基于DS2762的智能锂电池监测系统

    一、引言

    目前， 在设计便携式产品时通常采用电池供电。

    在使用电池供电时， 电池的当前状态是用户所关心的， 如智能电话、数码相机等都实时显示当前的状态。为此， 在设计本文所涉及的仪器时， 智能电池监测系统被充分考虑。本文实现的锂电池监测系统由DS2762 锂电池监测芯片、51 单片机、液晶显示模块组成。其中的核心功能由DS2762 芯片完成的。本文介绍了系统的硬件实现和软件设计， 以及DS2762 芯片的特性和相关控制软件程序。

　　二、系统硬件结构及工作原理

    1、系统硬件结构。本系统的硬件设计力求简洁，以便使单片机能够完成更多其他功能。硬件实现如图1 所示：

图1 硬件结构图

    整个系统由DS2762 锂电池监测芯片、51 单片机和液晶显示模块组成。DS2762 芯片是MAXIM公司推出的新一代智能锂电池监测芯片， 集数据采集、信息储存、安全保护于一身，具有功能强大、硬件接线简单等特点。它完成对电池当前状态的监测， 包括当前电池的充/ 放电状态、电压、电流、温度和剩余电量等参数的监测。DS2762 芯片能自动采集这些数据， 并将其放在存储器中。

    DS2762 的引脚功能如下图2 所示：

图2 引脚功能

    PIO: 可编程的I/O 端。根据需要控制用户定义的外围电路。

    VDD: 电池正极输入。

    Vin: 感应电压输入。

    51 单片机按照用户需要对电池的相应参数读取和处理， 然后送往液晶显示模块显示。由于存放这些参数的EEPROM具有非易失性， 所以本系统具有掉电保护功能。由图1 可见， 单片机是整个系统的控制处理中心， 由于大量的工作由单片机完成， 明显地降低了系统硬件复杂度， 极大地提高了系统的智能化。

    液晶显示模块显示用户需要了解的电池当前状态信息， 用户根据这些信息以作出相应的处理。它仅仅接受单片机的控制和访问。

    2、工作原理。系统上电后， 先确定电池的工作方式： 单片机每88ms 监测一次电压， 将DS2762的IS1 和IS2 两端的压差（ Vis=Vis1- Vis2） 转换成电流后存入电流寄存器。若Vis 为正值， 说明电池正在充电； 若Vis 为负值， 说明电池正在放电， 也就是仪器正由锂电池直流电源供电。接着单片机对DS2762 发出采集电压、温度的控制命令。由于DS2762 内部有A/D 转换器和数字温度传感器， 可自动将电压、温度测量值存入DS2762 相对应的寄存器， 因此， 单片机只要等待其采样完毕后， 读取寄存器的内容， 最后送液晶显示模块显示。

    电池的剩余电量可用电流累加寄存器的值求得。电流累加寄存器的值是由DS2762 实时自动测量电池电流后更改的， 无须对其进行控制。电池充电时该值增加， 放电时该值减少。单片机读取此值后即可获得剩余电量。

    场效应管FET1、FET2 等构成DS2762的充放电保护回路。过压保护：如果电池电压Vin 超出过压门限电压Vov, 延时Tovd后，DS2762 将关闭充电场效应管FET1.欠压保护： 如果电池电压Vin 低于欠压门限电压Vuv, 延时Tuvd 后，DS2762 将关闭充电和放电场效应管FET1、FET2, 进入睡眠方式， 等待充电指令。充电过流保护：如果Vis（Vis=Vis1- Vis2）超出过流门限Voc, 延时Tocd 后， DS2762 将关闭场效应管FET1、FET2.放电过流保护：如果Vis 低于- Voc, 延时Tocd 后， DS2762 将关闭放电场效应管FET2.短路保护：如果SNS 脚的电压超过短路门限电压， 延时Tscd 后， DS2762 将关闭放电场效应管FET2.

　　三、系统软件实现及流程图

    为了满足监测的实时性， 单片机采用定时中断的方式访问DS2762, 进行电池参数采集。首先设置单片机的计数器为定时方式， 开启定时器， 定时长度可随需要灵活设定； 然后单片机运行其他程序， 等待定时中断的到来， 定时中断发生之后进行中断服务程序， 对数据进行采集、处理和显示； 最后重新初始化定时中断， 返回。图3 是系统总体流程图， 图4 是中断服务流程图。

图3 系统总体流程图

图4 中断服务程序流程图

    DS2762 与单片机进行数据通讯时仅用一根数据线（ DQ） , 因此必须严格按照芯片的读写时序要求来编写程序， 这样才能保证数据的正确读写。图5、图6 是DS2762 芯片对电池的工作方式和剩余电量进行监测的程序流程图：

图5 电池工作方式监测流程图

图6 剩余电量监测流程图

    说明： 1> 单片机对DS2762 进行任意存储命令操作时， 在发出每个命令之前都必须按照DS2762的复位时序要求。先发出复位信号且等待DS2762的应答（ 以示DS2762 准备接受或发送数据） , 然后再发出一个ROM 命令用以选择总线上要访问的DS2762.在本文的程序流程图中此过程用"DS2762的初始化"来代替。2> 在读取寄存器的值时， 为防止读取错误， 先要检查DS2762 是否正在修改寄存器的内容。这可通过判断EEPROM寄存器的EEC 位即可。

    四、结束语

    本文介绍的基于DS2762 芯片的锂电池监测系统是一种便携式仪器的一部分。系统硬件设计简洁，且同单片机配合使用， 不仅极大地提高了智能化， 而且功能强大、操作方便， 能够与其他功能协同工作。

    随着各种便携式电子产品的广泛应用， 电池实时监测已成为一种必不可少的功能， 因此本文所介绍的系统具有较强的实用性， 可用于数码相机、智能电话及其他便携式仪器的智能锂电池监测模块中。<