[第五課] 休眠設定與鋰電池低效偵測 (ADC)

『走得多慢都無所謂，只要你不停下腳步。』It does not matter how slowly you go so long as you do not stop. ~Andy Warhol

嵌入式系統的設計，如果考慮也可以使用鋰電池來供電，就必須解決充電的問題；要判斷何時該充電了，就必須要知道何時電池電量已所剩不多。由於現在普遍使用雙電源供電切換；除電池迴路之外，也提供USB電源(DC +5V)作為充電與程式編譯之用。所以這樣的供電迴路，還需要加上一組變壓與穩壓器(LDO)，提供一路主要的3.3V電源。又因考慮採用鋰電池電源，在充飽後的電壓是4.12V~3.7V，如果切換至電池供電時，通常還會有一路升壓器迴路，提供5V的電源。

在NFC ACCP內部各個組件中，除了 NFC ReWriter 模組使用5V之外，其餘都可以使用3.3V的電源；而為了避免喇叭出現電源轉換時的嗡嗡聲，MP3的播放模組則直接由電池來供電。也正因為這樣的考量，如果沒有先開啟電源開關，就先直接插上USB電源，很有可能會造成MP3的播放模組沒有正常工作；在系統開機測試時，造成無法正確連接的錯誤。

通常會插上USB連接線，一則是為了電池充電；再則是要對主控進行編譯上傳程式。不論是何者，請記得，務必先將電源開關先開啟到ON，然後再接上USB連接線。

由於系統的主控是使用3.3V的電源，對電池電壓的量測，如果不做處理時，當電池掉至3.4V以下時，對系統的3.3V LDO就會開始有電源轉換不穩定的問題；可是此時主控卻還以為電池『滿滿』。所以必須加上一個330K/1.2M Ohm的分壓電路輸入至  A0  進行 ADC 監控，讓電池的量測範圍可以落在0~3.3V之間；意即量測到3.3V就相當電池的電壓在4.12V以上，就表示充飽了。

float voltage = (sensorValue * (4.3 / 1023.0)) * 0.969543;
battLife = (voltage - 3.4) * 100 / (4.12-3.4);

以上是得到電池電壓偵測取樣數值，換算回實際的電壓值的算式。而其中 0.969543 是為了校正取樣誤差加上去的。剛才說過以電池電量可穩定供電的區間是 4.12-3.4V ，所以將其電量的百分比以 battLife 來定義：在 lowPowerHandler() 中，分兩階段來作為電池低效的通知，分別是 LOW_VOLTAGE_THRESHOLD1 30 與 LOW_VOLTAGE_THRESHOLD2 10 ，意即當電量小於30%時，會開始啟動提醒的聲響，同時減緩NFC感應掃描的週期、並將電池檢查的時間從原先20秒縮短為5秒；而當電量小於10%時，會啟動第二階段保護措施，即將讓ACCP立即進入休眠狀態(SLEEP)。

if (battLife <= LOW_VOLTAGE_THRESHOLD2) {

        alarmBeep(BUZZER,1000);

        delay(1000);

        ss = "STOP! BATT is LOW!";

        draw(LLB, 0xFF);

        delay(5000);

        sleepTimer = 99;

        return;

} else if (battLife <= LOW_VOLTAGE_THRESHOLD1) {

        alarmBeep(BUZZER,500);

        delay(500);

        ss = "Recharge! BATT<30%";

        draw(LLB, 0xFF);

        delay(2000);

        sysDelay = 20000;

        BATT_CHK_TIME = 5000;

        return;

}

BATT_CHK_TIME = 20000;

如果你細心的觀察，會發現每20秒一次的電池電量偵測，螢幕上顯示出來的電量百分比，可能會有上下跳動的狀況，而不是合理的持續遞減；這是因為MP3播放模組是ACCP裡最吃電的模組，會因為音樂播放時的動態、音量的大小而起伏不定；又因為是由電池直接供電，電池內部也有其電壓恢復時間的延遲，所以你看到電量百分比才會跳動。

而先前所提到節電的休眠措施，在作法上是讓所有的模組都能進入SLEEP狀態，但可惜不是每個模組都會有提供自身的休眠指令，能夠達到真正的零耗電；而且目前的電源開關是機械式的，當系統要進入SLEEP狀態時，並無法真正能將其切換到OFF的位置，除非你手動介入！

也就是說，這裡提到的休眠措施是指：

• 停止NFC感應與掃描，並設定進入 standby/powerdown；
• 切斷與USB連線；
• 關閉螢幕顯示(黑畫面)；
• 停止MP3播放，並設定進入 .sleep()；
• 主控進入SLEEP狀態，不再工作。

case SLEEP: { //enter sleep state

      st = "SLEEP NOW";

      ss = "after 2 sec..";

      draw(TIME, 0xFF);

      delay(2000);

      rwdIdle();

      rfOff();

      RE31_SPI.writeReg(CONTROL_REG, 0x3f);

      USBDevice.detach();

      st = ""; ss = "";

      draw(SLEEP, 0xF0);

      digitalWrite(LED_R, HIGH);

      digitalWrite(LED_G, HIGH);

      digitalWrite(LED_B, HIGH);

      delay(100);

      myDFPlayer.pause();

      myDFPlayer.sleep();

      delay(1000);

      //digitalWrite(SYS_EN, LOW);

      // Enter standby mode

      LowPower.standby();

      break;  

    }

 進入休眠狀態後，你會發現XIAO主控綠燈亮起；因為電源開關還是在ON的位置，仍有一些『夜未眠』的模組：包括LDO、升壓、MP3播放器裡的功放等 (至多還有5mA的耗電，應該足夠放8小時等你睡醒時，來關上電源或充電吧！？)。

最後，要提一下 NFC ACCP CONFIG 的休眠設定，如下圖。請複習一下 [第四課] 的設定方式。當你想要ACCP來伴眠或者是當作工作時的背景音樂時，啟動休眠計時設定，不失為一個貼心的裝置。