為了能實(shí)時(shí)監(jiān)控?zé)o人機(jī)電源系統(tǒng)的狀態(tài)和提高無人機(jī)的安全可靠性，利用Atmega16l豐富的資源和接口，設(shè)計(jì)了一套無人機(jī)電源管理系統(tǒng)；該系統(tǒng)通過單片機(jī)采集供電電源和備用電源的電壓，根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及地面站的控制命令，對(duì)兩組電源進(jìn)行充放電管理；該系統(tǒng)采用了無線射頻模塊XT09-SI,利用其長(zhǎng)距離特性及高級(jí)網(wǎng)絡(luò)安全等特點(diǎn)，將單片機(jī)采集到的電源信息發(fā)送給地面站，并接收地面監(jiān)控平臺(tái)發(fā)送過來的充放電等控制命令。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該系統(tǒng)能自主完成機(jī)載電源的充放電管理，快速準(zhǔn)確的傳輸飛機(jī)的電源、控制等信息，能夠保障自主飛行時(shí)無人直升機(jī)的安全。

0引言

當(dāng)今，由于在民用及特種等諸多領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，空中機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)越來越被人們所重視，并吸引了各國(guó)專家學(xué)者的注意。小型旋翼機(jī)器人是以模型直升機(jī)為載體，裝備上傳感器單元，控制單元和伺服機(jī)構(gòu)等裝置以實(shí)現(xiàn)自主飛行。而為了提高飛機(jī)的安全性，需要設(shè)計(jì)一套設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)飛機(jī)的姿態(tài)信息，機(jī)載設(shè)備的狀況以及電源的情況等。

該平臺(tái)所使用的電源是兩節(jié)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(shè)計(jì)了一套以mega16l為核心的充放電管理系統(tǒng)。鋰電池具有體積小、能量密度高、無記憶效應(yīng)、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(tǒng)運(yùn)行過程中，為了保護(hù)鋰電池的安全，設(shè)計(jì)了一套欠壓保護(hù)電路，以防止電源管理系統(tǒng)因過用而發(fā)生電池特性和耐久性特性劣化。

1電源管理系統(tǒng)總體框架

無人機(jī)電源管理系統(tǒng)是飛機(jī)實(shí)現(xiàn)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(tǒng)中，利用AXI公司生產(chǎn)的2212/34型號(hào)發(fā)電機(jī)將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為220V交流電，再經(jīng)過整流穩(wěn)壓后輸出11.6V的直流電壓，可由該輸出電壓為兩節(jié)鋰電池充電。電源管理系統(tǒng)的控制器是mega161單片機(jī)，該控制器通過檢測(cè)兩節(jié)鋰電池的電壓大小從而控制繼電器開關(guān)來對(duì)電池進(jìn)行充放電管理。

圖1電源管理系統(tǒng)框架

控制器采集到電源系統(tǒng)中的信息后，通過無線傳輸設(shè)備將該數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸給地面。地面監(jiān)控平臺(tái)還可以發(fā)送一些指令給mega16l,通過控制繼電器開關(guān)來控制電池充放電，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)和控制飛機(jī)的目的。

機(jī)上電源模塊由兩節(jié)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(tǒng)的可靠性密切相關(guān)，電池剩余電量越多，系統(tǒng)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(jī)的可靠性。

2電源監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

直升機(jī)能順利完成飛行任務(wù)，充足的電源供應(yīng)不可或缺。

由鋰電池的特性可知，在過度放電的情況下，電解液因分解而導(dǎo)致電池特性劣化并造成充電次數(shù)降低。因此為了保護(hù)電池的安全，電源系統(tǒng)在給控制系統(tǒng)供電前要經(jīng)過欠壓保護(hù)模塊和穩(wěn)壓模塊。為了預(yù)測(cè)電源系統(tǒng)中剩余的電量，這里采用檢測(cè)電源系統(tǒng)電壓的方法，在測(cè)得系統(tǒng)的電源電壓后，查找由放電曲線建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，就能估計(jì)出電源系統(tǒng)中所剩余的電量。

單片機(jī)所需要的電源電壓是2.7~5.5V,因此可為mega16l設(shè)計(jì)外部基準(zhǔn)電壓為2.5V,該基準(zhǔn)穩(wěn)壓電路如圖2所示。所以系統(tǒng)要檢測(cè)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2.5V.控制器測(cè)得的電壓值乘上電壓分壓縮小的倍數(shù)后，就能得到電源系統(tǒng)中的實(shí)時(shí)電壓。時(shí)刻監(jiān)測(cè)鋰電池的用電情況，防止電池過用現(xiàn)象出現(xiàn)，就能達(dá)到有效使用電池容量和延長(zhǎng)壽命的目的。

圖2基準(zhǔn)電壓電路