智能监测电源管理：源码开放的必备教程！

本篇文章讲述的是核心功能demo示例，以常用的低功耗4G模组Air201为例，特分享本教程给大家。

在实际应用中，通过实时监测电池状态和智能控制电源操作，不仅能够延长设备的使用时间，还能确保设备在关键时刻的稳定性与可靠性，对于以移动设备和嵌入式系统为主的应用场景尤其重要。

Air201快速入门——电源管理核心功能示例

Air201选用了一款高度集成的单电池锂离子电池充电器——该充电器具有系统电源路径管理，可供空间有限的便携式应用使用，具有涓流充电、恒流充电、恒压充电、充电终止和自动充电功能，而且可以自动调节充电电流与充电电压，或者进入其他模式。

Air201最新资料下载：
www.air201.cn

本文将展示电源管理系统的核心功能模块，手把手教你如何通过不同的技术手段实现有效的电源管理。

这些功能旨在提升设备的性能和用户体验，以下是主要演示功能的概述：

▼ 电源管理核心功能 ▼

电量监测：
本系统通过ADC（模数转换器）实时读取电池电压，并定期更新电量状态。通过精确监测电池电压，可以让用户清晰掌握当前电池剩余电量，避免意外关机带来的困扰。

充电检测：
系统利用GPIO中断技术，能够快速检测电池的充电状态。当设备连接到电源时，将自动判断电池是否在充电状态，并相应地调整电源管理策略，以优化充电效率和电池寿命。

自动关机：
根据监测到的电量百分比，该系统能够在电量过低时自动关机，以防止电池过度放电。这种智能管理能够保护电池，延长其使用寿命，确保设备在低电量时不会意外关机。

用户接口：
系统提供了便捷的用户交互接口，用户可以通过长按电源键实现关机操作。提升用户体验的同时，确保用户可以方便地控制设备的电源状态。

通过这些功能的实现，用户不仅可以延长设备的使用时间，还能够保证设备在关键时刻的稳定性和可靠性。在实际应用中，这些功能可有效地提升设备性能，满足用户对电源管理的需求。

接下来，我们讲解相关示例的具体使用。

1. 搭建环境

新同学建议先看前期的基础知识相关教程，更有助于理解和操作。

可以在LuaTools项目管理中新建一个项目，重新选择底层CORE和脚本；或者在原有项目的基础上，不更换CORE，将原来的脚本删除，添加为demo/pm的脚本。

1.1 硬件准备：

Air201套件

SIM卡

带有数据通信功能的数据线

Win10及以上PC

1.2 软件准备：

LuaTools调试工具：
https://docs.openluat.com/Luatools

最新固件：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air201/tree/master/core

最新脚本：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air201/tree/master/demo/pm

1.3 烧录操作：

由于Air201单板子没有复位键和BOOT键，所以数据线与Air201开发板之间还需要接一个USB_BOOT板（Air201套件里已包含，无需单独购买）。

将Air201通过USB_BOOT小板连接电脑，如下图所示：

1.3.1 根据下方操作进行烧录

此时就需要大家先点击Luatools工具上的【下载脚本】或【下载底层和脚本】，再执行下方操作了。

新同学请先学习LuaTools使用和烧录教程：
https://docs.openluat.com/Luatools/

开发板处于未开机状态：
此时先按住下载模式按键（BOOT键）不放，再长按开机键（POW键）开机。若不出意外开发板将会进入下载模式，LuaTools工具下载进度条会开始跑，这时便可以松开BOOT键和POW键，等到工具提示下载完成即可。

开发板已经处于开机状态：
此时可以先按住BOOT键不放，再短按复位键（RST键）后开发板会重启并进入下载模式。

1.3.2 不同模式下的端口显示

正常开机模式：

下载模式：

2. 示例代码

2.1 ChargeICLogic.lua源码文件

该文件中的代码是一个用Lua编写的脚本，主要用于与充电 IC（集成电路）进行交互，进行状态监测和控制。

2.1.1 代码解析

1）注释部分：

这段注释用于指出代码的主要功能，即处理充电IC相关的逻辑。

2）电池上限电压表：

此部分定义了电池上限电压的不同设置值。Vreg表包含多个十六进制数，每个数对应不同的电池上限电压。在V_CTRL寄存器中，前四位用来设置电池上限电压，其余位可以用作其他设置。默认情况下，其他位为 0。

3）快速充电电流表：

这部分定义了快速充电电流的设置值。Ichg 表中列出的十六进制数对应于不同充电电流的设置。

在 I_CTRL寄存器中，前三位是设置快速充电电流的，其余位是其他设置，默认为0；该电流值是通过电阻Rsns计算得出的。

Air201的Rsns值为1KΩ，经过公式计算后得出:

Ireg=500mA

4）电池上限电压表：

此部分定义了电池上限电压的不同设置值。Vreg表包含多个十六进制数，每个数对应不同的电池上限电压。在V_CTRL寄存器中，前四位用来设置电池上限电压，其余位可以用作其他设置。默认情况下，其他位为 0。

5）任务初始化：

这部分是主任务的初始化。首先等待1000毫秒，然后通过 sensor.yhm27xx 函数与传感器进行通信，以获取设备信息。后面再进行传感器设备中各寄存器参数配置。

6）传感器数据读取：

通过sensor.yhm27xx函数调用来读取传感器的数据。

参数说明：
gpio_pin是传感器对应引脚；
0x04 是传感器设备ID；
0x08 是设备信息寄存器的地址。

等待200毫秒等待数据返回。

7）设备存在检查：

当检测到传感器存在时，会进行进一步的设置。此时根据不同寄存器的地址设置不同功能。

8）电压跟随与快速充电电流设置：

读取 I_CTRL 寄存器并设置电压跟随与快速充电电流。如果操作成功，将会再次读取配置寄存器并确认设置结果，记录相关的日志信息。

参数说明：
gpio_pin 是传感器对应引脚；
0x04 是芯片设备ID号；
0x01 是 I_CTRL寄存器地址；
0x02 是设置电压跟随与快速充电电流为0.5×Ireg。

特别说明：
若需要在同一寄存器中设置多个参数，则需要将参数值进行或运算。

例如：
要设置电压跟随和快速充电电流为0.5×Ireg，则参数值为 0x02+0x00=0x02 。

快速充电电流表可参考下方表格：

I_CTRL寄存器地址前三位是设置快速充电电流，其余位是其他设置，默认为0；Ireg是电阻Rsns配置的电流值，Air201的电阻Rsns值为1KΩ：

通过公式Ireg=500/Rsns，得出Ireg=500mA。

9）电池上限电压设置：

读取V_CTRL寄存器并设置电池上限电压。如果操作成功，将会再次读取配置寄存器并确认设置结果，记录相关的日志信息。

参数说明：
gpio_pin 是传感器对应引脚；
0x04 是芯片设备ID号；
0x00 是 V_CTRL寄存器地址；
0x00 是设置电池上限电压为4.2V。

电池上限电压设置可参考下方表格：

10）异常处理：

如果在读取传感器信息时返回结果为假，则说明传感器不存在，记录警告日志。

2.1.2 总结说明

这段代码的主要功能是与充电IC进行交互以监控其状态，配置其控制参数，并在不同情况下记录相关的日志信息。

通过这种方式，系统能够检测充电IC的存在与状态，并进行相应的初始化与配置，以确保充电过程的正常进行。全程使用异步任务管理，提升系统响应能力。

2.2 pcb.lua源码文件

这段Lua代码定义了一个名为pcb的模块，其主要功能是管理和操作硬件的某些特性，特别是与PCB（印刷电路板）相关的设置和状态。

2.2.1 代码解析

1）模块初始化和变量定义：

这里定义了一个表pcb，用于存放后续的函数。定义了存储系统的OTP区域和硬件的默认版本号，以及出厂测试结果的初始值。

2）读取OTP存储区和解析硬件版本号的函数：

loadParam函数首先检查OTP是否存在，然后读取OTP存储区中的数据，解码JSON格式的数据以获取硬件版本号和出厂测试结果。若解码失败或缺少数据，则根据设备型号进行版本号的设置。

3）GNSS电源控制功能：

此函数根据硬件版本控制GNSS模块的电源状态。通过GPIO接口进行电源的开启或关闭。

4）ES8311电源引脚的获取：

根据硬件版本返回ES8311控制器对应的电源引脚。

5）充电IC CMD引脚的获取：

此函数根据硬件版本返回充电IC的命令引脚。

6）出厂测试结果获取及版本号管理：

提供了获取当前硬件版本号和出厂测试结果的方法，以及设置硬件版本号的功能。

2.2.2 总结说明

整段代码的主要功能是提供对印刷电路板（PCB）相关硬件配置和状态的管理。通过读取OTP存储区，程序能够获取设备的特定参数（如版本号和出厂测试结果）。

此外，它还实现对GNSS电源、ES8311音频编解码器以及充电IC的控制接口，根据不同的硬件版本提供不同的引脚控制方案。

2.3 batteryManage.lua源码文件

这段代码是一个电池管理模块的实现，主要用于监控和管理电池状态，包括电压检测、充电状态判断、电量计算和自动关机功能。

2.3.1 代码解析

1）模块定义：

创建一个名为M的模块，定义模块名称为：

batteryManage

这段注释用于指出代码的主要功能，即处理充电IC相关的逻辑。

2）引入库：

引入了sys和sysplus库，这些库提供了系统和附加功能的支持。

3）初始化状态变量：

M.vbat：
当前电池电压；

M.batteryPercent：
电池电量百分比，初始为50；

M.isCharge：
标识是否正在充电；

M.BATTERY_UPDATE_INTERVAL：
电池信息更新的时间间隔（秒）；

M.noChargeDuration：
记录未插入电源的时间；

M.CHARGE_THRESHOLD_TIME：
未充电持续时间的阈值（2 分钟）；

M.blueLed和M.redLed：
用于设置蓝灯和红灯的状态，分别用GPIO接口进行控制。

4）电池放电曲线：

定义一个电池放电曲线数组，该数组存储对应电量的电压值，用于通过电压推算电量百分比。

5）重置未充电时长：

重置未充电计时器的函数。

6）关机函数：

该函数用于发布关机信号，以请求系统关机。

7）充电状态检测：

使用GPIO中断回调来检测充电状态，如果通过GPIO引脚检测到充电状态发生变化，将更新充电状态并检查电池状态。

8）电量百分比计算：

根据当前电压M.vbat计算电池百分比。如果电压在放电曲线数组的范围内，则返回相应的电量百分比。

9）定期检查电池状态：

定期更新电池电量，读取电压并计算电量。如果电量低于 30%，且没有插入电源的时间超过2分钟，则调用关机函数。

10）长按电源键关机：

实现了长按电源键的关机逻辑，按下电源键3秒后进行关机，松开时取消关机。

2.3.2 总结说明

整体而言，该模块负责监控电池的电压和充电状态。它能够定期更新电量百分比，并在必要时自动关机。此外，该模块还允许用户通过长按电源键来手动关机。其主要功能是确保设备在电量过低时保护系统不受损坏，同时提供充电状态的实时反馈。

2.4 main.lua源码文件

该文件中的代码使用Lua语言编写，主要用于管理和监控设备的电源和电池状态。

2.4.1 代码解析

1）项目和版本信息：

这部分定义了项目名称和版本，并记录日志信息，便于后续的调试和维护。

2）库的引入：

在这里引入了多个必要的库文件，包括系统管理库sys、电路板库pcb、充电逻辑库和电池管理库。通过这些库，程序可以实现对系统的控制和管理。

特别说明：
主要功能代码已经模块化到batteryManage库文件中。

3）开机防抖：

这部分代码用于防止开机时的抖动，并点亮红色指示灯，以表明设备正在启动。

4）GPIO设置：

通过gpio.setup配置了两个引脚：一个用于监测充电状态，另一个用于电源键的回调。

5）关机处理：

这段代码订阅了系统关机事件，当设备接收到关机信号时，会调用pm.shutdown()函数进行安全关机。

6）启动初始检查：

在系统启动时，首先进行一次电池充电状态检查，并设置一个定时器，每60秒更新一次电池电量信息。

7）日志输出：

此段代码设置了一个定时器，每隔5秒输出一次当前电池状态的日志信息，包括电压、电池电量及充电状态，便于监控和调试。

8）程序运行：

最后，sys.run()函数用于启动系统的主循环，让程序保持运行状态。

2.4.2 总结说明

该代码的主要功能是管理和监控嵌入式设备的电源与电池状态，具备开机防抖、充电状态检测、定时更新电池电量和记录日志等功能。

2.5 完整源码文件

此处只展示main.lua，其余完整代码请下载源码查看。

最新源码下载：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air201/tree/master/demo/pm

2.6 运行结果展示

可通过LuaTools工具查看运行结果，如下图所示：

3. 常见问题

设备无法开启或频繁自动关机

检查电池电量是否低于安全工作水平，确保设备充电。如果电量很低，请连接电源并充电一段时间再尝试开机。

电池电量显示不准确

确保电池电压监测模块正常工作，检查ADC通道是否正确配置。如有必要，重新校准电池电量百分比计算的映射表。

充电状态无法正确识别

检查充电检测的GPIO引脚连接是否正常，确认是否存在接触不良或线路损坏的问题。此外，确保所用充电器和数据线与设备兼容。

系统在充电时无法正常运行

检查是否有其他程序或任务占用过多资源，导致系统不稳定。可以考虑优化系统任务的优先级或关闭不必要的功能模块。

长按电源键无反应

确认电源键的GPIO引脚连接正常，确保其可被正常识别。如果仍然无效，请检查相关代码对电源键的事件处理是否正确。

设备发热严重

设备发热可能是由于充电速率过高或设备运行负载过重引起的。建议降低负载、优化代码，或调整充电策略。

无法更新固件或脚本

检查USB连接是否正常，确保LuaTools工具正确识别设备。注意遵循烧录步骤，并确保所用的固件版本与硬件兼容。

今天的分享就到这里

审核编辑 黄宇