【技术大神】基于32位MCU EFM32ZG的智能电池设计
看到这个标题，可能会有人不屑，“不就是个电池嘛，整啥单片机，正负一对接，给系统供电就是了，没电再充，搞那么复杂干嘛”。是的，对于用户而言，任何电池的使用，就是这么简单，只要正确的将正极与负极接入系统的电源接口即可。但是，现如今越来越多的电子设备可不像过去的收音机、手电筒那样，电池没电了换个满电的进去，而是有着严格的开机与关机过程的。
设想一下，你正在笔记本电脑上编写文档，因为电池没电，突然断电，后果，轻则，文档没有保存，需要重新编写；重则，电脑无法开机，需要进行修理。当然，这是我们设想的情况，现实中的实际情况是怎样呢？事实上，笔记本电池不会因为将自己存储的电量放的一干二净而突然断电的。它会实时和电脑通讯，告诉电脑它的剩余电量还有百分之几，用户也可以通过电脑看到电池的电量信息，决定要不要连接适配器。如果用户一直都没有连接适配器，当电脑显示的电池电量为0%时，电脑在保存用户的当前文档后，就会自动关机。
这个0%并不是说电池没电了，而是提示用户，当前电量即将不能保证电脑的正常工作，为了保护电脑不因电量不足而受到损坏，现在必须自动关机。从这个情形中，我们发现，笔记本的电池除了供电功能外，它还要不时的与电脑交流，让电脑对它当前的运行状态了如指掌。这就是智能电池，当然要整单片机了！
笔者曾经用芯科的32位MCU EFM32ZG作为主控，设计过一款电池，系统框图如图1所示。
图1：智能电池系统框图
该系统可以通过I2C接口，以10Hz的频率，向主机回报电池总容量、剩余电量百分比、电压、电流、温度等参数信息。虽然EFM32ZG的I2C支持SMBus模式，但由于EFM32ZG只有一路硬件I2C，且已被主机通讯占用，若选用两路I2C的器件，成本就会提高，好在该系列引脚很多，可以用GPIO模拟SMBus与电量监测计进行通讯，获取其采到的电池信息，并对信息处理后，保存在缓存中，以便在I2C主机需要时，及时将数据上报。
EFM32ZG在EM2（Deep Sleep）模式时的功耗不到1.5μA，也非常适合使用在该设计上。因为绝大多数时候，电池都是处于休眠状态，只有在按下按键或者接入充电器到PACK+/-时，EFM32ZG才会被唤醒，打开MOS开关，显示当前电量，进入放电状态，或者打开MOS开关，进入到充电状态。若电池开机之后，既不处于放电状态，也不处于充电状态，则电池会在一定的时间之后，自动进入到休眠状态，以节省电量。只有在休眠时的功耗足够低，电池存放的时间才会足够久。
该电池在软件设计上，也并不是很复杂。软件流程详见图二。两个IO中断来用响应按键按下与充电器接入的事件，从而唤醒MCU进入正常工作状态；I2C中断用来响应主机对电池数据的请求。其余是一些必要的逻辑判断，来决定是继续工作，还是进入休眠。
图2：智能电池软件流程图
以上，是笔者分享自己的一个项目实例。读者可以以此作为参考，结合实际的项目需求，删改一些不适的设计，增加一些自己认为更合理的设计，使自己设计出的产品更加人性化，更加智能。
作者：車車
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小小方 Lv6. 高级专家 2019-10-18了解 -
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天蓝蓝 Lv2. 工程师 2018-07-26学习了，第一次接触智能电池 -
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80分每天 Lv5. 技术专家 2018-01-11实践者的文章，学习了 -
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Albert Lv7. 资深专家 2017-10-26不错哦，很有意思！ -
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用户_8239 Lv7. 资深专家 2016-08-06框图清晰，流程图详细，绝对的大神文章 -
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用户_8239 Lv7. 资深专家 2016-08-06方法不错，值得借鉴 -
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用户_8239 Lv7. 资深专家 2016-07-27智能电池设计适应当前节能减排的大趋势。 -
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用户65549834 Lv3. 高级工程师 2016-07-25写的很实用，很有启发性，值得细读 -
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用户54886136 Lv1. 初级工程师 2016-07-25大神的设计有前景，值得推广 -
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我就是我 Lv7. 资深专家 2016-07-23很有前景.
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采用Silicon Labs的ARM Cortex-M3内核EFM32是全球最低功耗的32位MCU，外设丰富,5大超低模式，非常适用于智能温控器。无线WIFI模块采用WGM110，具有卓越的射频性能，并可提供远程范围的稳定无线连接和安全性。
方案 发布时间 : 2019-07-30
【IC】芯科科技EFM32PG28 32位低功耗微控制器，1.71-3.8V宽工作电压范围，嵌入式物联网的理想选择
随着AIoT和可穿戴技术的爆炸式增长，低功耗微控制器（MCU）已经无处不在，因为许多应用都有最小化功耗的需求。本文整理了当今市场上可用的低功耗MCU及其功能特性。以下内容摘要介绍Silicon Labs（亦称“芯科科技”）的EFM32PG28（PG28）32位MCU产品。
产品 发布时间 : 2024-03-11
【应用】功耗电流仅900nA的32位MCU在GPS定位器上的应用
相对于传统的8位、16位单片机实现的GPS追踪器，基于EFM32JG实现的本方案具有超低功耗、集成度高和扩展性良好的优势。
新应用 发布时间 : 2019-09-05
全球超低功耗MCU的关键：灵活的能源管理单元
Silicon Labs EFM32小壁虎系列MCU，作为当今全球功耗最低功耗的MCU，EFM32成为电池供电等对低功耗要求较高场合的不二之选！
技术探讨 发布时间 : 2019-07-19
【应用】低功耗32位MCU在智能安防无线报警系统中的应用
芯科高性能低功耗的32位微控制器EFM32非常适合于智能安防系统的应用，其EFM32JG系列内核采用运算性能突出的Cortex-M3设计，极大地缩短了智能安防应用中的算法处理时间，提高了系统的性能。
新应用 发布时间 : 2019-09-03
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