基于AVR的电源管理系统的设计

R7 和C3 组成补偿网络， 保证充电器在恒流/ 恒压状态下稳定工作。若输入电源电压中断， 二极管D2 和运放LM358 中的PNP 输入级反向偏置， 从而使电池和充电电路隔离， 保证电池不会通过充电电路放电。当充电转入恒压充电状态时， 二极管D3 反向偏置， 因此运放中不会产生灌电流。

2.1.3 电源欠压保护

电源欠压保护由锂电池的电池放电特性易知， 当电池处于3.5V 时， 此时电池电量即将用完， 应及时给电池充电， 否则电池电压将急剧下降直至电池损坏。于是设计了一套欠压保护电路如图5 所示， 利用电阻分压所得和由TL431 设计的基准电压比较， 将比较结果送人LM324 放大电路进而触发由三极管构成的开关系统， 从而控制负载回路的通阻。试验证明， 当系统电压达到临界危险电压7V 时， 系统的输出电流仅为4mA, 从而防止了系统锂电池过度放电现象的产生。

图5 欠压保护电路

由于锂离子电池能量密度高， 因此难以确保电池的安全性。在过度充电状态下， 电池温度上升后能量将过剩， 于是电解液分解而产生气体， 因内压上升而发生自燃或破裂的危险；反之， 在过度放电状态下， 电解液因分解导致电池特性及耐久性劣化， 从而降低可充电次数。该充电电路和本管理系统能有效的防治锂电池的过充和过用， 从而确保了电池的安全， 提高锂电池的使用寿命。

2. 2 软件设计

电源管理系统的软件设计主要是meg a16l 通过其8 路10位ADC 端口来检测电池的电压状态， 根据不同的情况采取相应措施。一旦出现有电池低于7.0V 的情况， 单片机就将该电池切换到充电状态并保证至少有一组电池为负载供电， 且电池1 优先级别高于电池2.主要程序流程图如图6 所示， 程序处于一个无限循环， 单片机时刻监测两组电池的电压的状态并记忆当前的充电状态， 一旦放电的电池达到7V 以下， 单片机驱动继电器开关将充电回路切换到该电池并将另一组电池切换为负载回路的电源。

图6 AVR 主程序流程图

程序在运行的过程当中， 每隔1 秒定时器1 产生一次中断， 通过串口接收监控平台发来的指令信息并将飞机的两组电源的实时电压状况、继电器的状态等信息通过无线射频模块发送给地面站以便地面能实时了解到飞机的供电情况。

2. 3 上位机设计

2. 3.1 无线射频模块

电源管理系统的上位机硬件方面主要由无线射频模块、电平转换电路及PC 电脑组成， 大致框图如图1 所示。因射频模块将接收出来的数据是TTL 电平， 再通过max 232 电平转换将其变为RS232 电平传送给电脑， 从而实现飞机和地面的通信。

该系统之所以能实现远距离监测飞机， 主要依靠无线射频模块的远距离和高准确度等特性。其主要特点如下所示： （ 1）长距离特性： 室内/ 城市距离高达450 米； 室外可视范围： 带2.1dB 偶极天线高达11 公里， 带高增益天线可达32 公里； 接收器灵敏度为- 110dBm.（ 2） 高级网络和安全： 7 个跳频信道， 每个信道可获得65k 地址， 恢复和确认机制以保证可靠分组传输； 支持对等网络结构（ 没有主/ 从依赖关系） , 支持点对点、点对多和多点接入网络拓扑结构。

由此可知， XT end OEM 无线射频模块在低成本无线数据通讯解决方案中提供了最远的距离。该模块易于使用， 耗电低， 对设备间重要数据包提供了可靠的数据传送， 体积紧凑节省宝贵的电路板空间。图7 表示的是由XTend OEM 无线射频模块构成的主机间无线连接的系统框图。

图7 主机间无线连接的系统框图

2.3.2 地面监控平台

监控平台是整个设备监控系统的重要组成部分， 监控平台与控制程序之间要求具有双工通信的。一方面， 飞机平台上控制器将飞机的实时信息利用数传发到地面， 另一方面， 地面站将指令发给飞机以完成所需要的任务。

地面软件基于Microso ft 的VC+ + 6. 0 平台借助其提供的MFC 类库进行开发。具体的软件开发过程， 采用面向对象的设计方法， 使用C+ + 语言实现。每种功能模块， 对应一个类。这样， 使得最终的软件实现结构上清晰合理， 易于维护升级。该程序利用MFC 技术结合M SComm 控件， 使用C+ + 编写。程序功能包括： 手动设置串口参数， 串行接收数据和发送指令， 显示接收数据信息和保存接收数据等功能。

3 实验结果分析

控制器在得到电源电压、继电器状态、充放电情况等信息后， 将这些信息传给地面并保存到PC 机上面。图8 所示就是飞机在飞行时采集到的数据。

图8 电池1 充放电数据。

从图中可知， 首先电池1 作为负载给系统供电， 经过一段时间使用后由7.5V 降到7.0V, 此时单片机在检测到该电池电量不足后驱动继电器， 并将该电池切换到充电回路。经过10 分