【LPC54114】锂电池在线监测系统

yinyue01

锂电池在线监测系统可实时采集锂电池的充放电电流、电压，和环境信号，通过信号调理和数据处理，并将数据实时传输至PC。
充放电电流、电压的采集采用CT/VT+信号调理电路实现，电压采用跟随器电路，这里给出电流采集电路的初步设计。
电流采集电路实现将电流转换为合适的电压该信号输入LPC54114，使其满足ADC采样和后处理的要求。信号调理电路包括I-V转换、低通滤波、程控放大和限幅电路，如下图所示。

需监测的锂电池输出的电流为直流，1A以内。T1为霍尔直流电流互感器，其二次侧电流经U1构成的I-V转换电路转换为电压V1，C1主要起相位补偿作用；V1经由U2A构成的二阶低通滤波电路滤除交流成分；V2经由U3构成的程控放大电路转换为适当的电压V3，U3由GPIO控制；V3经过电压跟随器减小输出阻抗，连接到LPC54114的ADC。D5和D6对输入LPC54102 ADC的电压进行限幅，以免损坏LPC54114。
实际采用2个电位器模拟信号调理电路输出的2路信号，范围均为0-3.3V。环境信号采用板载的pct2075采集温度。采集到的数据在TFT LCD上显示，并通过串口发送到PC。
LPC54114接口设计如下：
PIO1_3：电位器1
PIO1_4：电位器2
PIO1_1：pct2075 SCL
PIO1_2：pct2075 SDA
PIO0_11：TFT SCL
PIO0_12：TFT SDA
PIO0_14：TFT CS
PIO1_8：TFT A0
所使用的LCD为1.8寸128*160的TFT，采用SPI接口驱动，主要引脚有：
RESET：复位，高电平有效
CS：片选，低电平有效
A0：寄存器选择
SDA：数据接收
SCL：SPI总线时钟
LED+，LED-：背光电源
驱动芯片为ILI9163，控制模式为：4线8bit串行总线方式。如下图所示：


每次传输的8bit可以是命令，也可以是数据，通过A0线来选择：A0为低电平，则TB代表命令；A0为高电平，则TB代表数据。
驱动ILI9163的TFT屏只需要主机发送数据，因此SPI口接3根线即可：片选SSEL0、时钟SCK、主机输出MOSI。此外还要用1个GPIO口连接到TFT屏的A0（寄存器选择）。
使用SPI3口连接TFT，SPI配置如下：

1. void Init_SPI_PinMux(void)
   
2. {
   
3.                 /* SPI3 pins */
   
4.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 0, 14, (IOCON_FUNC1 | IOCON_MODE_PULLUP | IOCON_GPIO_MODE | IOCON_DIGITAL_EN));  /* SPI3_CS - LCD */
   
5.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 0, 11, (IOCON_FUNC1 | IOCON_MODE_PULLUP | IOCON_GPIO_MODE | IOCON_DIGITAL_EN));  /* SPI3_SCK        */
   
6.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 0, 12, (IOCON_FUNC1 | IOCON_MODE_PULLUP | IOCON_GPIO_MODE | IOCON_DIGITAL_EN));  /* SPI3_MOSI       */
   
7.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 0, 13, (IOCON_FUNC1 | IOCON_MODE_PULLUP | IOCON_GPIO_MODE | IOCON_DIGITAL_EN));  /* SPI3_MISO       */
   
8. }

复制代码

1. void SPI_Init(void)
   
2. {
   
3.         spi_master_config_t masterConfig = {0};
   
4.                
   
5.         /* attach 12 MHz clock to SPI3 */
   
6.         CLOCK_AttachClk(kFRO12M_to_FLEXCOMM3);
   
7.   /* reset FLEXCOMM for SPI */
   
8.   RESET_PeripheralReset(kFC3_RST_SHIFT_RSTn);
   
9.         Init_SPI_PinMux();
   
10.         
    
11.         SPI_MasterGetDefaultConfig(&masterConfig);
    
12.         masterConfig.direction = kSPI_MsbFirst;
    
13.         masterConfig.polarity = kSPI_ClockPolarityActiveHigh;
    
14.         masterConfig.phase = kSPI_ClockPhaseFirstEdge;
    
15.         masterConfig.baudRate_Bps = SPI_BITRATE;
    
16.         masterConfig.sselNum = kSPI_Ssel0;
    
17.         masterConfig.dataWidth = kSPI_Data8Bits;
    
18.         SPI_MasterInit(SPI3, &masterConfig, CLOCK_GetFreq(kCLOCK_Flexcomm3));
    
19. }

复制代码

ADC配置2个通道，对应ADC0_6和ADC0_7：

1. IOCON_PinMuxSet(IOCON, 1, 3, IOCON_MODE_INACT | IOCON_FUNC0 | IOCON_ANALOG_EN | IOCON_INPFILT_OFF);
   
2.         IOCON_PinMuxSet(IOCON, 1, 4, IOCON_MODE_INACT | IOCON_FUNC0 | IOCON_ANALOG_EN | IOCON_INPFILT_OFF);

复制代码

1. /* Configure the converter. */
   
2.         adcConfigStruct.clockMode = kADC_ClockSynchronousMode; /* Using sync clock source. */
   
3.         adcConfigStruct.clockDividerNumber = 1;                /* The divider for sync clock is 2. */
   
4.         adcConfigStruct.resolution = kADC_Resolution12bit;
   
5.         adcConfigStruct.enableBypassCalibration = false;
   
6.         adcConfigStruct.sampleTimeNumber = 0U;
   
7.         ADC_Init(ADC0, &adcConfigStruct);
   
8. 
   
9.         /* Use the sensor input to channel 0. */
   
10.         ADC_EnableTemperatureSensor(ADC0, true);
    
11. 
    
12.         /* Enable channel 0's conversion in Sequence A. */
    
13.         adcConvSeqConfigStruct.channelMask = (1U << ADC_CHANNEL_NUM[0]) | (1U << ADC_CHANNEL_NUM[1]); /* Includes channel 0. */
    
14.         adcConvSeqConfigStruct.triggerMask = 0U;
    
15.         adcConvSeqConfigStruct.triggerPolarity = kADC_TriggerPolarityNegativeEdge;
    
16.         adcConvSeqConfigStruct.enableSingleStep = false;
    
17.         adcConvSeqConfigStruct.enableSyncBypass = false;
    
18.         adcConvSeqConfigStruct.interruptMode = kADC_InterruptForEachSequence;
    
19.         ADC_SetConvSeqAConfig(ADC0, &adcConvSeqConfigStruct);
    
20.         ADC_EnableConvSeqA(ADC0, true); /* Enable the conversion sequence A. */

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采用软件中断方式读取ADC采样值：

1. uint16_t adc_read(uint16_t num)
   
2. {
   
3.         gAdcResultInfoStruct.channelNumber = num;
   
4.         ADC_DoSoftwareTriggerConvSeqA(ADC0);
   
5.         /* Wait for the converter to be done. */
   
6.         while (!ADC_GetChannelConversionResult(ADC0, num, &gAdcResultInfoStruct))
   
7.         {
   
8.         }        
   
9.         return (gAdcResultInfoStruct.result&0x0FFF);
   
10. }

复制代码

1. void ADC0_SEQA_IRQHandler(void)
   
2. {
   
3.   if (kADC_ConvSeqAInterruptFlag == (kADC_ConvSeqAInterruptFlag & ADC_GetStatusFlags(ADC0)))
   
4.   {
   
5.     ADC_GetChannelConversionResult(ADC0, gAdcResultInfoPtr->channelNumber, gAdcResultInfoPtr);
   
6.     ADC_ClearStatusFlags(ADC0, kADC_ConvSeqAInterruptFlag);
   
7.     bADCSampleFlag = 1;
   
8.   }
   
9. }

复制代码

pct2075温度采集采用demo中的IIC程序。
硬件接线及运行结果如下：




LPC54114PRJ.zip (10.19 MB, 下载次数: 52)

2017-5-10 23:41 上传

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yinyue01

完善了一下，增加了DHT11采集湿度。另外，采用了UM402 UART接口无线数传模块实现了无线数据传输。DHT11为单总线数字温湿度传感器，其数据线直接连接到LPC54114的PIO0_22口。
UM402为无线串口模块，其RXD口连接LPC54114的PIO0_18口，可实现将LPC54114发出的数据转成无线信号发出。PC通过PL2303 USB转串口线连接另一块UM402，接收LPC54114发出的数据。
接线图如下：


DHT11是串行单总线数字温湿度传感器，与MCU通信时序如下：

数字温湿度传感器DHT11采用单总线输出数据，单次数据包共5Byte（40bit），包括先发送高位，数据格式为：湿度整数+湿度小数+温度整数+温度小数+校验和，各占1 Byte，校验和为前4个Byte相加，由此可计算出温湿度的数值。
DHT11通讯过程的时序图如下图所示，空闲状态时总线为高电平，MCU发送开始信号，拉低总线等待DHT11响应（至少18ms），之后拉高总线20~40μs；DHT11接收到开始信号，在其结束后发送80μs的低电平响应信号，之后拉高总线40~50μs，再拉低40~50μs，接着输出数据；主机读取到响应信号后开始接收数据；一次数据传输完成，DHT11拉低总线50μs，之后总线进入空闲状态。

根据以上分析，编写DHT11数据采集程序：

1. #define        DHT11_Port        0
   
2. #define        DHT11_Pin        22                                                           
   
3. #define        DHT11_DQ_OUT (GPIO->B[DHT11_Port][DHT11_Pin]) //数据端口
   
4. #define        DHT11_DQ_IN  (GPIO_ReadPinInput(GPIO,DHT11_Port,DHT11_Pin))          //数据端口
   
5. 
   
6. uint8_t DHT11_Init(void);//初始化DHT11
   
7. uint8_t DHT11_Read_Data(uint8_t *temp,uint8_t *humi);//读取温湿度
   
8. uint8_t DHT11_Read_Byte(void);//读出一个字节
   
9. uint8_t DHT11_Read_Bit(void);//读出一个位
   
10. uint8_t DHT11_Check(void);//检测是否存在DHT11
    
11. void DHT11_Rst(void);//复位DHT11

复制代码

需要注意的是，DHT11_Rst函数中需要将IO口设置为输出

1. //复位DHT11
   
2. void DHT11_Rst(void)           
   
3. {                 
   
4.         GPIO->DIR[DHT11_Port] |= 1U << DHT11_Pin;  
   
5.         DHT11_DQ_OUT=0;         //拉低DQ
   
6.         Delay_us(20000);    //拉低至少18ms
   
7.         DHT11_DQ_OUT=1;         //DQ=1
   
8.         Delay_us(30);             //主机拉高20~40us
   
9. }

复制代码

而DHT11_Check函数中需要将IO口设置为输入

1. //等待DHT11的回应
   
2. //返回1:未检测到DHT11的存在
   
3. //返回0:存在
   
4. uint8_t DHT11_Check(void)            
   
5. {   
   
6.         uint8_t retry=0;
   
7.         GPIO->DIR[DHT11_Port] &= ~(1U << DHT11_Pin);
   
8.         //DHT11_IO_IN();//SET INPUT         
   
9.     while (DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11会拉低40~80us
   
10.         {
    
11.                 retry++;
    
12.                 Delay_us(1);
    
13.         };         
    
14.         if(retry>=100)return 1;
    
15.         else retry=0;
    
16.     while (!DHT11_DQ_IN&&retry<100)//DHT11拉低后会再次拉高40~80us
    
17.         {
    
18.                 retry++;
    
19.                 Delay_us(1);
    
20.         };
    
21.         if(retry>=100)return 1;            
    
22.         return 0;
    
23. }

复制代码

由于DHT11温度采集精度没有板载的pct2075精度高，因此温度采用pct2075的结果。
UM402 模块是高度集成低功耗半双工小功率无线数据传输模块，其嵌入高速低功耗单片机和高性能扩频射频芯片，内部已经实现了RX接收并无线发送和无线接收并TX发送至PC，不用编写MCU和UM402的通讯程序，只需要配置好LPC54114的串口引脚，并将波特率设置为9600bps（与UM402匹配）即可。

1.     /* USART5 RX/TX pin */
   
2.     IOCON_PinMuxSet(IOCON, 0, 18, IOCON_MODE_INACT | IOCON_FUNC1 | IOCON_DIGITAL_EN | IOCON_INPFILT_OFF);
   
3.     IOCON_PinMuxSet(IOCON, 0, 20, IOCON_MODE_INACT | IOCON_FUNC1 | IOCON_DIGITAL_EN | IOCON_INPFILT_OFF);

复制代码

1. #define BOARD_DEBUG_UART_TYPE DEBUG_CONSOLE_DEVICE_TYPE_FLEXCOMM
   
2. #define BOARD_DEBUG_UART_BASEADDR (uint32_t) USART5
   
3. #define BOARD_DEBUG_UART_CLK_FREQ CLOCK_GetFreq(kCLOCK_Flexcomm5)
   
4. #define BOARD_DEBUG_UART_CLK_ATTACH kFRO12M_to_FLEXCOMM5
   
5. #define BOARD_DEBUG_UART_RST kFC5_RST_SHIFT_RSTn
   
6. 
   
7. #define BOARD_DEBUG_SPI_CLK_FREQ 12000000
   
8. 
   
9. #ifndef BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE
   
10. #define BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE 9600
    
11. #endif /* BOARD_DEBUG_UART_BAUDRATE */

复制代码

运行结果如下：


LPC54114PRJ.zip (10.37 MB, 下载次数: 66)

2017-5-14 23:02 上传

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yinyue01

最后，简单汇总一下LPC54114开发工具：

1.LPCOpen Libraries:

1. http://www.nxp.com/products/microcontrollers-and-processors/arm-processors/lpc-cortex-m-mcus/software-tools/lpcopen-libraries-and-examples:LPC-OPEN-LIBRARIES

复制代码

需要先编译生成csp和bsp的lib文件，便于开发官方的LPCXpresso开发板，其他板子需要修改bsp或只使用csp
有1000多页的pdf文档，可配合Keil_v5\ARM\PACK\Keil\LPC54000_DFP\2.2.0\LPCOpen路径下的例程学习。

2.MCUXpresso SDK:
需要先选择MCU生成SDK
http://mcuxpresso.nxp.com/en/welcome
再结合MCUXpresso Config Tools配置引脚和时钟（个人感觉没有stm32cubemx做得好。）
http://www.nxp.com/products/soft ... ab=Design_Tools_Tab
参考手册中有不少配置的实例
http://mcuxpresso.nxp.com/api_doc/dev/116/index.html

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SquallBest

厉害了。回头弄个电路试试

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不错，很好啊

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不错，内容很好！

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