CN101221225A - 一种电池电压采样的校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池电压采样的校准方法及装置，包括：利用所述电池所在设备的采样模块对可控电压源的输出电压进行采样得到参考采样值，可控电压源的输出电压记为表征电压值，表征电压值和对该电压进行采样得到的参考采样值构成一个电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压再次进行采样，获得多个电压参考基准点；对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和所述电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。采用上述方法，可解决在使用性能相对较差的片上模数转换模块采样电池电压时，造成的采样不准和跳动问题，防止片上模数转换模块引入的数值偏移量问题。

Description

一种电池电压采样的校准方法及装置

技术领域

本发明涉及一种电子技术检测领域，尤其涉及电池电压采样的校准方法及装置。

背景技术

由于成本等诸多因素的原因，现在用于对便携设备电池监测大多采用的是设备的片上模数转换外设，即集成在处理器ARM(Advanced RISCMachines，进阶精简指令集机器，微处理器/技术/公司)上的模数转换模块，而这些转换模块不能提供与分立模数转换器相当的采样性能，直接使用这些转换模块进行采样数据校准时，会出现采样值不准和跳动问题。所以使用片上的模数转换模块在对电池采样数据校准时，不能采用原来针对分立模数转换器的简单的处理方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电池电压采样的校准方法及装置，解决在使用指标相对较差的片上模数转换模块采样监测电池电压时，造成的采样不准和跳动问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电池电压采样的校准方法，包括：

利用所述电池所在设备的采样模块对可控电压源的输出电压进行采样得到参考采样值，可控电压源的输出电压记为表征电压值，表征电压值和对该电压进行采样得到的参考采样值构成一个电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压再次进行采样，获得多个电压参考基准点；

对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和所述电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

进一步地，所述采样模块为模拟数字转换模块，所述采样值为模拟数字转换值。

进一步地，对所述电池电压进行采样得到多个电池电压采样值后，计算电池电压采样平均值，根据该电池电压采样平均值和所述电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

进一步地，将采样得到的多个电池电压采样值进行中值滤波后，再计算得到电池电压采样平均值。

进一步地，计算得到电池电压采样平均值后，在所述电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的两个参考采样值及其对应的表征电压值确定的直线上，找到所述电池采样模拟数字转换平均值对应的电压值作为电池电压。

进一步地，所述电压参考基准点中相邻表征电压值的间隔为固定间隔。

进一步地，所述方法适用于需监测电池电压的便携设备。

为了解决上述问题，本发明提供了一种电池电压采样的校准装置，包括：主控模块，可控电压源和电池所在设备，

所述主控模块，用于向所述可控电压源发送控制命令；

所述可控电压源，用于收到所述主控模块发送的控制命令后，向所述电池所在设备输出电压，该电压记为表征电压值；

所述电池所在设备，包含一采样模块，该采样模块对所述可控电压源输出的电压进行采样，得到参考采样值，与该表征电压值相对应，每个参考采样值和其对应的表征电压值构成一电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压，进行多次采样后获得多个电压参考基准点；

该电池所在设备还用于通过采样模块对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

进一步地，所述电池所在设备，还用于通过采样模块按照对电池电压进行采样得到多个电池电压采样值，根据采样得到的多个电池电压采样值计算电池电压采样平均值，根据所述电池电压采样平均值和电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

进一步地，所述电池所在设备，还用于计算得到电池电压采样平均值后，在所述电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的两个参考采样值及其对应的表征电压值确定的直线上，找到所述电池采样模拟数字转换平均值对应的电压值作为电池电压。

采用本发明的方法和装置，可以解决在使用指标相对较差的片上模数转换模块采样监测电池电压时，造成的采样不准和跳动问题，并防止片上模数转换模块引入的数值偏移量的问题。

附图说明

图1是本发明中电池电压采样的校准装置的结构连接框图；

图2是本发明中电压参考基准点设置方法的流程图；

图3是本发明中采样算法校准方法的流程图；

图4是本发明中校准算法曲线图。

具体实施方式

本发明的方法主要包括：利用电池所在设备的采样模块对可控电压源的输出电压进行采样得到参考采样值，可控电压源的输出电压记为表征电压值，表征电压值和对该电压进行采样得到的参考采样值构成一个电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压再次进行采样，获得多个电压参考基准点；对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和所述电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

如图1所示，以手机为例，电池电压采样的校准装置包括，可控电压源(101)，待校准手机(102)和主控模块(103)。可控电压源和待校准手机通过电源线相连，待校准手机和主控模块间以及可控电压源和主控模块间通过连接线相连。

所述主控模块，用于向所述可控电压源发送控制命令；

所述可控电压源，用于收到所述主控模块发送的控制命令后，向所述电池所在设备输出电压，该电压记为表征电压值；

所述电池所在设备，包含一采样模块，该采样模块对所述可控电压源输出的电压进行采样，得到参考采样值，与该表征电压值相对应，每个参考采样值和其对应的表征电压值构成一电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压，进行多次采样后获得多个电压参考基准点；

该电池所在设备还用于通过采样模块对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

所述主控模块可以是安装校准软件的电脑，所述可控电压源可以是可控精密电压源。

如图2所示，电压参考基准点的设置方法包括以下步骤：

步骤201，确定各个电压参考基准点的表征电压值；

电压参考基准点由采样值(模拟数字转换值，Analog-Digital Converter，简称ADC)和表征电压值组成，可控电压源的输出电压记为表征电压值。例如某个电压参考基准点为(0XA3，4000)，其中，0XA3为采样值，4000为表征电压值，由采样值可以计算出与之对应的实际电压值。电压参考基准点的设定可根据具体情况而定。

如在本实施方案中，电压参考基准点中的表征电压值设置在4200mv～3300mv的区间内，按照100mv的间隔进行划分，电压参考基准点中表征电压值取4200mv～3300mv范围内按照固定电压间隔100mv划分处的值，即4200，4300......3200，3300。在其它实施例中，电压间隔可以为不固定的间隔。电压参考基准点中表征电压值的设置通过经验值确定，作为默认值。

步骤202，主控模块向待校准手机发送进入设置模式命令；

步骤203，待校准手机接收到上述命令后进入设置模式；并向主控模块返回应答消息；

步骤204，主控模块向可控电压源发送控制命令；

步骤205，可控电压源按照设定的电压区间及间隔输出相应参照基准点电压值；

例如，可控电压源根据设定的电压区间4200mv-3300mv(毫伏)及间隔100mv，输出参照基准点电压值4200，4300......3200，3300。

步骤206，主控模块向待校准手机发送设置控制命令；

步骤207，待校准手机接收到命令后，其采样模块对可控电压源的输出电压进行采样得到参考采样值，并将可控电压源的输出电压和确定的参考采样值保存到非易失性存储器中，使上述数据在手机掉电后不会丢失，以供正常开机时使用；

步骤208，判断是否完成所有电压参考基准点的设置，如果是，流程结束；否则，转到步骤204，继续进行设置。

如图3所示，根据设置的电压参考基准点对手机电压采样校准的方法包括以下步骤：

步骤301，电池所在设备的采样模块间隔一定时间对电池电压采样；

步骤302，对采样数据进行初步的处理，丢弃明显异常的数据；

此步骤是软件中的一个容错处理部分。采样失败时，采样得到的值会是一个明显的异常数据，大多数情况为“0X0”或“0Xff”。在此类错误值的基础上进行计算，明显会影响校准结果。所以需丢弃此类明显异常的数据。

步骤303，将采样数据保存到一个环形队列中，并维持队列更新；

当队列数据满时，存入新的数据时，丢弃掉最老的采样数据以存入新的数据，保持数据在滑动的更新。取小于或等于满队列时间，作为平滑时间段。例如：采样数据更新间隔为2秒，队列可容纳采样数据的个数为4个，则可以设置平滑时间段为8秒。

步骤304，按照中值滤波的原理，每次采样后对队列中的数据进行中值滤波(去除最大值和最小值后)，计算出平均值为sample_adc。需要计算得到的值是sample_voltage。

步骤305，与设置的电压参考基准点比较，找到与此平均值相邻的两个ADC值对应的电压参考基准点；

如图4所示为相邻的两个参考点的ADC值为ref_adc1，ref_adc2，与之对应的电压值是ref_voltage1和ref_voltage2。

步骤306，根据直线公式得到校准后的电池电压。

如图4所示，找到电压参考基准点中与此平均值相邻的两个采样值对应的电压参考基准点后，在这两个电压参考基准点确定的直线上，找到此平均值对应的电压值。

按照下面的公式计算得到经过校准后的sample_voltage：

$\mathrm{sample}\_\mathrm{voltage}=\mathrm{ref}\_\mathrm{voltage}1+\frac{\mathrm{sample}\_\mathrm{adc}-\mathrm{ref}\_\mathrm{adc}1}{\mathrm{ref}\_\mathrm{adc}2-\mathrm{ref}-\mathrm{adc}1}\×(\mathrm{ref}\_\mathrm{voltage}2-\mathrm{ref}\_\mathrm{voltage}1)$

横轴为模数转换模块的采样值，纵轴电压的单位为mv(毫伏)，采用的固定间隔100mv时，上式可简化为：

$\mathrm{sample}\_\mathrm{voltage}=\mathrm{ref}\_\mathrm{voltage}1+\frac{\mathrm{sample}\_\mathrm{adc}-\mathrm{ref}\_\mathrm{adc}1}{\mathrm{ref}\_\mathrm{adc}2-\mathrm{ref}\_\mathrm{adc}1}\×100$

通过对手机的电压参考基准点的进行设置，保证手机的电压与实际的电池电压偏差最大不超过设定的电压间隔(100mv)，这样就可以忽略片上模数转换模块的精度不足引入的采样值偏移量问题。

上述方法除了可用于手机设备外，还可用于其它需要监测电池的便携设备上。

本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种电池电压采样的校准方法，其特征在于，包括：

利用所述电池所在设备的采样模块对可控电压源的输出电压进行采样得到参考采样值，可控电压源的输出电压记为表征电压值，表征电压值和对该电压进行采样得到的参考采样值构成一个电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压再次进行采样，获得多个电压参考基准点；

对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和所述电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采样模块为模拟数字转换模块，所述采样值为模拟数字转换值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

对所述电池电压进行采样得到多个电池电压采样值后，计算电池电压采样平均值，根据该电池电压采样平均值和所述电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

将采样得到的多个电池电压采样值进行中值滤波后，再计算得到电池电压采样平均值。

5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，

计算得到电池电压采样平均值后，在所述电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的两个参考采样值及其对应的表征电压值确定的直线上，找到所述电池采样模拟数字转换平均值对应的电压值作为电池电压。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述电压参考基准点中相邻表征电压值的间隔为固定间隔。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述方法适用于需监测电池电压的便携设备。

8.一种电池电压采样的校准装置，其特征在于，包括：主控模块，可控电压源和电池所在设备，

所述主控模块，用于向所述可控电压源发送控制命令；

所述可控电压源，用于收到所述主控模块发送的控制命令后，向所述电池所在设备输出电压，该电压记为表征电压值；

所述电池所在设备，包含一采样模块，该采样模块对所述可控电压源输出的电压进行采样，得到参考采样值，与该表征电压值相对应，每个参考采样值和其对应的表征电压值构成一电压参考基准点，改变可控电压源的输出电压，进行多次采样后获得多个电压参考基准点；

该电池所在设备还用于通过采样模块对电池电压进行采样得到电池电压采样值，根据所述电池电压采样值和电压参考基准点中与所述电池电压采样值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

9.如权利要求8所述的校准装置，其特征在于，

所述电池所在设备，还用于通过采样模块按照对电池电压进行采样得到多个电池电压采样值，根据采样得到的多个电池电压采样值计算电池电压采样平均值，根据所述电池电压采样平均值和电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的参考采样值及其对应的表征电压值，计算得到电池电压。

10.如权利要求9所述的校准装置，其特征在于，

所述电池所在设备，还用于计算得到电池电压采样平均值后，在所述电压参考基准点中与所述电池电压采样平均值相邻的两个参考采样值及其对应的表征电压值确定的直线上，找到所述电池采样模拟数字转换平均值对应的电压值作为电池电压。

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