硬件编程 · 电池电量实时预测手表 · 2026-09-21

需求洞察

目标用户是极客、嵌入式学习者和喜欢 DIY 手表的人。真实痛点有三个：一是普通手表用电量百分比，本质是电压查表，负载一变就跳，低电量突然关机；二是充电决策靠猜，不知道还能撑几小时；三是想学 I2C、低功耗、传感器融合，却找不到小而完整的项目。MAX17048 自带 ModelGauge 算法，能给出较稳的 SOC 和 CRATE，用它做“实时预测”比电压法更有说服力。手表形态又逼着开发者考虑功耗、显示刷新和按键交互，学习密度高，成品也有日常佩戴价值，所以值得做。

方案设计

感知层：MAX17048 通过 I2C 读取电池电压、SOC、CRATE、温度。CRATE 表示当前充放电速率，单位 %/h，用它算剩余时间最直接。控制层：ESP32-S3 每 2 秒采样一次，对 CRATE 做滑动平均，抑制负载突变造成的抖动；再用 SOC 除以平均放电速率，得到剩余小时数。执行层：OLED 显示电量、电压、剩余时间；两个按键分别切换页面和强制刷新。日志/联网层：串口打印 CSV，方便校准；可选 Wi-Fi 或 BLE 把数据发到手机，做趋势记录。低功耗上，屏幕常亮时用 20 秒自动熄屏，主控进入轻睡眠，按键中断唤醒。

物料清单

接线与结构

I2C 保留给定引脚：SDA=GPIO8，SCL=GPIO9，MAX17048 与 OLED 共用总线。MAX17048 默认地址 0x36，OLED 常用 0x3C，不冲突。按键原定 GPIO3/GPIO4，但 GPIO3 是 ESP32-S3 的启动模式 strapping 脚，上电被拉低可能进入下载模式，因此微调为 GPIO4 和 GPIO5，分别接按键一端，另一端接地，内部上拉。若坚持用 GPIO3，需加 RC 延迟并在上电时避免按下。MAX17048 的 BAT 接电池正极，GND 共地，VCC 接 3.3V；ALRT 可接 GPIO6 做低电量中断。结构上，OLED 开窗粘在表壳正面，按键放在右侧，电池和充电板叠在底层，用海绵双面胶固定。

核心代码

以下为 Arduino 骨架，需安装 Adafruit MAX17048 与 U8g2 库。

#include <Wire.h>
#include <Adafruit_MAX17048.h>
#include <U8g2lib.h>

Adafruit_MAX17048 maxl;
const int KEY_NEXT = 4, KEY_RATE = 5;
float rateBuf[8]; int idx = 0; bool showRate = false;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  Wire.begin(8, 9);
  oled.begin();
  if (!maxl.begin()) { Serial.println("MAX17048 not found"); while (1); }
}

float avgRate() {
  float s = 0; for (int i = 0; i < 8; i++) s += rateBuf[i];
  return s / 8.0;
}

void loop() {
  float soc = maxl.cellPercent();
  float v = maxl.cellVoltage();
  float rate = maxl.chargeRate();
  rateBuf[idx++ % 8] = rate;
  float ar = avgRate();
  float hours = (ar < -0.01) ? soc / -ar : 99.0;

  if (!digitalRead(KEY_NEXT)) { showRate = !showRate; delay(200); }
  if (!digitalRead(KEY_RATE)) { /* 强制刷新 */ delay(200); }

  oled.clearBuffer();
  oled.drawStr(0, 12, showRate ? "Rate page" : "Battery watch");
  oled.setCursor(0, 30); oled.print(soc, 1); oled.print(" %");
  oled.setCursor(0, 58);
  if (hours < 99) { oled.print(hours, 1); oled.print(" h left"); }
  else oled.print("charging / idle");
  oled.sendBuffer();
  delay(2000);
}