PIC电路上的电池寿命监视器

电器工程 图片 电池
2022-01-30 04:12:10

我有一个使用 PIC18F14F50 微控制器芯片的小电路,它通过 i2c 接口将数据记录到外部 EEPROM 芯片中(然后我可以稍后通过 USB 接口读回)。每 15 分钟记录一个样本,不需要特别准确地计时。

如果在更换电池时样品丢失或时间错误,这没关系,但如果电池过期并且几天没有数据记录直到有人注意到,那就不好了。

因此,我想在电池电量不足时提醒用户有足够的时间更换它们。平均电流低于 2mA,我使用 3 节 AA 碱性电池串联运行以提供 4.5 伏电压,所以我希望它们能持续很多天。

但我想知道如何检测电池电量不足?我认为随着电池达到使用寿命,电压会下降。我在想这个 PIC 有一个 1.024v 的参考电压,所以我可以分压电源电压并将其馈送到模拟输入,当分压电压低于该电压时会触发警告。

但我对电池的了解还不够,不知道这会如何运作?而且我不知道选择什么电压表明可能还剩下 10-20% 的电池寿命。这甚至会起作用吗?有更好的方法吗?

这根本不需要准确,我只是想在充足的时间内发出一个很好的警告,而不是让人们丢弃仍然有生命的电池。

由于我目前的使用情况相当稳定,如果我可以计算出电池平均持续多长时间,然后在发出警告之前选择该时间的 85%,那么一个简单的计时器是否合理?还是电池寿命的变化不止于此?

任何想法都会受到欢迎。

4个回答

首先,让我评论一下定时器电路。只要您的电池都处于相对相同的年龄并保持在相同的条件下,这将起作用。在 6 个月内,当您仍在使用它并且您的电池都已使用 6 个月时,您将需要更新计时器。功能解决方案,但不是最好的解决方案。

您可以使用具有足够高电压而不会影响您的使用寿命的电阻网络对输入电压进行分压(您可以使用可以加载的网络,您只需更频繁地更换电池)。有一个问题,您需要加载电池才能查看其剩余寿命的真实价值。你会发现电池负载越多,放电曲线越像一条线。它永远不会是一条线,仍然会有明确的阶段,但您可以可靠地将加载的电池电压与您的寿命相关联。

如果您的 PIC 在测量期间打开,您可能会得到一个不错的测量结果。让图片花时间测量您的电池并查看产生的电压曲线,直到您的设备死机。如果曲线保持相对平坦,然后突然下降并且您的电池没电了,那么您将需要使用晶体管和负载电阻来增加电池测量期间的电流消耗。电池大学有大量关于电池的信息。通常,微控制器无法拉动足够的电流来获得整个倾斜的曲线(我已经看到过像 MSP430 这样的超低功耗 uC 的这个问题)。只运行 PIC 可能会很好。

对 AA 电池化学的研究已经取得了一些成果。看起来它们在低电流(<500 mA)的情况下显示出非常平坦的放电曲线。这意味着您可能需要一个与晶体管耦合的电阻放电电路,以使电压测量更有价值。

如果这不够清楚,请原谅我。如果您发表评论和问题或建议,我会更新它。

是的,电池电压会下降,但下降很小,比如说半伏:

替代文字

如果您使用分压器将其纳入 ADC 范围,那么您也在划分范围。我想这仍然可以通过 ADC 直接测量。5 V / (2^10) = 0.005 V,具有 ± 3 LSb 偏移和增益误差,所以在满和空之间仍然有许多测量级别?

为了准确测量电池充电和放电,人们使用电流检测电阻记录消耗了多少电流,并在经过一定量的电量后确定电池电量不足。如果您当前的绘制相对恒定,那么是的,您可以使用计时器来做同样的事情。运行它几次,测量直到你认为电池没电的时间,然后用将来的计时器来猜测它什么时候快没电了。您每次都使用新电池吗?

我认为监控这样一个系统的唯一可靠方法是一种类似看门狗的安排:让其他一些单独供电的系统不时检查它(或等待信号),如果它没有响应,则发出警报。

您也可以使用该单独的系统来检查电池。它不会受到主电池没电​​的影响,这会杀死任何从主电池耗尽的监控系统。如果您可以安排一个电池监视器,该监视器将使用像纽扣电池这样的小电池运行,并保证它的使用寿命比主电池长,那应该可以完成这项工作。

如果您不想要或不能拥有第二个电源,其他评论似乎包含非常好的自我监控建议。

您可以使用运算放大器获得更准确的电压参考(使用带有启用引脚的,以便可以轻松关闭),只需将电路调整到您要测量的电压范围:0V 到 0.8V,和 3.3V 在 1.1V。如果它是饱和的,你就知道你有足够的电量,而且你似乎不需要监视器,只需要一个警报。

此外,请确保测量多次(或使用电流检测电阻器),而不是假设电压下降是由电池耗尽引起的。不是 - 电池电压取决于放电电流和剩余电量。电流尖峰会导致电压大幅下降,但电池在移除后会恢复。参见Energizer 碱性数据表的图 9。