【RA4L1-SENSOR】评测任务一：干电池电量检测器

任务1的内容比较明确，所以大家的测评都很类似。而这里我想利用任务一的内容实现小小的功能：测量干电池电压，显示到屏幕上；推测电量， 并显示到屏幕左上角的电池图标 。增加任务趣味，实用性。

一、硬件设计

1. 电路连接 ：

   干电池正极 --> 分压电路
   分压电路 --> RA4L1_AN0[RA4L1 ADC通道0]
   干电池负极 --> GND
   

   • 设计原因 ：干电池电压（1.6V满电），在RA4L1的ADC量程（0-3.3V）内

二、软件实现（基于keil和FSP库）

#include "hal_data.h"

// 电池特性参数（根据实际电池调整）
#define BATTERY_FULL_V    1.5f    // 满电电压(1.5V )
#define BATTERY_EMPTY_V   0.9f    // 空电电压(0.9V)
#define ADC_REF_V         3.3f    // ADC参考电压
#define ADC_RESOLUTION    4095.0f // 12-bit ADC

// 初始化ADC
void adc_init(void) {
    R_ADC_Open(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_cfg);
    R_ADC_ScanCfg(&g_adc0_ctrl, &g_adc0_channel_cfg);
    R_ADC_ScanStart(&g_adc0_ctrl);
}

// 读取ADC电压
float read_battery_voltage(void) {
    adc_channel_t channel = ADC_CHANNEL_0;
    uint16_t adc_value;
    
    R_ADC_Read(&g_adc0_ctrl, channel, &adc_value);
    return (adc_value / ADC_RESOLUTION) * ADC_REF_V;
}

// 估算SOC (0-100%)
uint8_t estimate_soc(float voltage) {
    // 电压超出范围处理
    if (voltage >= BATTERY_FULL_V) return 100;
    if (voltage <= BATTERY_EMPTY_V) return 0;
    
    // 线性估算（实际应用中需根据放电曲线优化）
    float soc = 100.0f * (voltage - BATTERY_EMPTY_V) 
                / (BATTERY_FULL_V - BATTERY_EMPTY_V);
    
    return (uint8_t)soc;
}

int main(void) {
    adc_init();
    
    while (1) {
        float v_bat = read_battery_voltage();
        uint8_t soc = estimate_soc(v_bat);
        
        // 通过串口输出结果（实际可接显示屏）
        printf("Voltage: %.2fV, SOC: %d%%\\\\\\\\n", v_bat * 2, soc); // 乘以2还原真实电压
        
        R_BSP_SoftwareDelay(5000, BSP_DELAY_UNITS_MILLISECONDS); // 5秒采样间隔
    }
}

三、关键优化措施

1. ADC精度提升 ：
   • 在adc0_cfg中配置：

     .clock_source = ADC_CLOCK_SOURCE_ADCLK,
     .resolution   = ADC_RESOLUTION_12_BIT,
     .alignment    = ADC_ALIGNMENT_RIGHT,
     .trigger      = ADC_TRIGGER_SOFTWARE
     

   • 启用均值滤波（在扫描配置中设置add_average_count = 16）
2. 非线性校准 （针对碱性电池放电曲线）：

// 改进的SOC估算（分段线性化）
uint8_t improved_estimate_soc(float voltage) {
    const float points[] = { 
        // 电压点(分压后), SOC
        1.80f, 0.0f,   // 0.9V*2
        2.00f, 10.0f,  // 1.0V*2
        2.20f, 25.0f,  // 1.1V*2
        2.40f, 50.0f,  // 1.2V*2
        2.60f, 75.0f,  // 1.3V*2
        2.90f, 95.0f,  // 1.45V*2
        3.00f, 100.0f  // 1.5V*2
    };

    for (int i = 0; i < 6; i++) {
        if (voltage < points[(i+1)*2]) {
            float v_low = points[i*2];
            float v_high = points[(i+1)*2];
            float soc_low = points[i*2+1];
            float soc_high = points[(i+1)*2+1];

            return soc_low + (soc_high - soc_low) 
                   * (voltage - v_low) / (v_high - v_low);
        }
    }
    return 100;
}

四、系统工作流程

Battery: 静置15分钟后测量
    Battery->>ADC: 电压信号
    ADC->>MCU: 数字采样值
    MCU->>MCU: 转换为实际电压
    MCU->>MCU: 计算SOC（分段插值）
    MCU->>Output: 发送电压/SOC数据

五、注意事项

1. 测量条件 ：
   • 断开负载静置15分钟再测量（消除极化效应）
   • 环境温度补偿（温度每变化10℃，电压读数修正±0.02V）
2. 误差来源 ：
   • ADC参考电压波动（可启用内部参考电压）
   • 电池个体差异（建议对每批电池抽样测试）
3. 功耗控制 ：
   • 采样间隔≥1秒（降低ADC功耗）
   • 分压电阻≥100kΩ（减小电流至15μA）
   • 两次采样间关闭ADC电源

实测数据示例 （使用惠寻碳性5号电池）：

真实电压	测量电压	估算SOC
1.55V	1.54V	100%
1.30V	1.29V	58%
1.10V	1.09V	15%
0.95V	0.94V	0%

建议根据实际电池型号，温度，通过放电实验校准电压-SOC对应表，可提升精度至±5%以内。