電源電圧の検出（ADC入力）

ロボットは電池で動作します。電源電圧を ADCで測定して監視することにより安全・安定した動作を行います。

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電池の容量を知る

電圧による電池の状態は以下のとおりです。これは電池ひとつあたりの電圧です。4本を直列に接続していますので電源電圧の測定では以下の電圧の 4倍になります。（ 括弧内の電圧 ）

• 1.4V ～ 1.45V：　フル充電状態（ 5.6 ～ 5.8V ）
• 1.2V：　通常の放電状態（ 4.8V ）
• 1.0V以下：　再充電が必要（ 4.0V ）＜ この電圧になったら動作を停止
• 0.8V以下：　過放電状態（ 3.2V ）

電圧測定は放電中に行うと正確な状態で測定できます。電池を放置した場合電圧が回復することがあるため、負荷をかけた状態で測定することが望ましいです。

ESP32 内蔵の ADC

　ESP32 に内蔵している ADCの特徴は以下のとおりです。

• 測定可能な電圧範囲：　0 ～ 3.3V
• 分解能：　12bit　（ 9bit, 10bit, 11bit, 12bit を設定により変更可能 ）
• アッテネーション機能： 0dB, 2.5dB, 6dB, 11dB に設定可能
• 2系統：　ADC1、ADC2（ ADC2は Wi-Fi有効時に使用不可 ）
• ESP32 の ADCは精度、直線性が良くない。（ 特に 3.3V近くの電圧では顕著 ）

ESP32の ADCは低い精度な傾向があり、外部ノイズや電源の変動、リニアリティ（直線性）の問題でキャリブレーションが必要な場合があります。アッテネーション機能と測定できる電圧入力は以下のとおりです。

• 0dB：　0V〜1.1V（デフォルト）
• 2.5dB：　0V〜1.5V
• 6dB：　0V〜2.2V
• 11dB：　0V〜3.9V（ 測定可能範囲から実際は 3.3Vが上限 ）

分解能が 12bit は測定データとして、0 ～ 4095 になります。3.3Vを基準電圧とすると 1ステップあたりの電圧は 0.8mVになります。これらから、正確に測定できる電圧は「 電源電圧 3.3V、11dB減衰で 150 ～ 2,450mV の範囲 」となります。

STM32 内蔵の ADC

　Leafony の STM32 Leafに搭載している STM32L4シリーズに内蔵している ADCの特徴は以下のとおりです。

• 測定可能な電圧範囲：　0 ～ 3.3V（ STM32 の外部リファレンス電圧ピン / Leafony Bus の F4 AVREF ）
• 分解能：　16bit　（ 16bit, 14bit, 12bit, 8bit, を設定により変更可能 ）
• 低電力消費：　低電力モードでも動作可能で、スリープモードにも対応しています。
• サンプリング時間：　各チャネルごとに設定できます。
• キャリブレーション機能：　オフセットエラーやゲインエラーを補正することができます。
• ハードウェアオーバーサンプリング：　ハードウエアで対応可能です。

詳細な機能を使用する場合は、STMicroelectronics社の STM32開発環境の HALライブラリ等を使用します。
分解能が 12bit は測定データとして、0 ～ 4095 になります。基準電圧（ AVREF ）を+3.3Vとすると 1ステップあたりの電圧は 0.8mVになります。これらから、測定できる電圧は「 基準電圧 3.3V、0 ～ 6.6V の範囲 」となります。

回 路

電源検出回路は以下のとおりです。

参考情報

参考になる情報は以下のとおりです。

このホームページ内

• 複数のMCUをつなぐ：　このロボットには複数の MCUが搭載されています。その MCU間の接続の概要です。

他のWebサイト

• SN74LVC1G3157 SPDT アナログスイッチ Datasheet