物联网产品的电池电压自动采集的研发测试方案

一、物联网行业中存在问题

在当今的科技时代，物联网电子产品的应用愈发广泛，无论是智能家居中的各类传感器，还是工业自动化领域的远程监控设备，亦或是智能穿戴设备等，在众多的场景中，二次电池都成为了为这些设备提供稳定电源的重要选择。然而，在物联网产品的研发阶段，如何准确测试电池电量一直是一个亟待解决的关键问题。本方案正是为了应对这一挑战而精心设计的，旨在提供一种高效、精准且可靠的电池电量测试方法，以助力研发人员更好地优化产品性能，确保物联网产品在实际应用中的稳定运行。

二、该问题带来的危害及影响

物联网设备很多情况下采用可充电电池进行供电，如果不在产品设计阶段设计好符合实际使用场景的电池电压测试方案，就会导致产品在交付使用过程中，无法准确确认电池状态，从而导致设备在使用过程中由于电池电量不足，未及时充电而影响用户使用。

三、解决方法

方法一

1、原理介绍

通过垃圾桶控制板上的AM21EV5 NB模组中的ADC采集引脚，侦测聚合物锂电池的电池电压来判断电池电量，最终将锂电池的电压以图像形式显示在串口屏上。

侦测电池电压的电路如下图所示：

2、方案详情

2.1.按照测试方案原理，设计原理图

2.2原理图设计

AM21EV5有两个ADC数据采样接口，选择外接一个引脚，并联电压采样电阻，另外一个引脚接地，这种方式称作单端采集方式，最后，采样电阻再外接一个滤波电容.

2.3器件选型

根据AM21EV5硬件设计手册得知，ADC采集电压上限为1.3V, 锂电池满负荷电压为4.2V,设定采样电阻的阻值为150KM 根据欧姆定律得知，另外一个分压电阻的阻值：R2=(VBAT-1.3V)*R1/1.3V=334K 防止采样电压高于ADC电压上限，选择360KΩ。当电池电压为4.2V满负荷时，采样电压最大值为1.24V ,小于1.3V.

ADC输入阻抗较大，流入ADC的电流忽略不计，并且综合考虑整个产品的休眠功耗，选择采样电阻的阻值为150KΩ

根据采样精度要求，应选择精度为1%的电阻。

2.4PCB设计

为了避免受到干扰，ADC引脚的走线要尽量短，远离干扰源，走线包地处理。ADC引脚处的走线高亮显示如下：

这里的走线不长，经测试纹波电压小于50mV，满足要求。如下图所示：

2.5测试

在电压降到3.2V时，经实际测试，系统无法开机，所以设定3.2V为关机电压。参考锂电池的放电曲线图，以1A电流放电时，一开始放电曲线很平缓。放电到3.5V再往后一些，蓝色的放电曲线呈陡崖式下降，这就是为什么电压变得不稳定了。见下图蓝色曲线的最右侧那一段：

2.6电量显示

根据电池放电曲线及实际测试数据，在串口屏幕上，显示电量指示的图片，不同图片显示不同电量值。对应如下所示：

3.2V~3.5V

2.7实际测试现象

上图显示，万用表实际测量电压为3.71V, 串口屏电池电量显示3格电的图片，在实际设计电池电压范围内（3.6V~3.8V）

2.8.结论

当实际电池电压显示为3.5V以下，串口屏显示1格电时，需要进行充电动作，否则设备很快就会关机。

3、需要的测试设备或测试环境

待测控制器电路板

聚合物锂电池

串口屏

万用表

示波器

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