手持式終端設備中電源監測技術(shù)研究與實(shí)現

0 引言

隨著(zhù)數字信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的高速發(fā)展，各種嵌人式系統已成為了市場(chǎng)的新焦點(diǎn)。鑒于嵌入式系統是對功能、可靠性、成本、體積和功耗等有嚴格要求的專(zhuān)用計算機系統，因此降低其系統功耗、提高內置電源持續工作的能力就成為一項重要的研究內容。

與筆記本電腦類(lèi)似，嵌入式系統通常配備一個(gè)由多只電池串聯(lián)組成的整體式電池包 .當經(jīng)過(guò)反復充電使用而其主要參數不再滿(mǎn)足整個(gè)系統要求時(shí)，必須更換整個(gè)電池包。一般說(shuō)來(lái)，由于電池包內部各個(gè)電池之間的電氣參數略有差異，很難使得每個(gè)單體都得到平衡、充分的放電，進(jìn)而導致在電池組充電的過(guò)程中，電壓過(guò)高的電池芯可能提早觸發(fā)電池組過(guò)充電保護，而在放電過(guò)程中電壓過(guò)低的電池芯又可能首先導致電池組的過(guò)放電保護，從而使電池組的整體容量明顯下降，使得整個(gè)電池組的實(shí)際容量常為電池組中性能最差的電池所限。

針對上述問(wèn)題，目前常用兩種解決方法：

①研究或選用新型電池，盡量減小個(gè)體差異并從整體上提高電池的額定容量，例如由最初的鎳鎘、鎳氫電池發(fā)展到現在主流的鋰電池;②提高電池芯的利用率，即利用監測技術(shù)探察每個(gè)電池芯的工作狀況。若有部分電池芯過(guò)早地放電結束或者出現問(wèn)題時(shí)，能夠自動(dòng)檢測并予以提示，此時(shí)只需進(jìn)行個(gè)別更換即可同樣保證系統正常工作。

對于普通用戶(hù)而言，難以直接涉足前者所屬的相關(guān)領(lǐng)域，而后者所述方式能夠較為方便、容易地得到實(shí)現。由此一來(lái)，可望較好地解決前述問(wèn)題，同時(shí)避免了電池組整體更換時(shí)其中的正常電池也連帶報廢的現象，進(jìn)而提高電池利用率。此外，尚可解決專(zhuān)用電池成本較高、購買(mǎi)不易的問(wèn)題，以便有效降低系統的維護成本。

1 監測系統工作原理與電路設計

結合一個(gè)具體的手持/嵌入式超級終端系統，文中對其內置電源的監測模式進(jìn)行了較為詳盡的研究。

因其使用通用的五號可充電電池，所以可按第二方法考慮解決電池的使用和更換問(wèn)題，進(jìn)而基于LinuX操作系統較好地實(shí)現了相應的電池管理與更換提示功能。

1.1 監測系統工作原理

本系統采用12節額定電壓為1.2V的鎳氫電池串聯(lián)供電，并通過(guò)專(zhuān)門(mén)設定的12個(gè)監測點(diǎn)逐一監測。

監測點(diǎn)上的模擬電壓值通過(guò)多路開(kāi)關(guān)和輔助電路輸入ARM芯片S3C2410x自帶的AD轉換器，再經(jīng)Linux(驅動(dòng)程序和GPIO端讀取相應監測點(diǎn)的電壓值，傳遞給數據處理和圖形顯示等應用程序，從而實(shí)現了電源的監測。具體方法如圖1所示。

圖1 電源監測系統電路圖

1.2 AD轉換與輔助電路

監測系統利用S3C2410x自帶的AD轉換器將模擬電壓輸入轉換為應用程序所需要的數據。芯片自帶AD轉換器為8路模擬輸入、10bit數字輸出，最大轉換率為500ksps,轉換時(shí)鐘為2.5MHz,模擬輸入范圍為0-3.3V.本系統所需要監測的電壓范圍為0~14。

4V,針對這種情況，本系統設汁了分壓電路，在應用程序中只需要利用比例公式就能計算出各個(gè)監測點(diǎn)的實(shí)際電壓值。并且，考慮到監測精確度和電路功耗的因素，把分壓電路的總電阻定為4.5kQ.這樣一來(lái)，對應的模擬輸人電壓值范圍為0.26-3.2V,以便充分利用的AD轉換器的輸入帶寬。此時(shí)電路的耗損功率僅為0.04608W。

1.3 控制電路

利用S3C2410x的GPIO端口控制選通多路門(mén)開(kāi)關(guān)電路，監測系統可以隨機地提取不同監測點(diǎn)的電壓值。選通邏輯通過(guò)譯碼實(shí)現，如表1所示。

表1 選通邏輯