基于A(yíng)VR的電源管理系統的設計

0 引言

當今， 由于在民用及國防等諸多領(lǐng)域中的廣泛應用， 空中機器人技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越被人們所重視， 并吸引了各國專(zhuān)家學(xué)者的注意。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(shí)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(shí)時(shí)的監測飛機的姿態(tài)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電池串聯(lián)組成的電池組， 利用鋰離子電池的充放電特性， 設計了一套以mega16l 為核心的充放電管理系統。鋰電池具有體積小、能量密度高、無(wú)記憶效應、循環(huán)壽命高、高電壓電池和自放電率低等優(yōu)點(diǎn)， 與鎳鎘電池、鎳氫電池不太一樣的是必須考慮充電、放電時(shí)的安全性，以防止特性劣化。因此在系統運行過(guò)程中， 為了保護鋰電池的安全， 設計了一套欠壓保護電路， 以防止電源管理系統因過(guò)用而發(fā)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(wú)人機電源管理系統是飛機實(shí)現自主飛行的重要組成部分， 其大致框架如圖1 所示。在該系統中， 利用AXI 公司生產(chǎn)的2212/ 34 型號發(fā)電機將動(dòng)能轉換為220V 交流電， 再經(jīng)過(guò)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電池充電。電源管理系統的控制器是meg a161 單片機， 該控制器通過(guò)檢測兩節鋰電池的電壓大小從而控制繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)對電池進(jìn)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(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸設備將該數據實(shí)時(shí)傳輸給地面。地面監控平臺還可以發(fā)送一些指令給mega16l, 通過(guò)控制繼電器開(kāi)關(guān)來(lái)控制電池充放電， 從而實(shí)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生產(chǎn)的鋰電池組成， 電池組電量充足時(shí)電壓為8?? 4V.電池的荷電量與整個(gè)供電系統的可靠性密切相關(guān)， 電池剩余電量越多， 系統的可靠性越高， 因此飛行時(shí)能實(shí)時(shí)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(shí)現

直升機能順利完成飛行任務(wù)， 充足的電源供應不可或缺。

由鋰電池的特性可知， 在過(guò)度放電的情況下， 電解液因分解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(jīng)過(guò)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， 這里采用檢測電源系統電壓的方法， 在測得系統的電源電壓后， 查找由放電曲線(xiàn)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meg a16l 設計外部基準電壓為2.5V, 該基準穩壓電路如圖2所示。所以系統要檢測電池的電壓， 需要將電池用電阻進(jìn)行分壓且最大分得的電壓值不能超過(guò)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(shí)時(shí)電壓。時(shí)刻監測鋰電池的用電情況， 防止電池過(guò)用現象出現， 就能達到有效使用電池容量和延長(cháng)壽命的目的。

圖2 基準電壓電路

2.1 硬件設計

2.1.1 直流無(wú)刷電機電路

無(wú)刷直流電機是由電動(dòng)機主體和驅動(dòng)器組成， 是一種典型的機電一體化產(chǎn)品。直流無(wú)刷電機與一般直流電機具有相同的工作原理和應用特性， 而其組成是不一樣的， 除了電機本身外， 前者還多一個(gè)換向電路， 直流無(wú)刷電動(dòng)機的電機本身是機電能量轉換部分， 它除了電機電樞、永磁勵磁兩部分外， 還帶有傳感器。該發(fā)電機的部分AC-DC 電路如圖3 所示。

圖3 無(wú)刷電機AC-DC 電路