3、ADC采样与滤波：电池电压采样、充电电流采样、温度采样、软件滤波算法

好，咱们进入第三个核心环节。ADC采样与滤波。

说实话，在剃须刀这种小家电里，ADC采样看着简单，但坑特别多。我最早做一款便携式剃须刀时，就因为在采样上偷了懒，结果产品在低温环境下充电电压读数飘了0.3V，差点导致过充保护误触发。从那以后，我对采样和滤波就格外上心。

这一节，咱们把三个关键的采样对象——电池电压、充电电流、温度，以及配套的软件滤波算法，一次性讲透。

3.1 电池电压采样

电池电压是判断充电状态的核心依据。你想想看，如果电压都测不准，那后面的恒流、恒压、充满判断全是空中楼阁。

我一般用电阻分压的方式，把电池电压降到ADC的参考电压范围内。比如电池最高4.2V，ADC参考电压3.3V，那就用两个电阻分压，比例大概1.27:1。分压后，ADC输入端的电压范围就在0~3.3V之间。

这里有个细节：分压电阻的取值不能太大，也不能太小。太大，采样电流太小，容易受后级电路漏电流影响；太小，分压电阻本身会消耗电池能量。我个人习惯用100kΩ和47kΩ的组合，功耗和精度都能接受。

代码实现上，我通常这样写：

// 假设ADC为12位，参考电压3.3V
#define ADC_REF_VOLTAGE    3.3f
#define ADC_RESOLUTION     4096.0f
#define DIVIDER_RATIO      (100.0f + 47.0f) / 47.0f   // 分压比

float GetBatteryVoltage(uint16_t adc_value)
{
    float voltage_at_pin = (float)adc_value * ADC_REF_VOLTAGE / ADC_RESOLUTION;
    float battery_voltage = voltage_at_pin * DIVIDER_RATIO;
    return battery_voltage;
}

3.2 充电电流采样

充电电流的采样，通常用检流电阻加差分放大器的方式。检流电阻串联在充电回路里，电阻两端会产生一个微小的压降，这个压降经过放大后送入ADC。

我在项目中遇到过一个问题：检流电阻的功率选小了。刚开始用0805封装的0.1Ω电阻，充电电流1A时，功耗是0.1W，电阻烫得厉害，阻值漂移，电流读数也跟着飘。后来换成了2512封装的，才稳定下来。

嗯，这里要注意：检流电阻的布局要远离热源，尤其是MOS管和电感。否则温度变化会引起阻值变化，影响采样精度。

电流采样的代码逻辑：

// 假设放大器增益为50倍，检流电阻0.05Ω
#define SHUNT_RESISTOR      0.05f
#define AMP_GAIN            50.0f

float GetChargeCurrent(uint16_t adc_value)
{
    float voltage_at_pin = (float)adc_value * ADC_REF_VOLTAGE / ADC_RESOLUTION;
    float shunt_voltage = voltage_at_pin / AMP_GAIN;
    float current = shunt_voltage / SHUNT_RESISTOR;
    return current;
}

3.3 温度采样

温度采样，说白了就是用NTC热敏电阻。NTC的阻值随温度变化，通过一个固定电阻分压，ADC读到的电压就能反映温度。

我常用的NTC是10kΩ的，B值3950。分压电阻也用10kΩ，这样在25℃时，分压点正好是1.65V，处于ADC量程的中间，线性度最好。

温度计算不能直接用线性公式，得查表或者用Steinhart-Hart方程。我一般用查表法，把-10℃到60℃的温度-ADC值对应关系做成一个表格，运行时插值计算。这样速度快，精度也够。

温度查表代码示例：

// 温度-ADC值对应表（简化版）
const uint16_t temp_table[] = { 3800, 3600, 3400, 3100, 2800, 2500, 2200, 1900, 1600, 1300 };
const int8_t temp_value[]   = { -10,   0,   10,   20,   30,   40,   50,   60,   70,   80 };

int8_t GetTemperature(uint16_t adc_value)
{
    // 查表并线性插值
    for(int i = 0; i < 9; i++)
    {
        if(adc_value >= temp_table[i+1] && adc_value <= temp_table[i])
        {
            float ratio = (float)(adc_value - temp_table[i]) / (temp_table[i+1] - temp_table[i]);
            return temp_value[i] + (int8_t)(ratio * (temp_value[i+1] - temp_value[i]));
        }
    }
    return -99; // 超出范围
}

3.4 软件滤波算法

ADC采样值如果不做滤波，直接拿来用，你会被噪声搞疯的。尤其是充电电流采样，PWM开关噪声会叠加在信号上，读数跳来跳去。

我常用的滤波算法有三种，根据场景选：

滤波算法	适用场景	优点	缺点
中值滤波	温度采样	抗脉冲干扰强	响应慢
滑动平均滤波	电池电压采样	平滑效果好	有滞后
一阶低通滤波	充电电流采样	实现简单，实时性好	对高频噪声抑制有限

我个人最常用的是滑动平均滤波。取最近N次采样值，去掉最大值和最小值，然后求平均。这样既能滤除毛刺，又能保留真实变化趋势。

代码实现：

#define FILTER_LENGTH   8

uint16_t adc_buffer[FILTER_LENGTH];
uint8_t buffer_index = 0;

uint16_t MovingAverageFilter(uint16_t new_sample)
{
    uint32_t sum = 0;
    uint16_t min_val = 0xFFFF, max_val = 0;
    
    // 存入新数据
    adc_buffer[buffer_index] = new_sample;
    buffer_index = (buffer_index + 1) % FILTER_LENGTH;
    
    // 找最大最小值并求和
    for(int i = 0; i < FILTER_LENGTH; i++)
    {
        sum += adc_buffer[i];
        if(adc_buffer[i] < min_val) min_val = adc_buffer[i];
        if(adc_buffer[i] > max_val) max_val = adc_buffer[i];
    }
    
    // 去掉最大最小值后求平均
    sum = sum - min_val - max_val;
    return (uint16_t)(sum / (FILTER_LENGTH - 2));
}

最后说一句，滤波不是越强越好。滤波太狠，响应变慢，充电状态切换会滞后。我曾经把滤波窗口设到32点，结果充满判断延迟了2秒，电池都快过充了才切换。嗯，这个度要把握好。

好了，ADC采样与滤波就讲到这里。下一节咱们聊聊充电状态机的设计，那才是整个充电管理的灵魂。