STM32F103控制器的蓄電池雙向電流檢測(cè)

2 軟件設(shè)計(jì)
2．1 基本思路
監(jiān)控系統(tǒng)軟件的開發(fā)采用ARM公司的Real View MDK開發(fā)工具，統(tǒng)一采用C語(yǔ)言編程。為提高開發(fā)效率，ST公司推出了針對(duì)STM32控制器的固件函數(shù)庫(kù)，目前的最新版本為STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．2．O。電壓和電流檢測(cè)A／D轉(zhuǎn)換的軟件設(shè)置如下：
①配置模擬量輸入的GPIO口。STM32控制器有個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，其A／D轉(zhuǎn)換輸入引腳可以是任意GPIO，只要GPIO配置為GPIO_Mode_AIN模式，即可以實(shí)現(xiàn)模擬量輸入。STM32F103共有16個(gè)外部通道，該設(shè)計(jì)中將PCA和PC6作為電壓量和電流量的ADC輸入端。
②將ADC設(shè)置為連續(xù)轉(zhuǎn)換模式、右對(duì)齊、非外部觸發(fā)。
③啟動(dòng)ADC，開始采樣轉(zhuǎn)換和處理。
2．2 軟件濾波措施
該應(yīng)用中電壓量和電流量為變化較緩的信號(hào)，故軟件采取防脈沖干擾平均濾波算法。連續(xù)采樣N個(gè)數(shù)據(jù)，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，然后計(jì)算N-2個(gè)數(shù)據(jù)的算術(shù)平均值。通過(guò)實(shí)驗(yàn)N取5時(shí)可達(dá)到滿意的效果。該算法能夠剔除偶然出現(xiàn)的脈沖性干擾，消除由于脈沖干擾所引起的采樣值偏差。

3 提高信號(hào)檢測(cè)精度的措施
為提高ADC處理的精度和系統(tǒng)抗干擾能力，該設(shè)計(jì)從ADC的使用、電壓基準(zhǔn)和供電、濾波及元器件的選擇等方面采取了系列的措施。
3．1 ADC的使用
使用STM32F103的ADC時(shí)考慮兩個(gè)方面：
①兩個(gè)模擬量輸入口臨近的引腳不安排數(shù)字量I／O。I／O腳之間存在耦合電容，因此I／O端口的翻轉(zhuǎn)可能對(duì)ADC的模擬輸入產(chǎn)生一些噪聲。這可能是因?yàn)镻CB走線過(guò)于靠近，或互相交叉而產(chǎn)生的。
②溫度會(huì)對(duì)ADC的精度產(chǎn)生較大的影響，主要包括偏移誤差和增益誤差。這些誤差可以通過(guò)微控制器的固件程序補(bǔ)償。一種方法是，根據(jù)不同的溫度范圍測(cè)量出完整的偏移和增益變化，再在存儲(chǔ)器中建立一個(gè)對(duì)照表，需要耗費(fèi)額外的費(fèi)用和時(shí)間。另一種方法是，當(dāng)溫度達(dá)到某個(gè)數(shù)值時(shí)，使用內(nèi)部的溫度傳感器和ADC看門狗功能，重新校準(zhǔn)。
3．2 電壓基準(zhǔn)芯片和獨(dú)立電源供電
在該設(shè)計(jì)中為保證信號(hào)的質(zhì)量，重要的電平信號(hào)采用專用芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如使用REF2912和REF2925電壓基準(zhǔn)芯片產(chǎn)生+1．25 V和+2．5 V兩個(gè)電壓基準(zhǔn)源，+1．25 V基準(zhǔn)信號(hào)用于放大器累加電路，+2．5 V基準(zhǔn)信號(hào)提供給SFM32F103的Vref+。另外，模擬電路、控制器模擬供電和數(shù)字電路供電采用獨(dú)立電源，由專用DC／DC提供±15 V電源，為電流傳感器LA-28P及運(yùn)算放大器LM324供電，STM32F103的模擬部分VDDA和數(shù)字部分VDD使用獨(dú)立的+3．3 V供電。三種獨(dú)立電源于一點(diǎn)共地，盡可能地減少電源間的互擾。這樣做的好處是，避免了很多的I／O端口翻轉(zhuǎn)操作在直流電源上產(chǎn)生的大量的噪聲干擾。
3．3 其他抗干擾措施
該設(shè)計(jì)還采取了其他的一些抗干擾措施：STM32F103控制器的VDDA和Vref+引腳連接2個(gè)外部的去耦電容器(10 nF瓷介電容+1 μF的鉭電容)；模擬電路中的所有電阻采用1％精度的金屬膜電阻；在PCB的布置中，模擬電路部分遠(yuǎn)離數(shù)字部分，避免了在模擬電路底下通過(guò)數(shù)字信號(hào)線。

結(jié)語(yǔ)
該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了充放電電流信號(hào)的累加升壓、跟隨反向，利用STM32F103控制器片內(nèi)12位A／D實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。最終電壓檢測(cè)實(shí)際精度達(dá)到O．005 V，電流實(shí)際精度達(dá)到O．005 A，效果穩(wěn)定、可靠，滿足了設(shè)計(jì)要求。需進(jìn)一步改進(jìn)之處在于處理系統(tǒng)的溫漂問(wèn)題，即溫度對(duì)電路的影響。