基于STM32F103控制器的蓄电池双向电流检测设计(2)

基于STM32F103控制器的蓄电池双向电流检测设计

图1 信号采集和处理的工作原理图

2.1电压检测

电压信号量的检测采用双电阻分压模式，取两个合适阻值的电阻串联分压，分压后的电压信号送入STM32F103处理器的AD转换引脚。本设计中，控制器基准电压采用+2.5V，故电压信号输入范围须小于等于

2.5V。而分压电阻R1和R2的关系有公式（1）开确定，即

（1）

其中Vbat为蓄电池组电压值，实际变化范围：20V～28V，取Vbat最大值28V，R1=102kΩ，R2=10Ω，均选用精度为1％的金属膜电阻。R1和R2的串联电阻达到112 kΩ，消耗的电量对装备工作不会产生过大的影响。

2.2充放电电流双向采样与处理

系统充放电电流的实时检测选用瑞士LEM公司LA28-NP电流传感器，该传感器是利用霍尔原理的闭环（补偿）电流传感器，原边回路和副边回路之间绝缘，可用于测量直交流脉冲和混合型电流，供电电压±15V。系统中采用1000：5的匝比，原边充放电±5A电流对应副边额定电流Is有效值为±25mA。在应用中，感应电流Is串联精密电阻Rm，取得电压量V1，电阻Rm的取值取决于AD转换器对于V2的要求。

电流传感器输出电流为双向，即±25mA的电流信号,在实际工况中，放电时输出最大+25mA电流，而充电时，输出为-25mA电流，由此而取得的电压信号V1相对于地电平也为相应的正负电压。STM32F103控制器ADC输入范围为：Vref-≤Vin≤Vref+，应用中Vref-接模拟地，Vref+接2.5V电压基准，故ADC输入范围：0～2.5V。目前存在的问题是：STM32F103控制器采用单3.3V工作，模拟量输入无法处理方向电压。在传统的方式下，如果电阻Rm基准电平端接入地，当充电工况下，感应电流V1为负电压，控制器无能为力。针对这个问题，本文设计了如图2所示的累加升压、跟随方向信号预处理电路，解决了双向电流的AD采样问题。

基于STM32F103控制器的蓄电池双向电流检测设计

图2 电压累加升压、跟随反向转换电路

该设计的基本思想是将双向电流的电压变化范围均控制在0～Vref+范围，是以牺牲AD转换的精度为代价的，详细过程如下：

（1）串入电阻Rm=50Ω，取得模拟量电压输出V1范围：-1.25V～+1.25V；

（2）利用两门运算放大器构建求和电路，实现V1和+1.25V电压基准累加，将V1升压至0～-2.5V。在做一次反向跟随放大，实现电压反向功能，输出电压V2范围0～+2.5V。

图2中电压Vmid = 。

取R3=R4=R5=10kΩ，Vmid = -（1.25+Vin），故Vmin电压范围取值：0～-2.5V。

在第二级的反相放大电路中Vout=。

取R6=R7=10kΩ，则Vout = -Vmid，Vout取值范围：0～+2.5V。

运算放大器选用通用运放LM324，供电电压±15V,和电流传感器LA28-NP采用同一供电电路。

（3）STM32F103控制器AD转换为12位精度，理论上对应数字量范围0～4096。实际情况下，由于接插件、线缆、PCB和器件的综合影响，求得放充电流计算公式为：y=kx-5.046，k=0.00244，在实际的程序编制中，k定义为float数据类型，至少取3位有效数字，才能保证0.01A的电流精度。x表示控制器AD转换得到的数字量，y表示实际电流值，负数表示充电电流，正数表示放电电流。

图3 充放电电流和AD数字量的曲线关系

3.软件编制

3.1软件设计基本思路

监控系统软件的开发采用ARM公司的RealView MDK开发工具，统一采用C语言编程。为提高开发效率，ST公司推出了针对STM32控制器的固件函数库，目前可用的最新版本为STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3.2.0。电压和电流检测AD转换软件设置及工作过程较为简单。

（1）配置模拟量输入的GPIO口，STM32控制器有个很大的优点，在于其ADC转换输入引脚可以是任意GPIO，，只要GPIO配置为GPIO_Mode_AIN模式，即可以实现模拟量输入，STM32F103共有16个外部通道，该设计中将PC4好PC6作为电压量和电流量的ADC输入端；

（2）设置ADC，将ADC设置为连续转换模式、右对齐、非外部触发；

（3）启动ADC，开始采样转换和处理。

3.2主要程序片段

STM32的ADC主要程序片段如下：

/*配置GPIO口程序*/