需要延迟70us以上，等待完成设置
}
ADCSRA |= _BV(ADSC);//开始转换
while (bit_is_set(ADCSRA, ADSC)) {}; //等待转换完成。
float vcc = 1.1 * 1024.0 / ADC; //转换成电压值，单位V
return vcc;
}

下面的示范，都首先要添加上面“获取当前供电电压的模块” 代码；
然后是示范一，用多个指示灯，外加一个按钮复位开关来完成（按一次KEY，显示电量3秒），原理图如下：

示范一的代码：

/*CC Mini Pro 开发板 多指示灯中断触发-精准电量指示例程
   1.LED:此处示范在D3\D5\D7\D9 4个IO口分别接一个发光二极管，分别串联1个电阻(300欧-1K欧)到GND;
   2.KEY:D2引脚接一个复位按钮开关到GND，同时并一个0.1uF电容在开关上；按下KEY，显示电量3秒，然后继续休眠；
   3.功能：休眠，待机电流0.2uA左右（可以纽扣电池供电，对于18650电池来说，基本等同于不耗电了）；
*/
#include <avr/sleep.h>
#define DL_13   //电量指示灯1
#define DL_25   //电量指示灯2
#define DL_37   //电量指示灯3
#define DL_49   //电量指示灯4


/*关闭ADC，I2C*/
void OFFACDDC() {
ADCSRA &= ~(1 << ADEN); /*关掉ADC*/
TWCR &= ~(1 << TWEN); /*关掉TWI--I2C总线控制寄存器*/
delay(1);
}
/*开启ADC，I2C*/
void ONACDDC() {
ACSR &= ~_BV(ACIE);   //禁止模拟比较器中断后再对ACD位操作，否则ACD位变化会发生中断，写入0关闭
ACSR &= ~_BV(ACD);    //开启模拟比较器
ADCSRA |= _BV(ADEN);   //ADC使能开启   _BV(7)相当于(1<<7)
ADCSRA |= _BV(ADIF);   //ADC中断使能开启
TWCR |= (1 << TWEN); /*开启TWI--I2C总线控制寄存器*/
}
void wakeup(){//中断唤醒后执行的代码，这里可以为空，唤醒后直接执行LOOP中代码即可
}
/*睡眠函数*/
void enterSleep(void) {
OFFACDDC();
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);/*设置睡眠模式为掉电模式*/
sleep_enable();//启用睡眠模式，如果要中断唤醒，则sleep_enable()最好写在中断(attachInterrupt())前，防止中断在开始休眠前就提前释放而造成休眠后无法唤醒。
MCUCR |= (1 << BODS | 1 << BODSE); //启用关闭掉电检测设置
MCUCR = MCUCR & (~(1 << BODSE)) | (1 << BODS); //关闭掉电检测
sleep_cpu();/*进入睡眠模式*/
}
void setup() {
Serial.begin(9600); delay(10);
Serial.println("Start.."); delay(10);
pinMode(DL_1, OUTPUT);//指示灯1
pinMode(DL_2, OUTPUT);//指示灯2
pinMode(DL_3, OUTPUT);//指示灯3
pinMode(DL_4, OUTPUT);//指示灯4
pinMode(2, INPUT_PULLUP);
attachInterrupt(0, wakeup, CHANGE);//开启中断，D2引脚为中断0
enterSleep();//开始休眠
}


void loop() {
ONACDDC();//启用ADC,I2C
delay(1);
float My_V = Read_Volts();//获取电压值
Serial.println(My_V); delay(10);
if (My_V > 3.0) {digitalWrite(DL_1, HIGH);}else{digitalWrite(DL_1, LOW);}
if (My_V > 3.3) {digitalWrite(DL_2, HIGH);}else{digitalWrite(DL_2, LOW);}
if (My_V > 3.7) {digitalWrite(DL_3, HIGH);}else{digitalWrite(DL_3, LOW);}
if (My_V > 4.0) {digitalWrite(DL_4, HIGH);}else{digitalWrite(DL_4, LOW);}
delay(3000);//显示3秒时间
digitalWrite(DL_1, LOW);digitalWrite(DL_2, LOW);
digitalWrite(DL_3, LOW);digitalWrite(DL_4, LOW);
enterSleep();//继续休眠
}

示范二：单指示灯定时器触发-只占一个IO口的电量指示器（每隔16秒通过LED闪烁次数来指示电量）
原理图：

代码：

/*CC Mini Pro 开发板 单指示灯定时器触发-精准电量指示例程
   1.LED:此处示范在D13接一个发光二极管，分别串联1个电阻(300欧-1K欧)到GND;
   2.平时休眠，每隔16秒显示一次电量，指示灯闪烁不同次数代表不同电量；
   3.休眠待机电流3uA左右（可以纽扣电池供电，对于18650电池来说，基本等同于不耗电了）；
*/
#include <avr/sleep.h>
#define LED_PIN13   //电量指示灯
/*关闭ADC，I2C*/
void OFFACDDC() {
ADCSRA &= ~(1 << ADEN); /*关掉ADC*/
TWCR &= ~(1 << TWEN); /*关掉TWI--I2C总线控制寄存器*/
delay(1);
}
/*开启ADC，I2C*/
void ONACDDC() {
ACSR &= ~_BV(ACIE);   //禁止模拟比较器中断后再对ACD位操作，否则ACD位变化会发生中断，写入0关闭
ACSR &= ~_BV(ACD);    //开启模拟比较器
ADCSRA |= _BV(ADEN);   //ADC使能开启   _BV(7)相当于(1<<7)
ADCSRA |= _BV(ADIF);   //ADC中断使能开启
TWCR |= (1 << TWEN); /*开启TWI--I2C总线控制寄存器*/
}
/*看门狗唤醒执行函数*/
volatile int f_wdt = 1; //看门狗计数
ISR(WDT_vect) { //
f_wdt++;//累加计数
}
/*看门狗设置*/
void wdt_setup(int ii) //代替wdt_enable()，并且不要喂狗。
{
// ii为看门狗超时时间，支持以下数值：0=16毫秒, 1=32毫秒,2=64毫秒,3=128毫秒,4=250毫秒,5=500毫秒,6=1秒 ,7=2秒, 8=4秒, 9=8秒
byte bb;
if (ii > 9 ) ii = 9;
bb = ii & 7;
if (ii > 7) bb |= (1 << 5);
bb |= (1 << WDCE);
MCUSR &= ~(1 << WDRF); //清除复位标志为了改变WDE或预分频器，我们需要设置WDCE，需要4个时钟周期更新 //int a = 3; a &= 5;//表示 a = a & 5
WDTCSR |= (1 << WDCE) | (1 << WDE);
WDTCSR = bb;//设置新的看门狗超时时间
WDTCSR |= _BV(WDIE); //设置为定时中断而不是复位
}
/*睡眠函数*/
void enterSleep(void) {
OFFACDDC();
set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);/*设置睡眠模式为掉电模式*/
sleep_enable();//启用睡眠模式，如果要中断唤醒，则sleep_enable()最好写在中断(attachInterrupt())前，防止中断在开始休眠前就提前释放而造成休眠后无法唤醒。
MCUCR |= (1 << BODS | 1 << BODSE); //启用关闭掉电检测设置
MCUCR = MCUCR & (~(1 << BODSE)) | (1 << BODS); //关闭掉电检测
sleep_cpu();/*进入睡眠模式*/
}
void Falsh_LED(byte F_Num){
for (int i=0;i<F_Num;i++){
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(100); digitalWrite(LED_PIN, LOW);delay(300); //闪灯代表工作正常
}
}
void setup() {
Serial.begin(9600); delay(10);//调试时候可以查看电压值
Serial.println("Start.."); delay(10);//调试时候可以查看电压值
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);//指示灯
wdt_setup(9);//启动看门狗,0=16毫秒, 1=32毫秒,2=64毫秒,3=128毫秒,4=250毫秒,5=500毫秒,6=1秒 ,7=2秒, 8=4秒, 9=8秒
f_wdt=10;//让启动时候，即可立即超时运行一次自定义代码
}


void loop() {
if (f_wdt >= 2) { //唤醒后是会运行loop的，这时候检查唤醒达到2次了，也就16秒了，这可以控制运行频率
    ONACDDC();//启用ADC,I2C
    delay(1);
    float My_V = Read_Volts()*10+0.5;//获取电压值
    Serial.println(My_V); delay(10);//调试时候可以查看电压值
    byte out = map(My_V,28,42,1,6);//23-25=0;26-30=1;31-33=2;34-36=3;37-39=4;40-41=5;42-44=5;45-47=7;48-50=8;51-53=9;54-55 =10
    Falsh_LED(out); //比如电压为5V，则闪烁8次，3.3V则闪烁2次
    f_wdt = 0;//重置唤醒次数计数
}
enterSleep();//继续休眠
}

以上代码使用了CC Mini Pro 1MHz 的开发板，该开发板定时器休眠功耗低至3uA,中断唤醒低至0.2uA。因此用以上方法做出来的电量指示器，最多可以做出16个LED的16级电量显示器。而且待机电流也远低于市面很多专用电量指示IC。如果直接用此开发板来做项目，完全可以不再为电量采集显示等问题烦恼了。
CC Mini Pro 1MHz 的开发板使用了Arduino IDE ，添加MiniCore 开发板来完成的，具体操作方法请看：https://item.taobao.com/item.htm?id=680587896958

Highnose 发表于 2022-9-5 15:09

很不错，学习了！

朕在途中 发表于 2022-9-6 18:03

这个帖子用来学习还不错，但这功能和硬件不匹配。价格不合适，方法也不合适。:lol:lol

hemnpowerpop 发表于 2022-9-6 22:07

文中已说了，此文目的是让使用Arduino的低功耗产品具有精准电量显示功能。不用再单独设计电量显示IC了。

hemnpowerpop 发表于 2022-9-7 10:26

/*Arduno单指示灯定时闪烁指示电量-精准电量指示例程-不休眠的状态
   1.LED:此处示范在D13接一个发光二极管，分别串联1个电阻(300欧-1K欧)到GND;
*/
#define LED_PIN13   //电量指示灯
void Falsh_LED(byte F_Num) {
for (int i = 0; i < F_Num; i++) {
    digitalWrite(LED_PIN, HIGH); delay(100); digitalWrite(LED_PIN, LOW); delay(300);
}
}
void setup() {
Serial.begin(9600); delay(10);//调试时候可以查看电压值
Serial.println("Start.."); delay(10);//调试时候可以查看电压值
pinMode(LED_PIN, OUTPUT);//指示灯
}
void loop() {
float My_V = Read_Volts() * 10 + 0.5; //获取电压值
Serial.println(My_V); delay(10);//调试时候可以查看电压值
byte out = map(My_V, 28, 42, 1, 6); //23-25=0;26-30=1;31-33=2;34-36=3;37-39=4;40-41=5;42-44=5;45-47=7;48-50=8;51-53=9;54-55 =10
Falsh_LED(out); //比如电压为5V，则闪烁8次，3.3V则闪烁2次
delay(5000);
}

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