电池电量检测方法-库仑计-基于LTC2941

1. 电池电量格数的定义：

一般手机设计待机电量时, 比如有**4格5档(4-3-2-1-0)**的电量指示。
　　由于要考虑到电池使用一段时间(比如1年)后, 其放电平台会降低,上述的比例肯定会失调。
　　所以需要考虑一点点这方面的余量.以新电池的60%-40%-20%-5%这样的比例进行设计。
　　4.20V~3.90V满格
　　3.90V~3.80V三格
　　3.80V~3.72V两格
　　3.72V~3.65V一格
　　3.65以下，低电压告警。
虽然在使用新电池时, 第一格会待机比较长的时间, 最后一格待机比较短。但是当这个电池使用个一年半载后, 其容量分布就比较接近均分的情况。

2 .库伦计

2.1基本内容

mAh：电池容量的计量单位；
库仑的国际标准单位为电流乘于时间的安培秒. 1mAh=0.001安培*3600秒=3.6安培秒=3.6库仑；
库仑计的芯片,即电量计量芯片是装在手机电池里面的,通常是与锂离子电池的保护线路设计在一起。

2.2库伦计工作原理

基本原理：芯片上集成了一个取样电阻,当流过不同电流后产生不同的压差,芯片就对这个电压(实际转换为电流)和时间进行积分,得到用户使用时的正确电量(注意,电量的单位是mAh)，该芯片通过实时积分得到容量以后,把容量(单位是mAh)数据存储在芯片的EEPROM中,并根据手机的需求,通过通讯线传递给手机.那么手机就得到了这块电池的准确容量。

在库仑计芯片的存储器里面通常有如下的基本电池信息
▲电池的初始容量(mAh),即额定容量,一个电池完全充放后得到的容量
▲电池的当前容量(mAh),处于使用状态是的电池容量
▲当前流经的电流(mA),即手机的电流损耗

例子：一块额定容量为600mAh的电池,如果当前电池容量只有456mAh,手机就显示
456/600=76%；
电池额定容量调整
1、电池循环充电次数（电池使用率）会影响到电池的额定容量
如：比如初始容量是600mAh的电池,在100次循环以后,其实际容量已经变成500mAh了,如果在进行容量显示是仍然按照600mAh这个数来计算的话,势必造成电池永远充不饱这个问题.。
解决措施：库仑计的里面还有一个容量对使用次数调整的算法,会根据电池循环次数调整其实际容量。
2、电池使用温度会影响到电池的可用容量
如：比如在25度时,电池可以得到几乎100%的可用容量，而在0度是,电池只能放出80%的可用容量。
解决措施：库仑计里面还有一个容量对温度调整的算法，会根据电池的实际温度进行可用容量调整；

请您定期的对你所用的电池进行一次完全的充分,以便库仑计进行容量调整和归一化的进行.确保库仑计一直工作在最佳状态。

基于LTC2941芯片进行库仑计法检测电池电量

对于这个将不会做过多的说明；一切的说明都不如直接看芯片手册；总的来说就是使用IIC通信进行读写芯片中相应的寄存器；
这里只做简要说明，具体看后面上传的中英文芯片数据手册；
1）、LTC2941芯片寄存器
A：状态寄存器；
B：控制寄存器；
C：累积电荷寄存器（高八位）；
D：累积电荷寄存器（低八位）；
E：充电阈值高MSB；
F：充电阈值高LSB；
G：充电阈值低MSB；
H：充电阈值低LSB；
（寄存器的描述请看手册）

2）、电池容量计算公式
QBAT = qLSB(C*256 + D)

Qlsb：累积电荷（寄存器C，D）的最低有效位（qLSB）;
Rsense：外部检测电阻值；
M：可编程的预分频器（1-128）；
Imax：应用的最大电流；

请注意，当预分频器设置为其默认值M =128时,1mAh = 3.6A•s=3.6C（库仑）。

3）、IIC驱动程序；

//系统时钟为24M时
//count = 200时，时间约等于100us
void delayNop(u32 count)
{while(count -- > 0){__NOP();}
}

注意：经过测试，该IIC通讯读写有问题；建议自己修改，但是下面的LTC2941的时序没有问题；


/*****************************IIC通信协议***************************/
#define _IIC1       1
#define _IIC2       0#define IIC1_SCL   PB6
#define IIC1_SDA    PB7#define IIC2_SCL     PB10
#define IIC2_SDA    PB11#if _IIC1
#define SDA_IN()        {GPIOB->CRL &= 0X0FFFFFFF; GPIOB->CRL |= (u32)8<<28;}
#define SDA_OUT()       {GPIOB->CRL &= 0X0FFFFFFF; GPIOB->CRL |= (u32)3<<28;}
#endif#if _IIC2
#define SDA_IN()        {GPIOB->CRH &= 0XFFFF0FFF; GPIOB->CRH |= (u32)8<<12;}
#define SDA_OUT()       {GPIOB->CRH &= 0XFFFF0FFF; GPIOB->CRH |= (u32)3<<12;}
#endif#define IIC1_SCL_High     writeGpioHigh(IIC1_SCL)
#define IIC1_SCL_Low        writeGpioLow(IIC1_SCL)
#define IIC1_SDA_High   writeGpioHigh(IIC1_SDA)
#define IIC1_SDA_Low        writeGpioLow(IIC1_SDA)#define IIC2_SCL_High writeGpioHigh(IIC2_SCL)
#define IIC2_SCL_Low        writeGpioLow(IIC2_SCL)
#define IIC2_SDA_High   writeGpioHigh(IIC2_SDA)
#define IIC2_SDA_Low        writeGpioLow(IIC2_SDA)void iicStart(void)
{SDA_OUT();     //sda线输出IIC1_SCL_High;IIC1_SDA_High;delayNop(2);IIC1_SDA_Low;delayNop(2);IIC1_SCL_Low;   //钳住I2C总线，准备发送或接收数据
}void iicStop(void)
{SDA_OUT();      //sda线输出IIC1_SDA_Low;IIC1_SCL_Low;delayNop(2);IIC1_SCL_High;IIC1_SDA_High;delayNop(2);
}u8 iicWaitAck(void)
{u8 errorAck = 0;SDA_IN();IIC1_SCL_High;delayNop(2);IIC1_SDA_High;delayNop(2);while( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7) == Bit_SET ){errorAck++;if(errorAck > 250){iicStop();return 0;}}IIC1_SCL_Low;return 1;}//产生应答
void iicACK(void)
{IIC1_SCL_Low;SDA_OUT();IIC1_SDA_Low;delayNop(2);IIC1_SCL_High;delayNop(2);IIC1_SCL_Low;
}void iicNOack(void)
{IIC1_SCL_Low;SDA_OUT();IIC1_SDA_High;delayNop(2);IIC1_SCL_High;delayNop(2);IIC1_SCL_Low;
}void iicWrite_Byte(u8 byte)
{u8 i;SDA_OUT();IIC1_SCL_Low;for(i = 0; i < 8; i++){if( (byte&0x80) == 0x80 ){IIC1_SDA_High;}else{IIC1_SDA_Low;}byte <<= 1;delayNop(2);IIC1_SCL_High;delayNop(2);IIC1_SCL_Low;delayNop(2);}
}//读1个字节(高位开始读)，ack=1时，发送ACK，ack=0，发送nACK
//在C语言中x<<=1等于x=x<<1，是把x左移1位以后值保存回x里，x发生变化了
u8 iicRead_Byte(unsigned char ack)
{u8 i;u8 recvByte = 0;SDA_IN();for(i = 0; i < 8; i++){IIC1_SCL_Low;delayNop(2);recvByte <<= 1;//高位开始读，所以左移if( GPIO_ReadInputDataBit(GPIOB, GPIO_Pin_7) == Bit_SET ){recvByte |= 0x01; }delayNop(2);     }if(ack){iicACK();}else{iicNOack();}return recvByte;
}

/***************************** LTC2941 ***************************/
#define ADDR_DeviceWrite    0xC8
#define ADDR_DeviceRead 0xC9//A:状态寄存器
#define ADDR_A      0x00
//B:控制寄存器
#define ADDR_B      0x01
//CD:累积电荷寄存器
#define ADDR_C      0x02
#define ADDR_D      0x03
//EF:充电阀值高
#define ADDR_E      0x04
#define ADDR_F      0x05
//GH:充电阀值低
#define ADDR_G      0x06
#define ADDR_H  0x07//对寄存器B进行写0xFC操作；
//警报电压:3v(11)
//预分频:128(111)
//充电完成模式(10)；
//关掉模拟；(0)
void LTC2941_writeB(u8 data)
{iicStart();iicWrite_Byte(ADDR_DeviceWrite);//11001000delayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicWrite_Byte(ADDR_B);//o1hdelayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicWrite_Byte(data);delayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicStop();
}//对寄存器CD EF GF 进行写操作；
//CD默认:7FFF; 充电完成后:FFFF
//EF:电池满电量提醒:4200mv
//GH:电池低电量提醒:3600mv
void LTC2941_writeTwoByte(u8 addrRegister, u8 Qmsb, u8 Qlsb)
{iicStart();iicWrite_Byte(ADDR_DeviceWrite);//11001000delayNop(3);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicWrite_Byte(addrRegister);//o2h / 04h / 06hdelayNop(3);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicWrite_Byte(Qmsb);delayNop(3);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicWrite_Byte(Qlsb);delayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return;}iicStop();
}//A[7]:芯片识别; 1 : LTC2941;     0 : LTC2942;
//A[5]:指示累积电荷的值达到顶部或底部。
//A[3]:指示累积电荷值超过了电荷阈值上限。
//A[2]:指示累积电荷值下降到电量阈值下限以下。
//A[1]:VBAT警报指示电池电压（SENSE-）下降低于选定的VBAT阈值。
//A[0]:
u8 LTC2941_readA(void)
{u8 receByte = 0;iicStart();iicWrite_Byte(ADDR_DeviceWrite);//11001000delayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return 0;}iicWrite_Byte(ADDR_A);//o0hdelayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return 0;}iicStart();iicWrite_Byte(ADDR_DeviceRead);//11001001delayNop(5);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return 0;}receByte = iicRead_Byte(0);iicStop();return receByte;
}u16 LTC2941_readTwoByte(u8 addrRegister)
{u16 receTwoByte = 0;u16 Qmsb = 0;u8 Qlsb = 0;iicStart();iicWrite_Byte(ADDR_DeviceWrite);//11001000delayNop(3);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return 0;}iicWrite_Byte(addrRegister);//o2h / 04h / 06hdelayNop(3);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return 0;}iicStart();iicWrite_Byte(ADDR_DeviceRead);//11001001delayNop(3);if(iicWaitAck() == 0 ){iicStop();return 0;}Qmsb = iicRead_Byte(1);Qlsb= iicRead_Byte(0);iicStop();receTwoByte = (Qmsb<<8) | Qlsb;return receTwoByte;
}float Qlsb = 0;
float QBAT = 0;
float Rsense = 50;
float M = 128;
void getbatteryCapacity(void)
{u16 recvData = 0;u8 C = 0;u8 D = 0;recvData = LTC2941_readTwoByte(ADDR_C);C = recvData >> 8;D = recvData&0x00ff;Qlsb = 0.085*(50/Rsense)*(M/128);QBAT = Qlsb*recvData;   //得到电荷量后，进行电量显示
}//电池百分比:   当前电量值除以总额度电量值；
u8 getbatteryPercent(void)
{u16 currentBAT = 0;//当前电量值u16 rateBAT = 0;//额定电量值currentBAT = LTC2941_readTwoByte(ADDR_C);rateBAT = LTC2941_readTwoByte(ADDR_E);return (u8)currentBAT/rateBAT;
}void batteryWarn(void)
{u8 receA = 0;u8 batteryHigh;u8 batteryLow;u8 batteryVeryLow;receA = LTC2941_readA();batteryVeryLow = (receA&0x02);batteryLow = (receA&0x04);batteryHigh = (receA&0x08);if(batteryLow){//低电量提醒}if(batteryHigh){//电池满电状态}if(batteryVeryLow){//警报指示电池电压（SENSE-）下降低于选定的VBAT阈值。}}