STM32F103控制器的蓄电池双向电流检测

2 软件设计
2．1 基本思路
监控系统软件的开发采用ARM公司的Real View 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，目前的最新版本为STM32F10x_StdPeriph_Lib_V3．2．O。电压和电流检测A／D转换的软件设置如下：
①配置模拟量输入的GPIO口。STM32控制器有个很大的优点，其A／D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PCA和PC6作为电压量和电流量的ADC输入端。
②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。
2．2 软件滤波措施
该应用中电压量和电流量为变化较缓的信号，故软件采取防脉冲干扰平均滤波算法。连续采样N个数据，去掉一个最大值和一个最小值，然后计算N-2个数据的算术平均值。通过实验N取5时可达到满意的效果。该算法能够剔除偶然出现的脉冲性干扰，消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差。

3 提高信号检测精度的措施
为提高ADC处理的精度和系统抗干扰能力，该设计从ADC的使用、电压基准和供电、滤波及元器件的选择等方面采取了系列的措施。
3．1 ADC的使用
使用STM32F103的ADC时考虑两个方面：
①两个模拟量输入口临近的引脚不安排数字量I／O。I／O脚之间存在耦合电容，因此I／O端口的翻转可能对ADC的模拟输入产生一些噪声。这可能是因为PCB走线过于靠近，或互相交叉而产生的。
②温度会对ADC的精度产生较大的影响，主要包括偏移误差和增益误差。这些误差可以通过微控制器的固件程序补偿。一种方法是，根据不同的温度范围测量出完整的偏移和增益变化，再在存储器中建立一个对照表，需要耗费额外的费用和时间。另一种方法是，当温度达到某个数值时，使用内部的温度传感器和ADC看门狗功能，重新校准。
3．2 电压基准芯片和独立电源供电
在该设计中为保证信号的质量，重要的电平信号采用专用芯片来实现。例如使用REF2912和REF2925电压基准芯片产生+1．25 V和+2．5 V两个电压基准源，+1．25 V基准信号用于放大器累加电路，+2．5 V基准信号提供给SFM32F103的Vref+。另外，模拟电路、控制器模拟供电和数字电路供电采用独立电源，由专用DC／DC提供±15 V电源，为电流传感器LA-28P及运算放大器LM324供电，STM32F103的模拟部分VDDA和数字部分VDD使用独立的+3．3 V供电。三种独立电源于一点共地，尽可能地减少电源间的互扰。这样做的好处是，避免了很多的I／O端口翻转操作在直流电源上产生的大量的噪声干扰。
3．3 其他抗干扰措施
该设计还采取了其他的一些抗干扰措施：STM32F103控制器的VDDA和Vref+引脚连接2个外部的去耦电容器(10 nF瓷介电容+1 μF的钽电容)；模拟电路中的所有电阻采用1％精度的金属膜电阻；在PCB的布置中，模拟电路部分远离数字部分，避免了在模拟电路底下通过数字信号线。

结语
该设计实现了充放电电流信号的累加升压、跟随反向，利用STM32F103控制器片内12位A／D实现了实时监测。最终电压检测实际精度达到O．005 V，电流实际精度达到O．005 A，效果稳定、可靠，满足了设计要求。需进一步改进之处在于处理系统的温漂问题，即温度对电路的影响。