本篇文章講述的是核心功能demo示例，以常用的低功耗4G模組Air201為例，特分享本教程給大家。

在實際應(yīng)用中，通過實時監(jiān)測電池狀態(tài)和智能控制電源操作，不僅能夠延長設(shè)備的使用時間，還能確保設(shè)備在關(guān)鍵時刻的穩(wěn)定性與可靠性，對于以移動設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)為主的應(yīng)用場景尤其重要。

Air201快速入門——電源管理核心功能示例

Air201選用了一款高度集成的單電池鋰離子電池充電器——該充電器具有系統(tǒng)電源路徑管理，可供空間有限的便攜式應(yīng)用使用，具有涓流充電、恒流充電、恒壓充電、充電終止和自動充電功能，而且可以自動調(diào)節(jié)充電電流與充電電壓，或者進入其他模式。

Air201最新資料下載：
www.air201.cn

本文將展示電源管理系統(tǒng)的核心功能模塊，手把手教你如何通過不同的技術(shù)手段實現(xiàn)有效的電源管理。

這些功能旨在提升設(shè)備的性能和用戶體驗，以下是主要演示功能的概述：

▼ 電源管理核心功能 ▼

電量監(jiān)測：
本系統(tǒng)通過ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）實時讀取電池電壓，并定期更新電量狀態(tài)。通過精確監(jiān)測電池電壓，可以讓用戶清晰掌握當(dāng)前電池剩余電量，避免意外關(guān)機帶來的困擾。

充電檢測：
系統(tǒng)利用GPIO中斷技術(shù)，能夠快速檢測電池的充電狀態(tài)。當(dāng)設(shè)備連接到電源時，將自動判斷電池是否在充電狀態(tài)，并相應(yīng)地調(diào)整電源管理策略，以優(yōu)化充電效率和電池壽命。

自動關(guān)機：
根據(jù)監(jiān)測到的電量百分比，該系統(tǒng)能夠在電量過低時自動關(guān)機，以防止電池過度放電。這種智能管理能夠保護電池，延長其使用壽命，確保設(shè)備在低電量時不會意外關(guān)機。

用戶接口：
系統(tǒng)提供了便捷的用戶交互接口，用戶可以通過長按電源鍵實現(xiàn)關(guān)機操作。提升用戶體驗的同時，確保用戶可以方便地控制設(shè)備的電源狀態(tài)。

通過這些功能的實現(xiàn)，用戶不僅可以延長設(shè)備的使用時間，還能夠保證設(shè)備在關(guān)鍵時刻的穩(wěn)定性和可靠性。在實際應(yīng)用中，這些功能可有效地提升設(shè)備性能，滿足用戶對電源管理的需求。

接下來，我們講解相關(guān)示例的具體使用。

1. 搭建環(huán)境

新同學(xué)建議先看前期的基礎(chǔ)知識相關(guān)教程，更有助于理解和操作。

可以在LuaTools項目管理中新建一個項目，重新選擇底層CORE和腳本；或者在原有項目的基礎(chǔ)上，不更換CORE，將原來的腳本刪除，添加為demo/pm的腳本。

1.1 硬件準(zhǔn)備：

Air201套件

SIM卡

帶有數(shù)據(jù)通信功能的數(shù)據(jù)線

Win10及以上PC

1.2 軟件準(zhǔn)備：

LuaTools調(diào)試工具：
https://docs.openluat.com/Luatools

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

最新腳本：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air201/tree/master/demo/pm

1.3 燒錄操作：

由于Air201單板子沒有復(fù)位鍵和BOOT鍵，所以數(shù)據(jù)線與Air201開發(fā)板之間還需要接一個USB_BOOT板（Air201套件里已包含，無需單獨購買）。

將Air201通過USB_BOOT小板連接電腦，如下圖所示：

1.3.1 根據(jù)下方操作進行燒錄

此時就需要大家先點擊Luatools工具上的【下載腳本】或【下載底層和腳本】，再執(zhí)行下方操作了。

新同學(xué)請先學(xué)習(xí)LuaTools使用和燒錄教程：
https://docs.openluat.com/Luatools/

開發(fā)板處于未開機狀態(tài)：
此時先按住下載模式按鍵（BOOT鍵）不放，再長按開機鍵（POW鍵）開機。若不出意外開發(fā)板將會進入下載模式，LuaTools工具下載進度條會開始跑，這時便可以松開BOOT鍵和POW鍵，等到工具提示下載完成即可。

開發(fā)板已經(jīng)處于開機狀態(tài)：
此時可以先按住BOOT鍵不放，再短按復(fù)位鍵（RST鍵）后開發(fā)板會重啟并進入下載模式。

1.3.2 不同模式下的端口顯示

正常開機模式：

下載模式：

2. 示例代碼

2.1 ChargeICLogic.lua源碼文件

該文件中的代碼是一個用Lua編寫的腳本，主要用于與充電 IC（集成電路）進行交互，進行狀態(tài)監(jiān)測和控制。

2.1.1 代碼解析

1）注釋部分：

這段注釋用于指出代碼的主要功能，即處理充電IC相關(guān)的邏輯。

2）電池上限電壓表：

此部分定義了電池上限電壓的不同設(shè)置值。Vreg表包含多個十六進制數(shù)，每個數(shù)對應(yīng)不同的電池上限電壓。在V_CTRL寄存器中，前四位用來設(shè)置電池上限電壓，其余位可以用作其他設(shè)置。默認情況下，其他位為 0。

3）快速充電電流表：

這部分定義了快速充電電流的設(shè)置值。Ichg 表中列出的十六進制數(shù)對應(yīng)于不同充電電流的設(shè)置。

在 I_CTRL寄存器中，前三位是設(shè)置快速充電電流的，其余位是其他設(shè)置，默認為0；該電流值是通過電阻Rsns計算得出的。

Air201的Rsns值為1KΩ，經(jīng)過公式計算后得出:

Ireg=500mA

4）電池上限電壓表：

此部分定義了電池上限電壓的不同設(shè)置值。Vreg表包含多個十六進制數(shù)，每個數(shù)對應(yīng)不同的電池上限電壓。在V_CTRL寄存器中，前四位用來設(shè)置電池上限電壓，其余位可以用作其他設(shè)置。默認情況下，其他位為 0。

5）任務(wù)初始化：

這部分是主任務(wù)的初始化。首先等待1000毫秒，然后通過 sensor.yhm27xx 函數(shù)與傳感器進行通信，以獲取設(shè)備信息。后面再進行傳感器設(shè)備中各寄存器參數(shù)配置。

6）傳感器數(shù)據(jù)讀取：

通過sensor.yhm27xx函數(shù)調(diào)用來讀取傳感器的數(shù)據(jù)。

參數(shù)說明：
gpio_pin是傳感器對應(yīng)引腳；
0x04 是傳感器設(shè)備ID；
0x08 是設(shè)備信息寄存器的地址。

等待200毫秒等待數(shù)據(jù)返回。

7）設(shè)備存在檢查：

當(dāng)檢測到傳感器存在時，會進行進一步的設(shè)置。此時根據(jù)不同寄存器的地址設(shè)置不同功能。

8）電壓跟隨與快速充電電流設(shè)置：

讀取 I_CTRL 寄存器并設(shè)置電壓跟隨與快速充電電流。如果操作成功，將會再次讀取配置寄存器并確認設(shè)置結(jié)果，記錄相關(guān)的日志信息。

參數(shù)說明：
gpio_pin 是傳感器對應(yīng)引腳；
0x04 是芯片設(shè)備ID號；
0x01 是 I_CTRL寄存器地址；
0x02 是設(shè)置電壓跟隨與快速充電電流為0.5×Ireg。

特別說明：
若需要在同一寄存器中設(shè)置多個參數(shù)，則需要將參數(shù)值進行或運算。

例如：
要設(shè)置電壓跟隨和快速充電電流為0.5×Ireg，則參數(shù)值為 0x02+0x00=0x02 。

快速充電電流表可參考下方表格：

I_CTRL寄存器地址前三位是設(shè)置快速充電電流，其余位是其他設(shè)置，默認為0；Ireg是電阻Rsns配置的電流值，Air201的電阻Rsns值為1KΩ：

通過公式Ireg=500/Rsns，得出Ireg=500mA。

9）電池上限電壓設(shè)置：

讀取V_CTRL寄存器并設(shè)置電池上限電壓。如果操作成功，將會再次讀取配置寄存器并確認設(shè)置結(jié)果，記錄相關(guān)的日志信息。

參數(shù)說明：
gpio_pin 是傳感器對應(yīng)引腳；
0x04 是芯片設(shè)備ID號；
0x00 是 V_CTRL寄存器地址；
0x00 是設(shè)置電池上限電壓為4.2V。

電池上限電壓設(shè)置可參考下方表格：

10）異常處理：

如果在讀取傳感器信息時返回結(jié)果為假，則說明傳感器不存在，記錄警告日志。

2.1.2 總結(jié)說明

這段代碼的主要功能是與充電IC進行交互以監(jiān)控其狀態(tài)，配置其控制參數(shù)，并在不同情況下記錄相關(guān)的日志信息。

通過這種方式，系統(tǒng)能夠檢測充電IC的存在與狀態(tài)，并進行相應(yīng)的初始化與配置，以確保充電過程的正常進行。全程使用異步任務(wù)管理，提升系統(tǒng)響應(yīng)能力。

2.2 pcb.lua源碼文件

這段Lua代碼定義了一個名為pcb的模塊，其主要功能是管理和操作硬件的某些特性，特別是與PCB（印刷電路板）相關(guān)的設(shè)置和狀態(tài)。

2.2.1 代碼解析

1）模塊初始化和變量定義：

這里定義了一個表pcb，用于存放后續(xù)的函數(shù)。定義了存儲系統(tǒng)的OTP區(qū)域和硬件的默認版本號，以及出廠測試結(jié)果的初始值。

2）讀取OTP存儲區(qū)和解析硬件版本號的函數(shù)：

loadParam函數(shù)首先檢查OTP是否存在，然后讀取OTP存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)，解碼JSON格式的數(shù)據(jù)以獲取硬件版本號和出廠測試結(jié)果。若解碼失敗或缺少數(shù)據(jù)，則根據(jù)設(shè)備型號進行版本號的設(shè)置。

3）GNSS電源控制功能：

此函數(shù)根據(jù)硬件版本控制GNSS模塊的電源狀態(tài)。通過GPIO接口進行電源的開啟或關(guān)閉。

4）ES8311電源引腳的獲取：

根據(jù)硬件版本返回ES8311控制器對應(yīng)的電源引腳。

5）充電IC CMD引腳的獲取：

此函數(shù)根據(jù)硬件版本返回充電IC的命令引腳。

6）出廠測試結(jié)果獲取及版本號管理：

提供了獲取當(dāng)前硬件版本號和出廠測試結(jié)果的方法，以及設(shè)置硬件版本號的功能。

2.2.2 總結(jié)說明

整段代碼的主要功能是提供對印刷電路板（PCB）相關(guān)硬件配置和狀態(tài)的管理。通過讀取OTP存儲區(qū)，程序能夠獲取設(shè)備的特定參數(shù)（如版本號和出廠測試結(jié)果）。

此外，它還實現(xiàn)對GNSS電源、ES8311音頻編解碼器以及充電IC的控制接口，根據(jù)不同的硬件版本提供不同的引腳控制方案。

2.3 batteryManage.lua源碼文件

這段代碼是一個電池管理模塊的實現(xiàn)，主要用于監(jiān)控和管理電池狀態(tài)，包括電壓檢測、充電狀態(tài)判斷、電量計算和自動關(guān)機功能。

2.3.1 代碼解析

1）模塊定義：

創(chuàng)建一個名為M的模塊，定義模塊名稱為：

batteryManage

這段注釋用于指出代碼的主要功能，即處理充電IC相關(guān)的邏輯。

2）引入庫：

引入了sys和sysplus庫，這些庫提供了系統(tǒng)和附加功能的支持。

3）初始化狀態(tài)變量：

M.vbat：
當(dāng)前電池電壓；

M.batteryPercent：
電池電量百分比，初始為50；

M.isCharge：
標(biāo)識是否正在充電；

M.BATTERY_UPDATE_INTERVAL：
電池信息更新的時間間隔（秒）；

M.noChargeDuration：
記錄未插入電源的時間；

M.CHARGE_THRESHOLD_TIME：
未充電持續(xù)時間的閾值（2 分鐘）；

M.blueLed和M.redLed：
用于設(shè)置藍燈和紅燈的狀態(tài)，分別用GPIO接口進行控制。

4）電池放電曲線：

定義一個電池放電曲線數(shù)組，該數(shù)組存儲對應(yīng)電量的電壓值，用于通過電壓推算電量百分比。

5）重置未充電時長：

重置未充電計時器的函數(shù)。

6）關(guān)機函數(shù)：

該函數(shù)用于發(fā)布關(guān)機信號，以請求系統(tǒng)關(guān)機。

7）充電狀態(tài)檢測：

使用GPIO中斷回調(diào)來檢測充電狀態(tài)，如果通過GPIO引腳檢測到充電狀態(tài)發(fā)生變化，將更新充電狀態(tài)并檢查電池狀態(tài)。

8）電量百分比計算：

根據(jù)當(dāng)前電壓M.vbat計算電池百分比。如果電壓在放電曲線數(shù)組的范圍內(nèi)，則返回相應(yīng)的電量百分比。

9）定期檢查電池狀態(tài)：

定期更新電池電量，讀取電壓并計算電量。如果電量低于 30%，且沒有插入電源的時間超過2分鐘，則調(diào)用關(guān)機函數(shù)。

10）長按電源鍵關(guān)機：

實現(xiàn)了長按電源鍵的關(guān)機邏輯，按下電源鍵3秒后進行關(guān)機，松開時取消關(guān)機。

2.3.2 總結(jié)說明

整體而言，該模塊負責(zé)監(jiān)控電池的電壓和充電狀態(tài)。它能夠定期更新電量百分比，并在必要時自動關(guān)機。此外，該模塊還允許用戶通過長按電源鍵來手動關(guān)機。其主要功能是確保設(shè)備在電量過低時保護系統(tǒng)不受損壞，同時提供充電狀態(tài)的實時反饋。

2.4 main.lua源碼文件

該文件中的代碼使用Lua語言編寫，主要用于管理和監(jiān)控設(shè)備的電源和電池狀態(tài)。

2.4.1 代碼解析

1）項目和版本信息：

這部分定義了項目名稱和版本，并記錄日志信息，便于后續(xù)的調(diào)試和維護。

2）庫的引入：

在這里引入了多個必要的庫文件，包括系統(tǒng)管理庫sys、電路板庫pcb、充電邏輯庫和電池管理庫。通過這些庫，程序可以實現(xiàn)對系統(tǒng)的控制和管理。

特別說明：
主要功能代碼已經(jīng)模塊化到batteryManage庫文件中。

3）開機防抖：

這部分代碼用于防止開機時的抖動，并點亮紅色指示燈，以表明設(shè)備正在啟動。

4）GPIO設(shè)置：

通過gpio.setup配置了兩個引腳：一個用于監(jiān)測充電狀態(tài)，另一個用于電源鍵的回調(diào)。

5）關(guān)機處理：

這段代碼訂閱了系統(tǒng)關(guān)機事件，當(dāng)設(shè)備接收到關(guān)機信號時，會調(diào)用pm.shutdown()函數(shù)進行安全關(guān)機。

6）啟動初始檢查：

在系統(tǒng)啟動時，首先進行一次電池充電狀態(tài)檢查，并設(shè)置一個定時器，每60秒更新一次電池電量信息。

7）日志輸出：

此段代碼設(shè)置了一個定時器，每隔5秒輸出一次當(dāng)前電池狀態(tài)的日志信息，包括電壓、電池電量及充電狀態(tài)，便于監(jiān)控和調(diào)試。

8）程序運行：

最后，sys.run()函數(shù)用于啟動系統(tǒng)的主循環(huán)，讓程序保持運行狀態(tài)。

2.4.2 總結(jié)說明

該代碼的主要功能是管理和監(jiān)控嵌入式設(shè)備的電源與電池狀態(tài)，具備開機防抖、充電狀態(tài)檢測、定時更新電池電量和記錄日志等功能。

2.5 完整源碼文件

此處只展示main.lua，其余完整代碼請下載源碼查看。

最新源碼下載：
https://gitee.com/openLuat/LuatOS-Air201/tree/master/demo/pm

2.6 運行結(jié)果展示

可通過LuaTools工具查看運行結(jié)果，如下圖所示：

3. 常見問題

設(shè)備無法開啟或頻繁自動關(guān)機

檢查電池電量是否低于安全工作水平，確保設(shè)備充電。如果電量很低，請連接電源并充電一段時間再嘗試開機。

電池電量顯示不準(zhǔn)確

確保電池電壓監(jiān)測模塊正常工作，檢查ADC通道是否正確配置。如有必要，重新校準(zhǔn)電池電量百分比計算的映射表。

充電狀態(tài)無法正確識別

檢查充電檢測的GPIO引腳連接是否正常，確認是否存在接觸不良或線路損壞的問題。此外，確保所用充電器和數(shù)據(jù)線與設(shè)備兼容。

系統(tǒng)在充電時無法正常運行

檢查是否有其他程序或任務(wù)占用過多資源，導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。可以考慮優(yōu)化系統(tǒng)任務(wù)的優(yōu)先級或關(guān)閉不必要的功能模塊。

長按電源鍵無反應(yīng)

確認電源鍵的GPIO引腳連接正常，確保其可被正常識別。如果仍然無效，請檢查相關(guān)代碼對電源鍵的事件處理是否正確。

設(shè)備發(fā)熱嚴重

設(shè)備發(fā)熱可能是由于充電速率過高或設(shè)備運行負載過重引起的。建議降低負載、優(yōu)化代碼，或調(diào)整充電策略。

無法更新固件或腳本

檢查USB連接是否正常，確保LuaTools工具正確識別設(shè)備。注意遵循燒錄步驟，并確保所用的固件版本與硬件兼容。

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審核編輯 黃宇