電池管理及監控設計

圖1 電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖

2.2. 電池監控芯片bq26220

bq26220芯片是先進(jìn)的電池設備監控模塊，它可精確地測量充電和放電電流，并支持所有管理電池容量的必要功能，這個(gè)芯片可用于手持電話(huà)、

PDA、和另外的便攜式產(chǎn)品中。bq26220芯片和主控制器一起執行電池的管理功能，主控制器負責將bq26220的數據傳送到終端用戶(hù)電源管理系統中和接收相應的數據。這個(gè)模塊提供64比特通用閃存，8比特的ID ROM，和32比特的RAM存儲空間。這些非易失的存儲空間能夠保存電池的監控信息或關(guān)鍵的電池參數。

其中，BAT為電池電壓檢測輸入端口，這個(gè)引腳被用于檢測和測量電池的電壓值。HDQ為單線(xiàn)HDQ接口，是一個(gè)單線(xiàn)串行通信接口，它是雙向輸入的，負責將寄存器的信息傳遞給主控制器，并接收主控制器的信息到寄存器中，電池監控芯片bq26220 的HDQ端口接于PXA272處理器的GPIO119端口[2]。下圖2為bq26220芯片原理模塊圖：

圖2 bq26220芯片原理模塊圖

Windows CE中包含的樣本設備驅動(dòng)程序分為兩種類(lèi)型：?jiǎn)纹�驅�?dòng)程序（Monolithic device driver）和分層驅動(dòng)程序（Layered Device driver）。采用分層開(kāi)發(fā)模式可以降低開(kāi)發(fā)難度，縮短開(kāi)發(fā)周期，在電池驅動(dòng)開(kāi)發(fā)中使用分層驅動(dòng)開(kāi)發(fā)模式。

分層驅動(dòng)程序由兩個(gè)獨立的層組成：上層是模型設備驅動(dòng)程序（MDD），下層是依賴(lài)平臺的驅動(dòng)程序（PDD）。設備驅動(dòng)程序服務(wù)器提供的接口（DDSI）是在PDD中實(shí)現的函數集，并由MDD調用。由于微軟提供了所有與MDD模塊相關(guān)的源代碼，所以對這部分不用做任何改動(dòng)，只需將自己的PDD模塊與MDD模塊鏈結成一個(gè)公用庫即可[3]。MDD通過(guò)IoCTLS調用PDD中的特定函數來(lái)訪(fǎng)問(wèn)硬件的具體特性。

Windows CE電池驅動(dòng)要求的MDD函數包括：

Init、Deinit、Open、Close、Read、Write、Seek、PowerDown、PowerUp、IOControl。

Windows CE電池驅動(dòng)要求的PDD函數包括：

BatteryPDDInitialize、BatteryPDDDeinitialize、BatteryPDDGetStatus、BatteryPDDGetLevels、BatteryPDDSupportsChangeNotification、BatteryPDDPowerHandler、 BatteryPDDResume。

電池驅動(dòng)初始化過(guò)程

在系統上電自檢成功后，上層調用電池驅動(dòng)入口函數，進(jìn)行電池驅動(dòng)初始化工作：

（1）判斷是否已經(jīng)進(jìn)行中斷事件初始化，如果沒(méi)有初始化，則進(jìn)行下面的操作，如果已經(jīng)進(jìn)行了一次初始化，則關(guān)閉事件句柄。

（2）初始化電池全局變量。

（3）如果中斷事件成功，則調用ResumeThreadProc創(chuàng )建電池線(xiàn)程。在線(xiàn)程的主調函數中，設置電池線(xiàn)程的優(yōu)先級，然后在循環(huán)中等待中斷事

件。

（4）調用PDD層的初始化函數BatteryPDDInitialize；在PDD層中，為GPIO寄存器和電源管理寄存器開(kāi)辟兩段虛擬內存。

（5）初始化AC97的寄存器。

（6）初始化存放電池電量值的環(huán)形緩沖區。

（7）調用BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數更新電池電量結構體PSYSTEM POWERSTATUS_ EX2中的數據。

4. BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數

BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數主要獲取系統電源狀態(tài)值。在執行過(guò)程中是通過(guò)調用BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數來(lái)完成的。而B(niǎo)atteryAPIGetSystemPowerStatusEx2函數調用 BatteryPDDGetStatus函數以獲取電池狀態(tài)信息，BatteryPDDGetStatus函數通過(guò)調用GetMainBatteryVoltage獲取主電池電壓值，通過(guò)調用GetPowerDevStatus獲取電池設備狀態(tài)，并獲取剩余電量的比例值。下圖3為BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數調用關(guān)系圖：

圖3 BatteryAPIGetSystemPowerStatusEx函數調用關(guān)系圖

bq26220通過(guò)BAT端口檢測電池電源，并且通過(guò)寄存器BATH-BATL傳遞給上層。這個(gè)BATH（地址＝0x72——從第0比特到第2比特）和BATL低比特寄存器（地址＝0x71——從第0比特到第7比特）包含電池電壓經(jīng)過(guò)ADC轉換后的結果。這個(gè)電壓以11比特、2.44mV為步長(cháng)、并帶有LSB的二進(jìn)制形式表達出來(lái)。BATH寄存器的第3比特代表MSB，BATL的第0比特代表LSB。最大電壓測量范圍為5V。

BATH寄存器的第3比特到第7比特存儲電壓ADC后的偏移量信息，這個(gè)最重要的信息比特是在4比特（第3比特到第7比特）偏移數據后的標記比特。

LSB獲取修正因子，以μV為單位，主控制器負責通LSB 獲取修正因子和偏移量來(lái)測量ADC后的電壓值。下面是計算公式：

正確的＝VBAT×（2.44＋LSB修正因子）－偏移量

計算舉例如下：

例如：如果真實(shí)的LSB＝＋2.45mV，偏移量＝＋80mV

計算正確的VBAT：

LSB修正因子＝＋10μV＝0.001 mV

偏移量＝＋10 ×8mV＝80 mV

正確的＝VBAT×（2.44＋0.01）－80

程序具體實(shí)現流程如下圖4：

圖4 CalcMainBatteryVoltage函數流程圖

原來(lái)電池電量百分比顯示的其實(shí)是電壓百分比�？墒怯布�方面測試發(fā)現，電池電量和電池電壓并非成簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，因此需要分區間進(jìn)行百分比的轉換校正。常溫下，我們設備獲得的電池電壓和電量曲線(xiàn)大致如下（圖5）：

圖5 電池電壓和電量的關(guān)系圖

在驅動(dòng)程序中創(chuàng )建了一個(gè)為16個(gè)字長(cháng)度的環(huán)形緩沖區，采樣點(diǎn)數增加為16個(gè)，這樣可以增加對采樣結果的可靠性。電池電壓采樣值even_samp為16個(gè)采樣值的和去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值后再取平均值。

在我們的移動(dòng)終端設備中，電池的最大電壓為559（4.10V），最小電壓為455（3.30V），以圖5中的兩條虛線(xiàn)作為區間的分界線(xiàn)，可分為4.10V~3.80V，3.80V~3.60V，3.60V~3.30V這三個(gè)區間，對電池電壓值進(jìn)行分區間的處理，三個(gè)區間上的曲線(xiàn)斜率近似為：

4.1V～3.80V：Kl=（100－70）／（4.10－3.80）
3.80V～3.60V：K2=（70－20）／（3.80—3.60）
3.60V～3.30V：K3=20／（3.60－3.30）
4.10V～3.30V：K=100／（4.10－3.30）

在進(jìn)行電池電量百分比的轉換時(shí)，當我們獲得在559~455區間內的采樣值后，首先獲得原來(lái)的百分比值voltage_percent= （even_samp－455） * l00/（559－455）。然后針對不同的區間進(jìn)行相應的調整，得到的電量百分比分別為：

4.10V～3.80V：voltage_ercent+=（4.10－even_samp * 7.5/1024）×（K－K1）
3.80V～3.60V：voltage_percent+=（3.80－even_samp * 7.5/1024）×（K－K2）
3.60V～3.30V：voltage_percent－=（even_samp－3.30V * 7.5/1024）×（K－K3）

通過(guò)對以上三個(gè)區間的分別處理，這樣就獲得了相對正確的電池電量[4]。

本文介紹了在Windows CE系統中,基于電池充電管理芯片bq24032A和電池監控芯片bq26220芯片的電池驅動(dòng)的實(shí)現。主要介紹了電池電壓的獲取和電池電量的計算方法。對電池管理提供了很好的借鑒。