基于FireBeetle ESP32 C5 的电量检测

一. 概述
1.1 测试目的
本报告旨在评估ESP32-C5开发板电量检测功能，此次新出的扩展板自带锂电池接口，验证其在实际应用中的性能和可靠性。（由于本人没有适配扩展板接口的锂电池，只能适用锂电池加上充放电模块测试）

二.测试环境
​主控板: ESP32-C5开发板
​电池: 3.7V 300mA锂电池
​开发环境: Arduino IDE 2.0
​

三. 硬件配置分析
扩展板锂电池接口特性
根据扩展板设计文档，锂电池接口具备以下特性：

支持3.7V锂电池直接接入
集成充放电保护电路
电压检测分压比：2:1（实测确认）
检测引脚：GPIO33（ADC1_CH9）

硬件连接图：


四.代码编写

#include <Wire.h> // 包含Wire库用于I2C通信

// 配置参数
const int BATTERY_PIN = 33;       // 检测引脚
const float MAX_VOLTAGE = 4.2;    // 锂电池满电电压
const float MIN_VOLTAGE = 3.0;    // 锂电池最低电压
const float VOLTAGE_DIVIDER_RATIO = 2.0; // 分压电阻比例 (R1+R2)/R2
const int ADC_SAMPLES = 16;       // ADC采样次数

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin(); // 初始化I2C总线
  
  // 配置ADC
  analogReadResolution(12); // 设置12位ADC分辨率
  analogSetAttenuation(ADC_11db); // 设置11dB衰减 (0-3.9V范围)
}

float read_battery_voltage() {
  int raw = 0;
  for (int i = 0; i < ADC_SAMPLES; i++) {
    raw += analogRead(BATTERY_PIN);
    delay(1);
  }
  raw /= ADC_SAMPLES; // 计算平均值
  
  // 将ADC值转换为电压 (12位ADC，参考电压3.3V)
  float voltage = (raw * 3.3) / 4095.0; // 单位V
  return voltage * VOLTAGE_DIVIDER_RATIO; // 计算实际电池电压
}

int calculate_percentage(float voltage) {
  // 电压超出范围处理
  if (voltage >= MAX_VOLTAGE) return 100;
  if (voltage <= MIN_VOLTAGE) return 0;
  
  // 使用非线性曲线计算电量百分比（更准确）
  // 锂电池放电曲线不是线性的
  float percentage = 0;
  if (voltage > 3.9) {
    percentage = 100 - (4.2 - voltage) * 60;
  } else if (voltage > 3.7) {
    percentage = 60 - (3.9 - voltage) * 100;
  } else if (voltage > 3.5) {
    percentage = 40 - (3.7 - voltage) * 100;
  } else {
    percentage = 10 - (3.5 - voltage) * 20;
  }
  
  // 确保百分比在0-100范围内
  return constrain(percentage, 0, 100);
}

void loop() {
  float voltage = read_battery_voltage();
  int percentage = calculate_percentage(voltage);
  
  // 使用Wire库发送数据（可选）
  Wire.beginTransmission(0x08); // 假设I2C地址为0x08
  Wire.write((byte*)&percentage, sizeof(percentage));
  Wire.endTransmission();
  
  // 串口输出
  Serial.print("电池电压: ");
  Serial.print(voltage, 2);
  Serial.print("V, 电量: ");
  Serial.print(percentage);
  Serial.println("%");
  
  delay(2000); // 每2秒检测一次
}
复制代码

串口数据输出：


五. 问题与改进建议
发现的问题：
扩展板分压电阻精度为5%，影响检测精度
ADC参考电压随温度有轻微漂移
电量估算算法在3.7V平台区不够精确

改进建议：
使用1%精度的分压电阻
增加温度补偿算法
实现基于库仑计法的精确电量计算
添加电池老化补偿
六. 结论
ESP32-C5扩展板的锂电池电量检测功能整体表现良好，能够满足大多数物联网设备的电池监控需求。硬件设计合理，软件接口简单易用。通过本次测试验证，该方案具有以下优势：

​高可靠性: 测试期间无故障发生
​良好的精度: 满足日常应用需求
​低功耗: 适合电池供电设备
​易用性: 接口简单，便于二次开发