バッテリー充電アラームを再三作り直す 2017年8月更新

バッテリーの充電状態チェックを、従来のＶ＋から自前で発生する３．３ｖの検出に変更した

従来はバッテリー電圧を直接チェック

　これまで、バッテリー自体の電圧Ｖ＋を1/2に分圧してＡＤポートで計測していた。これだと、Ｖ＋の電圧降下が進んで計測の基準電圧でもあるＶｃｃが降下し始めると計測値は信用できない。加速度センサーの電圧依存性を利用して、一応プログラムで対策したが、モヤモヤしていた。
　ところで、我がROBOZAKはBluetooth通信素子に供給するＤＣ３.３vがあり、これを利用すればＶｃｃの電圧降下を検出でき、Ｖ＋の分圧回路も不要になると気付いた。

ＤＣ　３.３ｖをどう利用するか
　充電アラームは、Ｖｃｃが動作下限まで低下する直前に発報するのが本来である。
Ｖｃｃを基準電圧にしてＶ＋を監視していては、上記のジレンマがついて回るので、３.３ｖでＶｃｃの降下を監視する。
  1. ３.３ｖをＡＤポートで監視するとＶｃｃ降下が判る
    　基準電圧のＶｃｃが低下を始めても３.３ｖは暫く維持される（→Ａ）
    この時、ＡＤポートの計測値は、基準電圧の降下により、見かけ上３.３vより上昇するのでＶｃｃの電圧降下を判定できる。なお、3.3vの電圧降下が起きる頃にはＣＰＵボードが動作しない電圧までＶｃｃが低下している。
    1. Ｖｃｃと３３vの電圧差は１.７ｖある。
      ３.３ｖ用に使った低損失三端子レギュレータのTA48M33Fはドロップアウト電圧０.６５ｖなので、電圧降下の余裕は１ｖ以上ある。　
  1. 手持ちのバッテリー５個で試してみる
    拙作のソフトizakRemoconＶ1.4でデータ取りした結果が表１で、定常時はＡＤ値１６７か１６８で安定している。
    ＣＰＵのATmega128のＡ／Ｄ変換は線形10bitの分解能で、RoboBASICは上位８ビットを使っているようだ。そうすると、定常状態で

    　　３.３v：５.０v　≒　１６８：２５６　

    となり、データとほぼ整合している。
    上記の等式に当てはめて、Ｖｃｃ＝４.５ｖに相当する１８７迄ＯＫとすることにした。
  2. いざ実装の段で、３.３ｖ電源を直接ＡＤポートに接続するのが何となく気が引けてしまい、無線化（その１）で使用したＴＣ４０４９の空き入力ピンをＧＮＤ接続処理してあったので、その反転出力を使った。自作基板には出力端子を追加する余裕なく、ロボのフロントカウル内に収めるサイズ的な制約もあるので、基板の真ん中からリード線を引き出した。
    また、電源コネクタを付替えてAD(1)から５ｖ電源を貰い３.３ｖを返す構成に。
  
表１
 No.  AD(1)
定常値		  AD(1)
最終値		  AD(1)
上昇期間
 1  167 250   173秒
 2  167 250  1841秒 
 3  205 250  4440秒
 4  168 253  1108秒
 5 167  248  3493秒 

定常値２００超のバッテリーNo.３は寿命と思われる。因みに、この時のＶｃｃ実測値は４.１ｖだった。
 

プログラムを書く
バッテリーチェックは、ロボ起動から停止まで数秒おきに常時実行させる。

ロボ動作によりバッテリーが消費されＶｃｃ電圧が低下すると、４.５ｖまでは警告音とＬＥＤ警告表示をしつつロボの動作継続、４.５ｖを切ると警告音とＬＥＤ警告表示後、ロボ動作停止する。

変数の説明
変数NLOOPは、バッテリーチェックを数秒おきに実行するよう、メインループの繰り返し回数をカウントする。
変数i とi2 はサブルーチン等で一時的に利用する局所変数的な用途専用。

処理の説明
メインループの先頭でループ繰り返し回数をカウントし、２５回に1回だけBATTERY_CHECKサブルーチンを呼び出す。（２５は適当に決めてよい）

サブルーチンのBATTERY_CHECKは、
３.３ｖ電圧をAD(1)から取得し、閾値AD_BAT_OKより大きいと、ラベルBAT_LOWにジャンプしてアラーム処理をする。
閾値以下の場合、BAT_CHK_RTNにジャンプする。

アラーム処理(BAT_LOW)は、先ほど取得したAD(1)値が閾値AD_BAT_LOWより大きいと、ＬＥＤ１０回点滅と並行して警告音を発する。そしてプログラムを終了しする。
閾値AD_BAT_LOW以下の場合は、ＬＥＤ１回点滅と警告音を発した後、呼び出し元（メインループ）に復帰する。


【2017年8月追記】
当初は

　CONST AD_BAT_OK = 168

としていたが、充分に放電しないうちに充電アラームしていたらしく、バッテリーのメモリー効果と思われる現象が多発したので、現在は

　CONST AD_BAT_OK = 170

としており、今のところ好感触である。
 '変数定義
DIM i AS BYTE 'use as local variable
DIM i2 AS BYTE 'use as local variable

DIM NLOOP AS BYTE 'LOOP counter
CONST AD_BAT_LOW = 187 'Vcc=4.5v
CONST AD_BAT_OK = 168 'Vcc=5.0v
 '初期処理〜メインループ

NLOOP = 0

MAIN:　'メインループの先頭
　NLOOP = NLOOP + 1
　IF NLOOP = 25 THEN
　　GOSUB BATTERY_CHECK
　　NLOOP = 0
　ENDIF

REMGET:
'リモコン等から操作入力を取込む処理
（省略）

action_proc:
　'操作キーに応じてアクション分岐　
　（省略）

GOTO MAIN　'メインループの末端

'-----サブルーチン群----
BATTERY_CHECK:　'Battery check

　i2 = AD(1) '3.3v voltage
　IF i2 <= AD_BAT_OK THEN GOTO 　 　 　　　　　BAT_CHK_RTN

BAT_LOW:
　IF i2 > AD_BAT_LOW THEN
　'バッテリー交換アラーム後に動作停止
　　FOR i = 1 TO 10
　　　OUT 52, 1 'LED off
　　　MUSIC "CA"
　　　DELAY 100
　　　OUT 52, 0 'LED on
　　　DELAY 100
　　NEXT i

　　END 'ロボ動作停止
　ENDIF

'Vcc電圧降下中, 警告音＋警告表示
　OUT 52, 1 'LED off
　MUSIC "AC"
　DELAY 50
　OUT 52, 0 'LED on

BAT_CHK_RTN:
　RETURN

蛇足
今回見つかった問題外のバッテリーNo.３だが、捨てるかといえばそうでもない。寿命を迎えたバッテリーのサンプルとして実験で重宝しそうだ。

※この記事が何かのお役にたつことを願っていますが、記事内容についてのいかなる保証もしません