高精度ADC，OLED实时显示：STM32打造专业级锂电池电压监测

高精度ADC，OLED实时显示：STM32打造专业级锂电池电压监测

引用

CSDN

1.

https://m.blog.csdn.net/qq_40431685/article/details/140033351

随着锂电池在便携式电子设备和电动交通工具中的广泛应用，准确监测锂电池电压对于确保电池安全运行、延长电池寿命至关重要。本文将介绍一种基于STM32微控制器的锂电池电压监测系统设计方案，并提供详细的电路图、代码示例和调试步骤，帮助读者快速掌握锂电池电压监测技术。

1. 系统概述

本系统以STM32F103C8T6微控制器为核心，采用分压电路将锂电池电压调整至ADC可测量范围，通过STM32内置的ADC模块采集电压信号，并进行数字滤波处理，最后将测量结果显示在OLED屏幕上。

系统功能：

• 实时监测锂电池电压
• 电池电压过压、欠压报警
• 电池电量百分比显示
• OLED屏幕显示

系统框图：

2. 硬件设计

2.1 电路原理图

以下是系统电路原理图：

2.2 元器件选择

2.3 电路工作原理

• 分压电路: 由电阻R1和R2组成，将锂电池电压分压后送至STM32的ADC输入引脚PA0。
• ADC采集: STM32内置的ADC模块将模拟电压信号转换为数字信号。
• 电压转换: 通过ADC采集到的数字信号，根据分压比例计算出实际电池电压。
• OLED显示: 将测量得到的电池电压、电量百分比等信息显示在OLED屏幕上。
• 报警功能: 当电池电压过高或过低时，点亮LED指示灯进行报警。

3. 软件设计

3.1 ADC初始化

void ADC_Init(void)
{
  ADC_InitTypeDef ADC_InitStructure;
  GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
  // 使能ADC1和GPIOA时钟
  RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1 | RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
  // 配置PA0为模拟输入模式
  GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
  GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;
  GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
  // 配置ADC参数
  ADC_InitStructure.ADC_Mode = ADC_Mode_Independent;
  ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode = DISABLE;
  ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode = ENABLE;
  ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv = ADC_ExternalTrigConv_None;
  ADC_InitStructure.ADC_DataAlign = ADC_DataAlign_Right;
  ADC_InitStructure.ADC_NbrOfChannel = 1;
  ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);
  // 校准ADC
  ADC_Cmd(ADC1, ENABLE);
  ADC_ResetCalibration(ADC1);
  while(ADC_GetResetCalibrationStatus(ADC1));
  ADC_StartCalibration(ADC1);
  while(ADC_GetCalibrationStatus(ADC1));
  // 使能ADC1
  ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1, ENABLE);
}

3.2 电压采集与转换

float Get_Battery_Voltage(void)
{
  uint16_t ADC_Value;
  // 读取ADC转换结果
  ADC_Value = ADC_GetConversionValue(ADC1);
  // 将ADC值转换为电压值
  // 注意：这里需要根据实际分压比例进行计算
  float Voltage = ADC_Value * (3.3 / 4096) * (R1 + R2) / R2;
  return Voltage;
}

3.3 OLED显示

void OLED_Display(float voltage)
{
  char str[20];
  // 清屏
  OLED_Clear();
  // 显示电压值
  sprintf(str, "Voltage: %.2fV", voltage);
  OLED_ShowString(0, 0, str, 1);
  // 显示电量百分比
  // 注意：这里需要根据电池电压和放电曲线计算电量百分比
  uint8_t percent = (voltage - 3.0) / (4.2 - 3.0) * 100;
  if (percent > 100) percent = 100;
  sprintf(str, "SOC: %d%%", percent);
  OLED_ShowString(0, 16, str, 1);
  // 刷新屏幕
  OLED_Refresh_Gram();
}

3.4 报警功能

void Alarm_Check(float voltage)
{
  if (voltage > 4.2)
  {
    // 电压过高，点亮LED报警
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);
  }
  else if (voltage < 3.0)
  {
    // 电压过低，点亮LED报警
    GPIO_SetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);
  }
  else
  {
    // 电压正常，熄灭LED
    GPIO_ResetBits(GPIOB, GPIO_Pin_1);
  }
}

3.5 主函数

int main(void)
{
  // 初始化时钟、GPIO、ADC、OLED等外设
  System_Init();
  while (1)
  {
    // 获取电池电压
    float batteryVoltage = Get_Battery_Voltage();
    // OLED显示电压值和电量百分比
    OLED_Display(batteryVoltage);
    // 电压报警检测
    Alarm_Check(batteryVoltage);
    // 延时一段时间
    Delay_ms(100);
  }
}

4. 调试步骤

1. 按照电路图连接好硬件电路。
2. 将代码编译后下载到STM32开发板中。
3. 连接锂电池，观察OLED屏幕是否显示电池电压和电量百分比。
4. 模拟电池电压过压和欠压情况，观察LED报警功能是否正常。

5. 总结

本文介绍了一种基于STM32的锂电池电压监测系统设计方案，该方案电路简单、成本低、易于实现。通过对锂电池电压进行实时监测，可以有效防止电池过充过放，延长电池使用寿命，提高电池安全性。

相关知识点链接

1. STM32F103C8T6 数据手册:

• 官方链接: https://www.st.com.cn/zh/microcontrollers-microprocessors/stm32f103/documentation.html
• 重点关注章节:
• Chapter 10: Analog-to-digital converter (ADC): 介绍 ADC 模块的特性、工作原理、寄存器配置等。
• Chapter 9: General-purpose and alternate function I/Os (GPIO): 介绍如何配置 GPIO 引脚用于 ADC 输入。

2. STM32 HAL 库 ADC API 参考手册:

• 获取方式:
  1. 下载并安装 STM32CubeMX 软件包: https://www.st.com/en/development-tools/stm32cubemx.html
  2. 在安装目录中找到 HAL 库文档:
     \STM32Cube\Repository\STM32Cube_FW_F1_Vx.x.x\Drivers\STM32F1xx_HAL_Driver\Docs\STM32F1xx_HAL_Driver.chm
     (Vx.x.x 代表版本号)
• 重点关注函数:
• HAL_ADC_Init(): 初始化 ADC 模块。
• HAL_ADC_ConfigChannel(): 配置 ADC 通道。
• HAL_ADC_Start(): 启动 ADC 转换。
• HAL_ADC_PollForConversion(): 轮询方式等待转换完成。
• HAL_ADC_GetValue(): 获取转换后的数字值。

3. OLED 显示屏资料:

• 请根据您使用的 OLED 模块型号，搜索其数据手册和相关资料。 例如:
• SSD1306: 搜索 "SSD1306 datasheet"
• SH1106: 搜索 "SH1106 datasheet"
• 重点关注内容:
• 通信接口: I2C 或 SPI，了解通信协议和时序。
• 显示分辨率和驱动方式: 了解如何控制像素点亮和显示内容。
• 命令集: 了解如何控制 OLED 的亮度、对比度、显示模式等。

4. 锂电池充电和放电曲线:

• Battery University: https://batteryuniversity.com/ (英文)
• 重点关注内容:
• 了解锂电池的电压特性，例如充电截止电压、放电截止电压等。
• 了解锂电池的放电曲线，以及如何根据电压估算剩余电量。

5. 分压电路原理:

• 维基百科: https://en.wikipedia.org/wiki/Voltage_divider (英文)
• 重点关注内容:
• 了解分压电路的基本原理，以及如何计算分压后的电压值。
• 了解如何选择合适的电阻值，将电池电压分压到 ADC 可测量的范围内。