AVR491：SB200快速入门指南解读

作为一名电子工程师，在硬件设计开发中，掌握各种开发工具和设备的使用方法至关重要。今天我们就来详细了解一下SB200，它是一款用于AVR 基于智能电池应用的演示平台和易于使用的开发环境。

文件下载：ATAVRSB200.pdf

一、SB200和锂离子电池的安全使用

SB200配备了四节锂离子电池，这些电池内置保护装置，能确保用户在正常使用情况下不会受到危险，毕竟锂离子电池是有爆炸风险的。使用Atmel提供的未修改代码示例时，无论使用有保护或无保护的电池，通常都不会有危险。

不过，使用受保护的电池也有一些缺点。内置的保护电子设备会导致一定的能量损失，而且很难测试极端情况，如深度欠压、过流等，因为内置保护会影响测试结果。有时候电池过度充放电还会触发保护机制，使电池失效。所以，当遇到奇怪的现象时，要考虑是否是电池保护装置在起作用。另外，要注意用来选择顶部电池单元的跳线，如果放置不正确，可能会使电池单元短路。

二、SB200的使用示例

2.1 电池充电

SB200的内置充电器可以通过PC应用程序控制充电时间，时间一到就会自动停止充电。即使PC软件关闭或USB电缆断开，充电器也会按照设定的时间自主停止充电。

对于两电芯的锂离子电池组，典型的推荐充电电压是8.4V，充电电流通常是1C。以880mAh的电池为例，充电器会设置为8400mV和880mA，充电时间最长为255分钟，这里设置为120分钟。按下SET按钮，充电器就会以这些参数开始或重新开始充电，此时SB200顶部中间的绿色LED会亮起。

2.2 电池放电

为了评估智能电池在放电过程中的性能，SB200上有一个电子控制负载，它可以通过PC软件进行控制。将滑块拉到顶部，负载可以从电池中抽取高达5000mA的电流。如果通过右键单击负载并选择“Set Load”菜单项，然后直接在编辑框中输入电流值，则可以抽取更高的电流，这可用于短路/过流测试。

拖动滑块可以启用负载，右键单击并选择“Clear load”则可以关闭负载。当负载温度（FET处的PCB）超过125°C时，SB200会自动关闭负载。需要注意的是，125°C非常热，不要触摸散热片。不过，这个负载的设计目的是抽取较高的电流，而不是追求高精度，实际电流通常会低于PC软件中指定的电流值。

2.3 读取SB201智能电池的值

SB201支持SBS数据规范中指定的大多数命令，还能提供“扩展命令”，可以获取单个电池单元的电压和温度信息，并且支持基于AES的电池认证。

所有支持的SBS和扩展命令都列在PC软件的右侧。可以单独调用这些命令，也可以通过复选框选择，点击“Update”按钮会刷新所有被选中的命令。最常用的刷新命令的方法是设置自动更新定时器，它会按照“Tools->Options”菜单中设置的固定间隔刷新选中的命令。

2.4 分流电阻校准

SB201上的分流电阻精度为±1%，如果不进行校准，可能会导致测量不准确。虽然分流电阻在出厂时已经校准，但如果需要重新校准（例如重新编程后），可以按照以下步骤进行：

首先，需要测量从电池中抽取的实际电流，并将其与SB201报告的值进行比较。由于电子负载的精度不够，需要在SB200上通常放置红色跳线的位置连接一个精确的安培表。

将负载设置为例如500mA，查看安培表的测量值，然后从SB200 PC软件中读取分流电阻值和电流。假设安培表显示490mA，SB200报告495mA，分流电阻值设置为10000µΩ，那么可以使用以下公式计算分流电阻的实际值： [Real shunt resistor value =10000 * frac{495}{490} approx 10102 mu Omega]

将计算得到的分流电阻值输入到“Shunt Resistance”编辑框中（点击分流电阻图像可打开），然后按下“WRITE”按钮。此时，SB201报告的电流应该与安培表的测量值相同，这样SB201的固件就校准为使用分流电阻的实际值了。

2.5 FET禁用和存储模式

在Battery Studio主窗口中有两个开关，可以用来启用和禁用SB201上的充电和放电FET。切换开关时，会向SB201发送命令以设置所需的状态。这个功能主要用于开发和评估阶段，不适用于成品。“BatteryMode Read”命令也会更新FET的状态。

2.6 数据记录

SB200 PC软件可以通过两种方式记录数据：一种是在一个“scope”图中显示电池电流和平均电流，另一种是在另一个图中显示电池单元电压。

此外，从SB200/SB201读取的所有命令都可以写入日志文件。这需要指定一个日志文件，并且在自动更新功能开启时进行记录。日志文件使用二进制文件格式，所有选中的命令都会被记录，未选中的命令会记录为空值。这个二进制文件可以导出为Excel或CSV文件，以便进行数据处理。

2.7 显示状态标志

一些SBS命令包含一系列状态标志。为了帮助用户将十六进制值转换为状态标志，只需展开“BatteryStatus”参数，状态标志就会显示出来。

2.8 快速入门指南步骤

1. 将SB201 - 2插入SB200中。
2. 将大红色的“Number of Cells”跳线设置在“2”的位置（或者插入安培表来测量电流）。
3. 将电池单元插入CELL 1和CELL 2插槽，注意电池的极性。
4. 将12V电源连接到SB200。
5. 按下SB200上的HWB按钮，或者通过PC软件启动充电器来为SB201供电。HWB按钮会启动最长1分钟的充电，直到再次按下该按钮。充电电压会根据连接的SB20x型号进行设置。
6. 从AVR Studio中启动AVR Battery Studio SB200 PC软件，或者直接启动。
7. 连接PC和SB200之间的USB电缆。
   • 验证USB状态是否为“Connected”，并且“Board”是否为“SB201 - 2”。
   • 等待SB201完成校准（第一次启动SB201时最多需要30秒）。
8. 读取以下命令：
   • ManufacturerName（“Atmel”）。
   • DeviceName（“SB201 - 2 - dual cell”）。
   • DeviceChemistry（“Lithium - Ion”）。
   • ManufacturerData（“App note AVR456”）
9. 测试认证：
   • 点击“Battery Pack authentication”文本或从菜单中打开认证对话框。
   • 在“Host Challenge”编辑框中写入“This will fail!!”。
   • 按下“WRITE”，然后按下“READ”（读取到的是乱码）。
   • 将“AES Key”中的“Gandalf says?”替换为“You cannot pass!”。
   • 在“Host Challenge”编辑框中写入“Authentic batt!!”。
   • 按下“WRITE”，然后按下“READ”（读回“Authentic batt!!”）。
   • 状态应该显示“Authentication Accepted”。
10. 尝试从SB201读取命令。勾选以下复选框：
    • Voltage
    • Current
    • RelativeStateOfCharge
    • RemainingCapacity
    • VoltageCell2
    • VoltageCell1
    • 点击菜单上的“Update”按钮读取所有值。
11. 记录数据：
    • 打开菜单中的“Tools->Options”。
    • 指定日志文件的位置。
    • 按下“Auto - generate filename”单选按钮，然后按下“OK”。
    • 注意右侧的图表会显示电池电流和电池单元电压。
    • 通过拖动滑块将负载设置为100mA，观察图表变化。
    • 增加电流到更高水平，观察电池单元电压的下降情况。
    • 将负载保持在500mA，等待SB201中的电池保护装置禁用放电。
    • 禁用负载，以8400mV、880mA的参数启用充电器充电30分钟，观察充电电压和电流的变化。
    • 禁用记录功能，检查日志文件。
12. 探索这个应用程序，享受开发的乐趣。

2.9 故障排除

在使用SB200时，可能会遇到一些常见问题，下面是这些问题及对应的解决方法：	问题	解决方案/解释
按下READ按钮后值不更新。	检查SB200 PC应用程序左下角的“USB Status”是否为“Connected”，确保USB电缆已连接，并且SB200已通电（DC插孔旁边的绿色LED应亮起）。同时，验证左下角的“Board”标识是否正确识别了SB20x板。如果不正确，检查SB20x智能电池板是否正确插入。还要确保电池插槽中插入了正确数量的电池，并且“number of cells”跳线安装正确（如果设备板识别正确，LED会在跳线应安装的位置亮起）。
智能电池AVR断电后无法开启，除非连接充电器。	打开SB200充电器，这应该会使SB200顶部中间的“Charger Active” LED亮起。再次尝试读取命令。
USB连接器附近的LED持续亮起（红色或蓝色）。	这表示发生了未处理的错误，需要按下SB200上位于USB和DC插孔之间的微动开关来重置SB200 USB设备。
第一次运行SB201固件时，CC - ADC偏移校准需要20 - 30秒，在此期间按READ返回乱码。	这是正常的校准过程，校准期间设备板不会响应任何命令。
如何测试AES认证，按READ只返回乱码。	需要在PC端指定正确的AES密钥“ You cannot pass!”，才能正确解密SB20x的加密回复。指定密钥后，写入一个16字符的字符串，然后再读取。
SB20x响应命令，但无法从中抽取电流。	如果SB20x启动时负载处于活动状态（即放电FET关闭后又打开），电子控制负载中的积分器会饱和，导致短时间内有短路电流流过。解决方法是暂时禁用负载，直到SB20x启用其放电FET。“BatteryStatus”上的扩展参数会提供相关信息。
是否可以更改自动更新刷新率？	使用“Tools->Options”并设置所需的定时器间隔。
启用负载放电电池，突然停止放电，且电池电压高于2.7V时无法再次启动放电。	这是因为在放电过程中，其中一个电池的电压曾低于2.7V，SB20x为了保护电池而禁用了进一步放电。要启用放电，需要对电池进行短暂充电，打开充电器一段时间即可。
SB201损坏了我的一个电池单元。	通常不是SB201的问题，而是电池单元自身的内置保护不准确，导致在SB201达到限制之前触发保护。通常可以通过打开充电器来恢复电池。（在开发过程中，可能会对电池过度充电或放电，超出保护范围）
Set和Clear按钮有时不响应。	PC软件可能正在忙于从SB200获取数据（等待响应）。禁用自动更新功能，或者多次按下按钮，直到它响应。
能否使用无保护的电池与SB200配合使用？	不建议这样做，风险自负。如果要移除SB200附带电池的保护装置，记得在之后用胶带包裹电池单元，以免电池插槽使电池短路。
电池充满电时电压几乎相等，但接近完全放电时电压差异很大。	这是正常现象，因为电池单元的电阻不同，在放电时这种差异会更明显。启用电池单元平衡功能可以使电池在充电时电压接近相同，这对于将电池充电到最大容量非常重要。
无法擦除、重新编程或在SB20x子板上启动调试会话。	如果SB20x子板上的智能电池AVR中编程的固件导致设备进入断电状态，编程器将无法对设备进行重新编程。这种情况可能发生在设备启动后很快进入断电状态（假设已经尝试过电源循环）。此时，设备关闭了内部稳压器，编程工具控制所需的内部逻辑也关闭了。可以通过将V FET连接到GND，将V REG连接到3.3V来强制设备开启，这样就可以进行擦除和编程了。

三、评估板/套件重要注意事项

这个评估板/套件仅用于进一步的工程、开发、演示或评估目的，它不是成品，可能不符合一些或所有适用于成品的技术或法律要求，包括但不限于电磁兼容性、回收（WEEE）、FCC、CE或UL指令（除非板/套件上另有说明）。Atmel以“现状”提供该板/套件，不提供任何保证，所有风险由购买者和后续用户自行承担。用户需要对货物的正确和安全处理承担全部责任和义务，并对Atmel因货物的处理或使用而产生的所有索赔进行赔偿。由于产品的开放式结构，用户有责任采取所有适当的预防措施，以防止静电放电和其他技术或法律问题。

以上就是关于SB200的详细介绍，希望对各位电子工程师在相关的硬件设计开发中有所帮助。大家在使用过程中遇到问题，欢迎在评论区交流讨论。