電池管理及監控設計解析

隨著信息技術的飛速發展，移動終端設備如手機、pDA、掌上電腦等產品正越來越多地得到廣泛使用。加上目前移動終端設備的解決器性能不斷提高、無線使用程序不斷新增、圖形功能越來越先進。功能上的新增，導致了移動終端產品的功耗越來越大;因此，對電池的提出了更高的性能要求，尤其體今朝電池的管理方面，其中包括電池的充電管理和電池的監控，這是嵌入式產品開發中非得考慮的問題。

2.電池管理芯片解析

2.1.電池充電管理芯片bq24032A

電池管理芯片bq24032A支持USB充電和AC充電方式。通過bq24032A對電池進行充電。此芯片供應整個系統的電源輸出。其中電池管理芯片bq24032A的VBAT接于電池監控芯片bq26220的VBAT引腳。pSEL為電源選擇端口，可以用于選擇由那種輸入電源作為主輸入電源(USB或AC)。倘若主輸入電源不可用，系統將自動采用第二種輸入電源進行輸入，電池輸入作為最后的選擇，當USB或AC電源不存在時才選擇使用電池作為供電源。pSEL被設置為低時，USB被選擇為主輸入。下圖1為電池管理芯片bq24032A及其外圍電路圖：

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，這個芯片可用于手持電話、pDA、和另外的便攜式產品中。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電源管理系統中和接收相應的數據。這個模塊供應64比特通用閃存，8比特的IDROM，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鍵的電池參數。

其中，BAT為電池電壓測試輸入端口，這個引腳被用于測試和測量電池的電壓值。HDQ為單線HDQ接口，是一個單線串行通信接口，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解決器的GpIO119端口。下圖2為bq26220芯片原理模塊圖：

3.電池驅動模型和驅動初始化過程

WindowCE中蘊含的樣本設備驅動程序分為兩種類型：單片驅動程序(Monolithicdevicedriver)和分層驅動程序(LayeredDevicedriver)。采用分層開發模式可以降低開發難度，縮短開發周期，在電池驅動開發中使用分層驅動開發模式。

分層驅動程序由兩個獨立的層組成：上層是模型設備驅動程序(MDD)，下層是依靠平臺的驅動程序(pDD)。設備驅動程序服務器供應的接口(DDSI)是在pDD中實現的函數集，并由MDD調用。由于微軟供應了所有與MDD模塊相關的源代碼，所以對這部分不用做任何改動，只需將自己的pDD模塊與MDD模塊鏈結成一個公用庫即可。MDD通過IoCTLS調用pDD中的特定函數來訪問硬件的詳盡特性。

WindowsCE電池驅動要求的MDD函數包括：

Init、Deinit、Open、Close、Read、Write、Seek、powerDown、powerUp、IOControl。

WindowsCE電池驅動要求的pDD函數包括：

BatterypDDInitialize、BatterypDDDeinitialize、BatterypDDGetStatus、BatterypDDGetLevels、

BatterypDDSupportsChangeNotification、BatterypDDpowerHandler、BatterypDDResume。

電池驅動初始化過程

在系統上電自檢成功后，上層調用電池驅動入口函數，進行電池驅動初始化工作：

(1)判斷是不是已經進行中斷事件初始化，倘若沒有初始化，則進行下面的操作，倘若已經進行了一次初始化，則封閉事件句柄。

(2)初始化電池全局變量。

(3)倘若中斷事件成功，則調用ResumeThreadproc創建電池線程。在線程的主調函數中，設置電池線程的優先級，然后在循環中等待中斷事件。

(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形緩沖區。

(7)調用BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數更新電池電量結構體pSYSTEMpOWERSTATUS_EX2中的數據。

4.BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數

BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數緊要獲取系統電源狀態值。在執行過程中是通過調用BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數來完成的。而BatteryApIGetSystempowerStatusEx2函數調用BatterypDDGetStatus函數以獲取電池狀態信息，BatterypDDGetStatus函數通過調用GetMainBatteryVoltage獲取主電池電壓值，通過調用GetpowerDevStatus獲取電池設備狀態，并獲取剩余電量的比例值。下圖3為BatteryApIGetSystempowerStatusEx函數調用關系圖：

5.CalcMainBatteryVoltage獲取電池電壓值Bq26220通過BAT端口測試電池電源，并且通過寄存器BATH-BATL傳遞給上層。這個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)蘊含電池電壓經過ADC轉換后的結果。這個電壓以11比特、2.44mV為步長、并帶有LSB的二進制形式表達出來。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，這個最緊要的信息比特是在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Vμ為單位，主控制器負責通LSB獲取修正因子和偏移量來測量ADC后的電壓值。下面是計算公式：

正確的=×(2.44+LSB修正因子)-偏移量BATVBATV

計算舉例如下：

例如：倘若真切的LSB=+2.45mV，偏移量=+80mV

計算正確的：BATV

LSB修正因子=+10Vμ=0.001mV

偏移量=+10×8mV=80mV

正確的=×(2.44+0.01)-80BATVBATV

程序詳盡實現流程如下圖4：

6.電池電量計算辦法

原來電池電量百分比顯示的其實是電壓百分比。可是硬件方面探測發現，電池電量和電池電壓并非成簡單的線性關系，因此要分區間進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大致如下(圖5)：

圖5電池電壓和電量的關系圖

在驅動程序中創建了一個為16個字長度的環形緩沖區，采樣點數新增為16個，這樣可以新增對采樣結果的可靠性。電池電壓采樣值even_samp為16個采樣值的和去掉一個最大值和一個最小值后再取均勻值。

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

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)

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

通過對以上三個區間的分別解決，這樣就獲得了相對正確的電池電量。

7.小結

本文解析了在WindowsCE系統中,基于電池充電管理芯片bq24032A和電池監控芯片bq26220芯片的電池驅動的實現。緊要解析了電池電壓的獲取和電池電量的計算辦法。對電池管理供應了很好的借鑒。

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