基于AVR的電源管理系統的設計

為了能實時監控無人機電源系統的狀態和提高無人機的安全可靠性，利用Atmega16l豐富的資源和接口，設計了一套無人機電源管理系統；該系統通過單片機采集供電電源和備用電源的電壓，依據這些數據以及地面站的控制命令，對兩組電源進行充放電管理；該系統采用了無線射頻模塊XT09-SI,利用其長距離特性及高級網絡安全等特點，將單片機采集到的電源信息發送給地面站，并接收地面監控平臺發送過來的充放電等控制命令。試驗結果聲明該系統能自主完成機載電源的充放電管理，快速準確的傳輸飛機的電源、控制等信息，能夠保障自主飛行時無人直升機的安全。

0引言

當今，由于在民用及國防等諸多范疇中的廣泛使用，空中機器人技術已經越來越被人們所重視，并吸引了各國專家學者的留意。小型旋翼機器人是以模型直升機為載體，裝備上傳感器單元，控制單元和伺服機構等裝置以實現自主飛行。而為了提高飛機的安全性，需要設計一套設備監測系統，實時的監測飛機的姿態信息，機載設備的狀況以及電源的情況等。

該平臺所使用的電源是兩節鋰離子電池串聯組成的電池包，利用鋰電池的充放電特性，設計了一套以mega16l為核心的充放電管理系統。鋰離子電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應、循環壽命高、高電壓電池和自放電率低等優勢，與鎳鎘電池、鎳氫電池不太一樣的是非得考慮充電、放電時的安全性，以戒備特性劣化。因此在系統運行過程中，為了保護鋰離子電池的安全，設計了一套欠壓保護電路，以戒備電源管理系統因過用而發生電池特性和耐久性特性劣化。

1電源管理系統總體框架

無人機電源管理系統是飛機實現自主飛行的緊要組成部分，其大致框架如圖1所示。在該系統中，利用AXI公司加工的2212/34型號發電機將動能轉換為220V交流電，再經過整流穩壓后輸出11.6V的直流電壓，可由該輸出電壓為兩節鋰離子電池充電。電源管理系統的控制器是mega161單片機，該控制器通過測試兩節鋰離子電池的電壓大小從而控制繼電器開關來對電池進行充放電管理。

圖1電源管理系統框架

控制器采集到電源系統中的信息后，通過無線傳輸設備將該數據實時傳輸給地面。地面監控平臺還可以發送一些指令給mega16l,通過控制繼電器開關來控制電池充放電，從而實現監測和控制飛機的目的。

機上電源模塊由兩節英特曼電池有限公司加工的鋰離子電池包成，電池包電量充分時電壓為8??4V.電池的荷電量與整個供電系統的可靠性密切相關，電池剩余電量越多，系統的可靠性越高，因此飛行時能實時獲得電池的剩余電量，這將大大提高飛機的可靠性。

2電源監控系統的實現

直升機能順利完成飛行任務，充分的電源供應不可或缺。

由鋰離子電池的特性可知，在過度放電的情況下，電解液因分析而導致電池特性劣化并造成充電次數降低。因此為了保護電池的安全，電源系統在給控制系統供電前要經過欠壓保護模塊和穩壓模塊。為了預測電源系統中剩余的電量，這里采用測試電源系統電壓的辦法，在測得系統的電源電壓后，查找由放電曲線建立的數據庫，就能估計出電源系統中所剩余的電量。

單片機所需要的電源電壓是2.7~5.5V,因此可為mega16l設計外部基準電壓為2.5V,該基準穩壓電路如圖2所示。所以系統要測試電池的電壓，需要將電池用電阻進行分壓且最大分得的電壓值不能超過2.5V.控制器測得的電壓值乘上電壓分壓縮小的倍數后，就能得到電源系統中的實時電壓。時刻監測鋰離子電池的用電情況，戒備電池過用現象出現，就能達到有效使用電池容量和延長壽命的目的。

圖2基準電壓電路

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