基于AVR的电源管理系统的设计

为了能实时监控无人机电源系统的状态和提高无人机的安全可靠性，利用Atmega16l丰富的资源和接口，设计了一套无人机电源管理系统；该系统通过单片机采集供电电源和备用电源的电压，依据这些数据以及地面站的控制命令，对两组电源进行充放电管理；该系统采用了无线射频模块XT09-SI,利用其长距离特性及高级网络安全等特点，将单片机采集到的电源信息发送给地面站，并接收地面监控平台发送过来的充放电等控制命令。试验结果声明该系统能自主完成机载电源的充放电管理，快速准确的传输飞机的电源、控制等信息，能够保障自主飞行时无人直升机的安全。

0引言

当今，由于在民用及国防等诸多范畴中的广泛使用，空中机器人技术已经越来越被人们所重视，并吸引了各国专家学者的留意。小型旋翼机器人是以模型直升机为载体，装备上传感器单元，控制单元和伺服机构等装置以实现自主飞行。而为了提高飞机的安全性，需要设计一套设备监测系统，实时的监测飞机的姿态信息，机载设备的状况以及电源的情况等。

该平台所使用的电源是两节锂离子电池串联组成的电池包，利用锂电池的充放电特性，设计了一套以mega16l为核心的充放电管理系统。锂离子电池具有体积小、能量密度高、无记忆效应、循环寿命高、高电压电池和自放电率低等优势，与镍镉电池、镍氢电池不太一样的是非得考虑充电、放电时的安全性，以戒备特性劣化。因此在系统运行过程中，为了保护锂离子电池的安全，设计了一套欠压保护电路，以戒备电源管理系统因过用而发生电池特性和耐久性特性劣化。

1电源管理系统总体框架

无人机电源管理系统是飞机实现自主飞行的紧要组成部分，其大致框架如图1所示。在该系统中，利用AXI公司加工的2212/34型号发电机将动能转换为220V交流电，再经过整流稳压后输出11.6V的直流电压，可由该输出电压为两节锂离子电池充电。电源管理系统的控制器是mega161单片机，该控制器通过测试两节锂离子电池的电压大小从而控制继电器开关来对电池进行充放电管理。

图1电源管理系统框架

控制器采集到电源系统中的信息后，通过无线传输设备将该数据实时传输给地面。地面监控平台还可以发送一些指令给mega16l,通过控制继电器开关来控制电池充放电，从而实现监测和控制飞机的目的。

机上电源模块由两节英特曼电池有限公司加工的锂离子电池包成，电池包电量充分时电压为8??4V.电池的荷电量与整个供电系统的可靠性密切相关，电池剩余电量越多，系统的可靠性越高，因此飞行时能实时获得电池的剩余电量，这将大大提高飞机的可靠性。

2电源监控系统的实现

直升机能顺利完成飞行任务，充分的电源供应不可或缺。

由锂离子电池的特性可知，在过度放电的情况下，电解液因分析而导致电池特性劣化并造成充电次数降低。因此为了保护电池的安全，电源系统在给控制系统供电前要经过欠压保护模块和稳压模块。为了预测电源系统中剩余的电量，这里采用测试电源系统电压的办法，在测得系统的电源电压后，查找由放电曲线建立的数据库，就能估计出电源系统中所剩余的电量。

单片机所需要的电源电压是2.7~5.5V,因此可为mega16l设计外部基准电压为2.5V,该基准稳压电路如图2所示。所以系统要测试电池的电压，需要将电池用电阻进行分压且最大分得的电压值不能超过2.5V.控制器测得的电压值乘上电压分压缩小的倍数后，就能得到电源系统中的实时电压。时刻监测锂离子电池的用电情况，戒备电池过用现象出现，就能达到有效使用电池容量和延长寿命的目的。

图2基准电压电路

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