STM32F103的電池管理系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計教案資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。STM32F103的電池管理系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計-51電池搜索網(wǎng)qtekcSTM32F103的電池管理系統(tǒng)觸摸屏設(shè)計電動車電池能量管理系統(tǒng)（EMS）主要包括：信息采集模塊、充放電均衡模塊、信息集中處理模塊以及顯示模塊。圖1為自主研發(fā)的電動車電池能量管理系統(tǒng)（EMS）的結(jié)構(gòu)圖，可見顯示模塊的人機交互功能是EMS中不可或缺的組成部分，從顯示模塊所需的功能看觸摸屏是不錯的選擇。但如果市面上的觸摸屏，不僅顯示內(nèi)容會受觸摸屏本身顯示功能固定的限制而降低顯示設(shè)計的靈活度、影響顯示質(zhì)量，并且市面上觸摸屏的也普遍較高，給產(chǎn)品

2、增加了很大一部分成本，這無疑會大大降低產(chǎn)品的市場競爭力?；谶@種情況本文提出一種以STM32F103單片機為控制核心的比較通用的液晶觸摸屏的設(shè)計方案。液晶觸摸屏電動車電池STM32F103芯片11觸摸屏的種類及原理觸摸屏種類眾多，可以分為電阻式、電容式、紅外線式、聲表面波式、矢量壓力傳感器等，其中電阻觸摸屏使用最為普遍。觸摸屏系統(tǒng)一般包括觸摸屏控制器和觸摸檢測裝置兩個部分。其中，觸摸屏控制器的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息，并將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標，再送給微控制器，它同時能接收微控制器發(fā)來的命令并加以執(zhí)行，觸摸檢測裝置一般安裝在顯示器的前端，主要作用是檢測用戶的觸摸位置，并傳送給觸摸屏控

3、制器。觸摸屏的基本原理是，用手指或其他物體觸摸安裝在顯示器前端的觸摸屏?xí)r，所觸摸的位置（以坐標形式）由觸摸屏控制器檢測，并通過接口送到微控制器，從而確定輸入的信息。其中觸點坐標的求取方法是：2所示，給觸摸屏的X+加正電壓V,X-接地時，在X+,X-方向上會形成均勻的電壓梯度，當(dāng)屏幕有觸摸時，可以通過讀取Y+的電壓，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后計算求得觸摸點X坐標。同理，在Y+,Y-方向上加電壓，可以通過X+上的值計算出觸摸點Y坐標。計算坐標的公式如下：式中，W為觸摸屏的寬度；H為觸摸屏的高度。本方案采用的是四線電阻式觸摸屏并且不使用專用的觸摸屏控制器，直接由STM32F103控制以降低成本2STM32F1

4、03介紹方案中主控器件STM32F103單片機使用的是ARM為要求性能高、成本低、功耗低的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的32位的ARMCortex-M3內(nèi)核。擁有可達128KB的嵌入式閃存、20kB的SRAM和十分豐富的外設(shè)：兩個1s的12位ADC,一個全速USB（OTG）接口，一個CAN接口，三個4M/S的UART,兩個18M/S的SPI,兩個I2C等。內(nèi)部還集成了復(fù)位電路、低電壓檢測、調(diào)壓器、精確的RC振蕩器等，大大方便了用戶的開發(fā)。該系列單片機不僅功能強大而且功耗相當(dāng)?shù)?，?2MHz時消耗36mA（所有外設(shè)處于狀態(tài)），相當(dāng)于0.5mA/MHz,待機時下降到2A,是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品。綜上S

5、TM32F103系列單片機的性能完全可以滿足液晶觸摸顯示屏的所有控制需要，內(nèi)置A/D可以用于觸摸屏控制，豐富的I/O接口可以用于與TFT液晶屏模塊的通信，并且其本身自帶CAN控制器可以作為與外界通信接口，用STM32F103做主控制器可以減少使用器件從而簡化使整體電路，很好地達到降低EMS成本的目標。2.2TFT液晶屏模塊本方案選用的是3.5寸的TFT液晶屏模塊，電壓3.3V,最大電流70mA.支持320240分辨率，內(nèi)置230K內(nèi)存顯示可到256K色，可顯示文字和圖形，采用LED背光設(shè)計，使用軟件即可對背光亮度進行調(diào)節(jié)，內(nèi)置簡體中文字庫，支持2D的BTE引擎，同時建幾何圖形加速引擎，可以對顯

6、示對象進行復(fù)雜的操作如畫面旋轉(zhuǎn)功能、卷動功能、圖形Pattern、雙層混合顯示和文字放大等等。這些功能將可節(jié)省用戶在TFT屏應(yīng)用的開發(fā)時間，提升MCU軟件的執(zhí)行效率并且使畫面更加絢麗，顯示功能更加豐富，使顯示屏顯示能力大大增強。提供8位或16位總線接口，方便與MCU的連線，適應(yīng)性強，連接設(shè)計靈活。3總體構(gòu)架液晶觸摸顯示屏系統(tǒng)主要由微控制器STM32F103、TFT液晶屏模塊、四線電阻觸摸屏以及與外界通信的CAN總線接口組成。硬件模塊連接3所示，其中四線電阻觸摸屏的觸摸檢測裝置安裝在TFT液晶屏前面用于檢測用戶觸摸的位置，本方案利用STM32F103自帶A/D轉(zhuǎn)換功能，由STM32F103實現(xiàn)觸

7、摸屏控制器的功能來直接控制四線電阻觸摸屏，檢測觸摸信息并計算出觸點坐標。然后STM32F103通過I/O接口與TFT液晶屏模塊通信，將處理好的有效信息通過TFT液晶屏顯示出來。由于STM32F103內(nèi)置CAN總線控制器所以CAN總線接口可以直接從STM32F103的管腳引出，用來與EMS進行通信，完成現(xiàn)實信息采集，設(shè)置參數(shù)等功能。4STM32F103與四線電阻觸摸屏的接口電路4所示，STM32F103與四線電阻觸摸屏直接通過自身的I/O口連接，實現(xiàn)觸摸屏控制器功能。其中PA8、PA9、PA10、PA11分別作為四個三極管的控制端，通過控制三極管通斷，來控制四線觸摸屏的Y+、Y-、X+、X-.P

8、A1,PA2是兩個A/D轉(zhuǎn)換通道，分別連接Y+和X+用于計算觸摸點的X和Y坐標。PA3連接內(nèi)部中斷用于檢測觸摸屏是否有觸摸動作。觸摸屏平時運行時，令PA8、PA9、PA11輸出0,PA10=1,即只讓VT2導(dǎo)通。當(dāng)有觸摸動作時，D1導(dǎo)通給PA3一個中斷信號，STM32F103接收到中斷請求后立即置PA8=1,導(dǎo)通VT1,這樣在Y+、Y-方向上就加上電壓，同時啟動A/D轉(zhuǎn)換通道PA2,通過輸入X+上電壓計算出觸摸點的Y坐標，然后同理令PA8、PA10為0,PA9、PA11為1,啟動A/D轉(zhuǎn)換通道PA1,通過輸入Y+上電壓計算出觸摸點X的坐標。5STM32F103與四線電阻觸摸屏的接口電路4所示，

9、STM32F103與四線電阻觸摸屏直接通過自身的I/O口連接，實現(xiàn)觸摸屏控制器功能。其中PA8、PA9、PA10、PA11分別作為四個三極管的控制端，通過控制三極管通斷，來控制四線觸摸屏的Y+、Y-、X+、X-.PA1,PA2是兩個A/D轉(zhuǎn)換通道，分別連接Y+和X+用于計算觸摸點的X和Y坐標。PA3連接內(nèi)部中斷用于檢測觸摸屏是否有觸摸動作。觸摸屏平時運行時，令PA8、PA9、PA11輸出0,PA10=1,即只讓VT2導(dǎo)通。當(dāng)有觸摸動作時，D1導(dǎo)通給PA3一個中斷信號，STM32F103接收到中斷請求后立即置PA8=1,導(dǎo)通VT1,這樣在Y+、Y-方向上就加上電壓，同時啟動A/D轉(zhuǎn)換通道PA2,

10、通過輸入X+上電壓計算出觸摸點的Y坐標，然后同理令PA8、PA10為0,PA9、PA11為1,啟動A/D轉(zhuǎn)換通道PA1,通過輸入Y+上電壓計算出觸摸點X的坐標。64軟件設(shè)計軟件部分的編程采用C語言，一方面主要完成STM32F103對I/O管腳的配置，用來實現(xiàn)對四線電阻觸摸屏端子狀態(tài)的控制，通過中斷方式檢測是否有觸摸信息，配置A/D轉(zhuǎn)換通道，讀入電壓根據(jù)公式計算出觸點坐標。另一方面主要完成通過與TFT液晶模塊的通信控制，實現(xiàn)觸摸點坐標與液晶屏坐標的對應(yīng)并有效完成顯示任務(wù)。軟件的開發(fā)環(huán)境是MDK,MDK將ARM開發(fā)工具RealViewDevelopmentSuite（簡稱為RVDS）的編譯器RVC

11、T與Keil的工程管理、調(diào)試仿真工具集成在一起，支持ARM7、ARM9和最新的Cortex-M3核處理器，自動配置啟動代碼，集成Flash燒寫模塊，強大的Simulation設(shè)備模擬，性能分析等功能，與ARM之前的工具包ADS等相比，RealView編譯器的最新版本可將性能改善超過20%.75結(jié)束語本文提出了基于STM32F103單片機的EMS液晶顯示觸摸屏的設(shè)計方案。STM32F103的高速、低耗的優(yōu)越性能完全可以達到觸摸屏的主控制芯片要求，TFT液晶顯示器可以滿足更復(fù)雜、多彩、靈活的顯示任務(wù)，符合顯示屏性能不斷攀升的發(fā)展趨勢。本設(shè)計充分利用了STM32F103芯片的優(yōu)勢，拋棄了傳統(tǒng)觸摸屏控

12、制器控制觸摸屏的方案，利用自身A/D完成了觸摸屏功能，本方案大大簡化了硬件電路結(jié)構(gòu)，通信更可靠，編程也更加簡潔，最終既能達到EMS顯示要求，出色地顯示和設(shè)置了系統(tǒng)所需要的數(shù)據(jù)，又能降低系統(tǒng)的成本，通過實際使用達到了良好的效果。鑒于當(dāng)前電動車的快速發(fā)展，本方案可以擁有不錯的應(yīng)用前景。電池保養(yǎng)常識：1記憶效應(yīng)鎳氫充電電池上常見的現(xiàn)象。具體表現(xiàn)就是：如果長期不充滿電就開始使用電池的話，電池的電量就會明顯下降，就算以后想充滿也充不滿了。所以保養(yǎng)鎳氫電池的重要方式就是：電必須用完了才能開始充電，充滿了電了才允許投入使用?，F(xiàn)在常用的鋰電池的記憶效應(yīng)是可以小到忽略不計的。2完全充電，完全放電是針對鋰電池來說

13、的。完全放電就是指把用電智能設(shè)備，如手機，調(diào)整到最低功率狀態(tài)耗去電量直到手機自動關(guān)機的過程。完全充電就是指把完全放電的用電智能設(shè)備，如手機，接到充電器上直到手機上提示“充滿”的過程。3過度放電是針對鋰電池來說的。完全放電后鋰電池內(nèi)部還會留有少量電量，但這部分電量對于鋰電池的活性和壽命至關(guān)重要。過度放電：完全放電后，如果繼續(xù)采用其它方式，如：強行再次開啟手機、電池接小燈泡耗費殘留電量的話，這叫過度放電，會對鋰電池造成不可逆轉(zhuǎn)的傷害。4保護芯片鋰電池對充放電時對接入的電流電壓有極為嚴格的要求，為了保護電池不因為外界電環(huán)境失常而損壞，電池本體內(nèi)部會設(shè)置管理電池狀態(tài)的芯片。這個芯片同時還有記錄電池容量

14、，校正電池容量的功能?，F(xiàn)在，就算是山寨手機電池也是不會節(jié)省這個關(guān)鍵的保護芯片的，不然山寨手機電池根本不可能用很久。5過沖過放保護電路用電智能設(shè)備內(nèi)置的全面管理電池的芯片及電路。比如手機上，就有這樣的電路，大概功能如下：6電時，提供最合適的電壓電流給電池。在合適的時機停止充電。7充電時，時刻檢查電池殘留電量，在合適的時機命令手機關(guān)機，防止過度放電。8開機時，檢查電池是否已被完全放電，如果已被完全放電，則提示用戶充電，然后關(guān)機。9避免電池或充電線電力異常，發(fā)現(xiàn)異常時斷開電路，保護手機。10過度充電：是針對鋰電池來說的。正常情況下，鋰電池充到一定電壓（也就是充滿）就會被上級電路截斷充電電流，但由于某

15、些設(shè)備內(nèi)置的過沖過放保護電路的電壓電流參數(shù)不同（如手機電池座充），導(dǎo)致雖已充滿，但還未停止充電的現(xiàn)象。過度充電也會導(dǎo)致電池性能傷害。11激活鋰電池長期（三個月以上）不使用，會產(chǎn)生電極材料鈍化，電池性能下降，可以采用三次完全充電、完全放電來解除純化，發(fā)揮出電池的最高性能。二、常見錯誤觀點：1首先使用必須進行完全放電，然后進行完全充電，重復(fù)三次，以便于激活電池。否則電池就永遠都不好用了！解答：如果實在閑的沒事做，這么做可以，但不是必須的，因為激活操作不是必須放在第一次使用就做的。只要隨著不斷的使用,電極鈍化無需刻意激活也可以慢慢消失。2，充電時不要使用手機，對電池有害，也會產(chǎn)生超大量輻射傷害人體。

16、解答：充電時使用手機是否對電池有害要根據(jù)情況來說（本文后會說明），但是有一點可以確定的是，充電時使用手機絕對不會產(chǎn)生比平時使用手機多的輻射。鋰電池在壽命周期內(nèi)只能充放電XXX次，所以每次用就盡量用到自動關(guān)機，每次充就盡量充到滿電。第一個子句是對的，后面是錯的。這個次數(shù)中的每一次，都是指完整的一次，比如從20%充電到30%停止充電，這個只算是1/10次，從80%放電到60%,只能算是1/5次。前三次充電必須達到12小時，否則就影響電池性能。如果是為了激活電池，只需要手機提示充滿電就已經(jīng)足夠，一般手機，都會在5小時內(nèi)提示充滿，完成后如果繼續(xù)接著充電器，過沖過放保護電路會截斷手機的充電電流。之后電池

17、就處于不狀態(tài)，和充滿后馬上撥除充電線的效果是一樣的。前三次充電必須達到12小時是針對鎳氫充電電池來說的，結(jié)果被很多廠家習(xí)慣性地、無知地寫在鋰電池用戶手冊上，沒文化真可怕。國際大廠，如戴爾，聯(lián)想，華碩，apple的產(chǎn)品上是絕對不會出現(xiàn)“12小時”這樣的文字的。而且對于鋰電池來說，這是共性，也是原理的一部分，不可能有的廠家生產(chǎn)的需要12小時，有的廠家的不需要。需要注意的是，如果采用座充，由于絕大部分座充達不到官方線充的最高電流，充電時間可能會超過6小時，但只要充滿電，坐充也會自動斷電，和用線充是一樣的。充滿電了就最好馬上撥除充電線，防止過充。過沖過放保護電路不是吃素的，OK！如果發(fā)生過充，多半是因

18、為過沖過放保護電路損壞，但以現(xiàn)在的電子產(chǎn)品工藝和抗壓能力來說,這概率實在低到不行，不必提心吊膽。手機一旦開始提示用戶充電，就一定要馬上充電，或者馬上關(guān)機，避免過放。過沖過放保護電路不是吃素的，OK！這個電路會在必要的時候（也就是過放之前）強制關(guān)機，不會損壞電池的。手機的提示是為了讓用戶提前知道，以提前做好處理或者心理準備。需要注意的是，如果手機已經(jīng)自動關(guān)機就千萬不能為了打個電話而強行開機了，因為很有可能造成過放，而且由于保護的存在，開機未完成前多半會被過沖過放保護電路強行斷電。三、正確地使用1新出廠的電池：無需任何處理，如激活等，可直接投入正常使用。2閑置不長時間的電池（三個月內(nèi)）：無需任何處

19、理（如激活等），可直接投入正常使用。3置較長時間的電池（三個月以上）：可做激活處理，使得電池活性達到最高，也可不做，使其隨著正常使用自然恢復(fù)到最高活性。4子產(chǎn)品的評測人員，為了保證對電池續(xù)航時間的正確統(tǒng)計，有必要在測試前進行激活處理。5鋰電池正常充電方法：隨時充電，并可隨時停止充電，不要有所顧忌。這點是鋰電池的重要優(yōu)點-無記憶效應(yīng)決定的，請正視這個優(yōu)點，并讓您的鋰電盡量展現(xiàn)它的這個重要優(yōu)點。四、中的鋰電池最怕什么1100以上高溫會嚴重影響電池壽命和儲電能力，并可能成造成電池熔化，或爆炸。所以，請讓鋰電池遠離火源及其它熱源。25到100高溫是的，你沒有看錯，從35開始（人體溫一般為36.2-37.2）電池壽命就開始被溫度明顯影響，溫度越高，影響越大。鋰電池的設(shè)計壽命最少也有400次完全充放電，按手機平均每三天充一次電來算，一塊電池應(yīng)該至少能用三年半。但絕大多數(shù)電池都沒有能活那么久，很大部分的原因是因為電池被人