从零开始学习安时积分法（STM32实现程序）

news/2025/2/1 21:57:17 标签: 算法

在STM32微控制器上实现安时积分法（Coulomb Counting）来估算电池的SOC（State of Charge），需要完成以下几个步骤：

硬件配置：
- 使用STM32的ADC模块测量电池的电流。
- 使用定时器模块进行时间积分。
- 配置GPIO和串口用于调试和输出结果。
软件实现：
- 初始化ADC和定时器。
- 实时读取电流值并进行积分计算。
- 根据积分结果更新SOC值。

以下是基于STM32的安时积分法实现代码示例（以STM32F4系列为例，使用HAL库）：

代码实现

#include "stm32f4xx_hal.h"
 
// 定义变量 
#define BATTERY_CAPACITY 5000  // 电池标称容量，单位：mAh 
#define ADC_RESOLUTION   4095  // ADC分辨率（12位）
#define ADC_REF_VOLTAGE  3.3   // ADC参考电压，单位：V 
#define SHUNT_RESISTOR   0.1   // 电流采样电阻，单位：Ω 
 
float soc = 100.0;  // 初始SOC值，单位：%
float current = 0.0;  // 当前电流值，单位：mA 
uint32_t adc_value = 0;  // ADC读取的原始值 
 
// ADC初始化 
void ADC_Init(void) {
    ADC_HandleTypeDef hadc;
    hadc.Instance = ADC1;
    hadc.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV2;
    hadc.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
    hadc.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc.Init.NbrOfConversion = 1;
    hadc.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
    hadc.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;
    HAL_ADC_Init(&hadc);
}
 
// 读取ADC值 
uint32_t ADC_Read(void) {
    HAL_ADC_Start(&hadc);
    HAL_ADC_PollForConversion(&hadc, HAL_MAX_DELAY);
    return HAL_ADC_GetValue(&hadc);
}
 
// 计算电流值 
float Calculate_Current(uint32_t adc_value) {
    float voltage = (adc_value * ADC_REF_VOLTAGE) / ADC_RESOLUTION;  // 计算电压 
    return (voltage / SHUNT_RESISTOR) * 1000;  // 计算电流，单位：mA 
}
 
// SOC估算函数 
void Update_SOC(float current, uint32_t time_interval_ms) {
    float delta_soc = (current * time_interval_ms) / (BATTERY_CAPACITY * 3600);  // SOC变化量 
    soc -= delta_soc;  // 更新SOC 
    if (soc < 0) soc = 0;  // SOC下限保护 
    if (soc > 100) soc = 100;  // SOC上限保护 
}
 
int main(void) {
    HAL_Init();  // 初始化HAL库 
    SystemClock_Config();  // 配置系统时钟 
    ADC_Init();  // 初始化ADC 
 
    uint32_t last_time = HAL_GetTick();  // 获取初始时间 
 
    while (1) {
        uint32_t current_time = HAL_GetTick();  // 获取当前时间 
        uint32_t time_interval_ms = current_time - last_time;  // 计算时间间隔 
 
        adc_value = ADC_Read();  // 读取ADC值 
        current = Calculate_Current(adc_value);  // 计算电流值 
        Update_SOC(current, time_interval_ms);  // 更新SOC 
 
        last_time = current_time;  // 更新时间戳 
 
        // 输出SOC值（通过串口或调试接口）
        printf("Current SOC: %.2f%%\n", soc);
 
        HAL_Delay(100);  // 延时100ms 
    }
}