无人机锂电池的电量监测系统设计

无人机锂电池的电量监测系统设计本篇主要讨论的是无人机的电量显示问题，但是往往每个无人机的电池型号和电池容量都不一样，那么为了防止无人机飞远了回不来的情况，为了合理地安排无人机飞行的时间，那么我们必须要让无人机能够精确的显示电量，能够更好地让我们判断电池容量和续航能力。因此，与一些新能源的电能交换和新能源的持续使用已成为长期的挑战。本设计使用稳压器LM7805。LM7805的输出端口可用于单芯片和其他芯片，因此可以输出稳定的5V电压。然后，它可以用作下一个电源电压转换电路。其次，DC/DC转换器通过控制关断时间的占空比来调节输出电压，同时考虑到电池燃料监控过程的电压要求不同，并且不可能实现简单而稳定的DC输出，建议使用该电路。SCM是控制中心，控制信号生成电路由无人机锂电池电力监视处理的外部状态生成，外部电源监控电压比较信号和无人机锂电池电源监控电流以及理想的电源监控过程，占空比调整，为此，设计了一个带有电压和电流检测电路的微控制器，该设计设置在显示模块和指示器上，以使用户更容易了解系统状态。背景在相应的发电系统中，使用智能控制方法控制系统是一个很好的决定。从历史的角度来看，电能历史悠久，他是非常古老的能源。它也是一种安全，清洁，廉价且无污染的绿色能源［1］。从过去的发展到今天，电能也是许多新能源之一，并且正受到人们越来越多的关注。但是，鉴于目前的情况，由于中国传统的能源数量，这种情况正在逐渐减少，如果不能有效地管理和系统地解决目前的情况，最终结果就是中国的能源危机将极为困难，也将是一个非常严重的情况。另外，当前的电热水器对于许多人来说太昂贵了，并且当实际使用燃气热水器时，还有一些主要的开发特性是不安全的。然后，最终从燃气热水器释放的二氧化碳气体直接释放到大气中，北方使用煤气释放热量，最终导致整个城市的环境污染，基于这些现实原因和综合背景发展趋势，电热水器逐渐受到公众的关注，并在广泛的使用。意义近年来，随着多旋翼无人机相关技术的不断成熟，这种结构简单、成本低廉，操控方便的民用飞行器，越来越受到青睐，其在航拍、救灾、农业、侦查、环境监测等领域的应用越来越多［2］。小型化多旋翼无人机普遍采用新型锂聚合物电池提供动力，因其具有比能量高［3］、小型化、超薄化、轻量化，及高安全性和低成本等优点。而目前很多半自主控制的无人机控制系统都是根据电池电压来估计动力电池剩余电量，但是锂聚合物电池的剩余电量还与电池温度、充放电倍率、电池老化、自放电等因素有关。如何有效，快速，安全地控制无人机锂电池的充放电一直是人们关注的问题。锂电池从一开始到现在已有100多年的历史，但是由于技术条件的限制，许多当前的电气监控仍然使用传统的监控方法，在使用这些常规功率监视方法的过程中，铅酸锂电池大多存在着的过量电量监测和析气等现象［4］。锂电池寿命将在一定由于常规的锂电池功率监视结构简单并且功率监视控制是模拟控制，因此仅存在一种功率监视方法，并且不能根据锂电池的充电状态来调整功率监视方法。另外，诸如对锂电池功率监视过程的监视和保护之类的功能无法满足对锂电池功率监视进行无人值守监视的要求［5］。程度上缩短，用户将遭受一定的经济损失［6］。近年来，日益完善和成熟的数字信号处理技术不断提高了微控制器的成本效益，并且锂电池的电源监视控制也已从模拟控制转变为数字控制，该数字控制锂电池功率监视系统可以实现多种复杂的功率监视控制方法，监视和显示锂电池功率监视过程，提高了系统的灵活性，并减小了系统尺寸，通过更有效的电源监控来延长锂电池寿命［7］。尽管锂电池的管理和维护对于锂电池用户至关重要，但高效且无害的电源监控设备对于提高锂电池的使用效率和延长其寿命至关重要。因此，能够提高能源利用效率，加快功率监测且不影响铅酸蓄电池使用寿命的新型高效，快速的无损功率监测技术，在现代电力电子技术中受到了广泛的关注的研究方向［8］。随着锂电池在新能源开发中的广泛应用，提出了对锂电池功率监测方法和功率监测装置的新要求，并且正在进行快速，高效和安全的锂电池功率监测系统的研究和设计是非常重要的任务［9］。从两个方面考虑了对锂电池功率监视的改进，一个是用于监视锂电池的功率的方法，第二是用于监视锂电池的功率的设备。随着电力电子技术，微电子技术，计算机技术和自动控制技术的发展，对锂电池电力监测控制方法和电力监测装置的研究越来越广泛，对汽车等新兴绿色环保产业的发展非常重要［10］。研究现状由于电能对环境相对安全，并且电能不能被耗尽，因此自诞生之日起便迅速普及。同时，电能产生可以细分为以下形式：第一个是光感应，第二个是光生物，第三个是太阳能发电［11］。在这方面，太阳能是增长最快，最受欢迎的方法之一。基本上，太阳能电池板用于完全吸收太阳发出的辐射能，但是由于这种类型的电池板实际上是半导体材料，因此可以用于发电。此方法还具有以下优点：它非常环保，并且永远不会成为少量污染物，因此可以不断开发。它可以建在所有开放空间中，并且高度灵活。可以连接到电网，也可以单独运行［12］。超高质量，可以为您带来非常可靠的电源。施工非常方便，可以在施工期间前后形成负荷，从而增加了电网的传输功率［13］。无人机锂电池的电量监测系统设计发电效率与太阳能发电有密切的关系，并不影响发电规模［14］。无需在所有光线充足的地方使用运输工具。锂离子电池很少发生结晶反应，但是这种反应是产生记忆效应的原理。然而，在多次充电和放电之后，锂离子电池的性能将继续恶化，其原因非常复杂。最重要的是改变阳极和阴极材料，从分子的角度来看，可以容纳锂离子的正负孔塌陷，影响电流的充放电；从化学角度来看，正极和负极材料的钝化会产生一些稳定的化合物，这也会影响性能。从物理角度看，由于在充电和放电过程中不可避免的摩擦和碰撞，外部材料可能会缓慢排出或掉落［15］。所有这三个原因导致锂离子电池在充电和放电过程中参与传导的锂离子的损失［16］。过度的充电和放电可能会损坏电池或缩短其寿命，当过度放电时，阴极碳可能会释放出过多的锂离子，从而导致片状结构塌陷，由于过度的功率监控，太多的锂离子被迫流向阴极，碳结构使某些锂离子不再释放，这就是为什么锂离子电池通常配备用于充电和放电的控制电路的原因［17］。锂离子电池通常具有管理芯片和电源监视控制芯片。其中，管理芯片具有一系列寄存器，用于存储容量，温度，ID，功率监视状态和放电计数等值。该值的使用将逐渐改变。功率监视控制芯片用于控制电池的功率监视过程。监视锂离子电池电量的过程分为两个阶段：恒定电流快速充电阶段（电池指示器为黄色时）和恒定电压和电流减小阶段（电池指示器呈绿色闪烁）［18］。开始燃料监控时，电池电压会以较大的斜率上升，并且达到电池的标准电压时，然后，在控制芯片的控制下，其变为恒定电压监视状态，并且在此过程中，电压几乎不变，并且电流逐渐减小，如果电气监控电流几乎降至零，则可以认为电气监控已停止，因为电池已满。功率统计芯片可以通过记录放电曲线（电压，电流，时间）来记录并计算电池电量。但是，多次使用锂离子电池后，放电曲线会发生变化，如果芯片没有机会再次读取完整的放电曲线，则计算出的电量将不正确。因此，要校准电池芯片，必须对其进行严格充电和放电。无人机锂电池的电量监测系统设计锂离子电池的缺点是对电源监控有严格的要求，并需要保护电路。锂离子电池所需的功率监控方法是恒流恒压方法，为了有效利用电池容量，必须在全电压下监视锂离子电池的电源，但是过电压监视会损坏电池，从而提高了控制精度。另外，对于低压电池，需要对电池进行预充电，因此最好使用热保护和时间保护来进一步保护电池。可以看出，实现安全，高效的电源监控已成为锂离子电池推广应用的瓶颈。［19］。锂电池功率监控技术始于二次电池的诞生，与锂电池的开发和应用密切相关。法国物理学家普兰特（Plante）首次发明了第一种燃料气体监测技术，于1859年发明了锂铅酸电池。当时，他使用了一次电池燃料气体监测。电化学处理和电极板表面制造中的困难没有实际应用［20］。1882年，Sialon使用铅-锑合金建造了电网，从而提高了电网的机械强度，并开始使用发动机驱动直流发电机作为电源进行功率监控，从那时起，铅酸电池具有实用价值。随着变压器技术和整流技术的发展，自1914年开始使用交流电源。变压器转换和用锂电池电源整流后，由变压器监视交流电源［21］。自1950年代以来，现有的电气监控技术在使用过程中逐渐显示出缺点，并且一些国外实验室已开始研究锂铅电池的快速电气监控。总结了铅酸电池快速充电监测理论的研究。自1970年代初以来，中国对锂电池功率监测技术进行了研究并取得了一些进展，但发展缓慢。通过国内外现有的电监控技术，总结了锂铅酸电池电监控过程中各种电监控方法的优缺点，开发更智能的锂铅电池监视电池至关重要。然而，由于当前的功率监视设备不具有智能功能，因此仍然难以采用更加智能的功率监视方法［22］。由于上面介绍的电能的各种优点，许多国家正在尝试开发太阳能技术，并且它在许多地方变得越来越流行，甚至相关技术也取得了长足的进步。根据长期发展计划，分布式发电可能成为未来光伏电力在电力市场蓬勃发展的关键机制，而那些常见的能源将被淘汰。结合现阶段的实际情况，太阳能技术已逐渐成为对传统发电技术的有力保障，特别是在信号电源较差或相对较远的情况下，可以使用太阳能完全保证正常的使用寿命。它还对环境保护和相关能源战略储备有积极影响。概述无人机锂电池电量监测理论基础如图2.1所示，该电路主要由无人机锂电池保护，充放电控制MOSFET1（带有两个N沟道MOSFET）以及用于其他组件的特殊集成电路DW01组

成，单个无人机锂电池连接到B+和B.-电池组在P+和P-处输出电压。在电源

监测期间，电源监视的输出电压连接在P+和P-之间，电流从P+流到单个电

池上的B+和B-，然后将电源监视控制MOSFET连接到P-。在电源监视过程

中，当单个电池的电压超过4.35V时，专用集成电路DW01的OC引脚输出信

号将关闭电源监视控制MOSFET，并且无人机锂电池会立即停止电源监视以防

止无人机锂电池过度充电监控会损坏电池。在放电期间，当单节电池的电压下

降到2.30V时，DW01OD引脚的输出信号将关闭放电控制MOSFET，并且无

人机锂电池会立即停止放电，以防止由于过放电而损坏无人机锂电池。在1960年中期，美国科学家马斯（Maas）对开放式锂电池的功率监控过程进行了许多实验研究，并提出了假设最低气体输出速率的锂电池功率监控曲线，如图2.2所示。根据实验，如果电气监控电流根据该曲线变化，则电气监控时间可以大大缩短，并且不会影响电池容量和寿命。原则上，该曲线称为最佳功率监控曲线，为快速功率监控方法的研究提供了方向。您可以在图2.2中看到它。初始功率监视电流很大，但是很快就减小了。主要原因是功率监控过程中的极化。在密闭型锂电池的功率监控过程中，内部会产生氧气和氢气，如果氧气不能及时吸收，则会积聚在正极板上（正极板产生氧气），从而增加电池的内部压力并收缩，同时提高电池温度。正极板的面积表示内部电阻的增加，并且发生所谓的极化现象。PbO+Pb+2HSO。2PbSO+2HO （2-1）显然，电监控过程和放电过程是彼此相反的反应。可逆过程是热力学平衡过程，为了始终保持电池处于平衡状态，必须使通过电池的电流尽可能小。理想条件是施加的电压等于电池本身的电动势。但是，实际上表明，在监视锂电池时，由于电极材料和溶液浓度等各种因素的不同，施加的电压必须增加到一定值，该值在一定程度上超过锂电池的平衡电动势值。在化学反应中，电动超过热力学平衡值的这种现象是极化现象。一般而言，存在极化的三个原因如下：在欧姆极化电监控过程中，正离子和负离子会移动到两个极。在离子迁移过程中，不可避免地会产生一定的电阻，称为欧姆内阻。为了克服该内部电阻，必须施加额外的电压以克服该电阻并施加电压以促进离子迁移。该电压被热传递到环境中，并且发生所谓的欧姆极化。随着电监控电流迅速增加，欧姆极化将在电监控过程中引起锂电池的高温。当浓度极化电流流过锂电池时，为了维持正常的反应，最理想的情况是可以及时补充电极表面上的反应物，并且可以及时保留产物。实际上，产物和反应物的扩散速率远低于化学反应的扩散速率，从而导致电极板附近的电解质溶液的浓度改变。即，从电极表面到中间溶液的电解质浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。c）电化学极化这种极化是由电极上的电化学反应速率引起的，该速率小于电极上电子的移动速率。例如，在电池的负极放电之前，电极的表面带负电，其附近的溶液带正电，并且两者处于平衡状态。放电后，电子立即释放到外部电路。电极表面的负电荷减少，金属溶解的氧化反应缓慢进行至Me-eMe+，无法及时补偿电量以监测电极表面电子的减少，并且电极表面的电荷状态发生变化。这种减少的表面负电荷状态促使电子离开金属中的电极，金属离子M+转移到溶液中，并加速了Me-eMe+反应。总会有片刻时间达到新的动态平衡。但是，与放电前相比，电极表面的负电荷减少，相应的电极电位变为正。换句话说，电化学极化电压高，严重干扰了正常的电监测电流。类似地，当电池的正电极放电时，电极表面上的正电荷数减少并且电极电势变为负。随着功率监控电流的增加，所有这三种极化都很严重。无人机锂电池大功率电池系统方法研究快速电源监控技术为了最大化锂电池的化学反应速率并缩短锂电池达到完全充电状态的时间，同时，锂电池的正极和负极极板的极化应尽可能小或尽可能轻，以提高锂电池的效率。近年来，快速功率监控技术发展迅速。下面介绍广泛使用的快速功率监控方法。这些方法是围绕最佳功率监视曲线设计的，目的是使功率监视曲线尽可能接近最佳功率监视曲线。（1）脉冲电监控方法这种燃料监测方法不仅遵循锂电池独特的燃料监测接受率，而且可以提高锂电池的接受监测能力，从而突破了锂电池指标燃料监测的接受曲线极限，这也是锂电池燃料监控理论的新发展。脉冲功率监视方法是首先使用脉冲电流监视电池功率，然后在一段时间内停止对电池充电，如图2.3所示。能量监视脉冲将满功率充满锂电池，间歇时间使锂电池的化学反应产生的氧气和氢气有时间重新结合和吸收，从而自然消除了浓差极化和欧姆极化以去除锂。降低了电池的内部压力，这使得下一轮恒功率监控更加顺畅，并且锂电池可以吸收更多的功率。间歇脉冲使锂电池具足够的反应时间，减少了产生的气体量，并提高了锂电池电监控的电流接受率。（2） 反射式快速功率监测方法该技术已在美国获得专利，主要适用于镍镉电池。采用新型的电量监测方法解决了镍镉电池的记忆效应，大大减少了锂电池快速电量监测的时间。铅酸电池的充电监视方法和充电状态监视的检测方法与镍镉电池不同，但是可以相互学习。如图2.4所示，反射功率监视方法的一个工作周期包括正向功率监视脉冲，反向瞬时放电脉冲，停止充电和三相维护。（3） 可变电流间歇功率监测方法这种电气监视方法基于恒定电流电气监视和脉冲电气监视，如图2.5所示。其特征在于将恒定电流功率监视部分改变为电压限制可变电流间歇功率监视部分。在功率监测的初始阶段，采用可变电流间歇功率监测方法，以确保增加功率监测电流以获得最大的功率监测。在功率监控的后期，采用恒压功率监控部分获取过压监控量，将电池恢复到满功率监控状态。通过间歇充电，锂电池化学反应产生的氧气和氢气有时间重新结合和吸收，因此自然消除了浓差极化和欧姆极化，从而降低了锂电池的内部压力。整个过程中的恒流功率监控可以更加顺畅地进行，从而可以吸收大量功率。d）可变电压间歇功率监测方法基于可变电流间歇功率监视方法，有人提出了一种可变电压间歇功率监视方法，如图2.5所示。与可变电流间歇功率监视方法的区别在于，第一步是间歇恒定电压，而不是间歇恒定电流。比较图2.4和图2.5,可以看到图2.6与最佳电气监控的电气监控曲线更加一致。在每个恒定电压功率监视步骤中，由于它是恒定电压监视，所以功率监视电流根据指数方法自然下降，这与电池电流接受率随着功率监视的进行而逐渐降低的特性一致。（4）可变电压和电流波间歇性正负零脉冲快速功率监测法结合脉冲功率监测方法，反射式快速功率监测方法，可变电流间歇功率监测方法和可变电压间歇功率监测方法的优点，开发并应用了可变电压可变电流波正负零脉冲间歇高速功率监测方法。监视脉冲功率的方法通常有两种类型的功率监视电路控制：脉冲电流的幅度是可变的，并且PWM（驱动的充放电开关）信号的频率是固定的。脉冲电流的振幅是固定的，PWM信号的频率是可调的。脉冲电流的幅度和PWM信号的频率是固定的，并且PWM占空比是可调的，这增加了一个间歇性的停止充电步骤，可以在短时间内充电。注入更多电源以提高对锂电池电源监控的接受度。脉冲高速功率监测方法理论理论和实践证明，锂电池的充放电是一个复杂的电化学过程。通常，功率监视电流在功率监视过程中会随着时间呈指数下降，并且不可能以恒定电流或恒定电压自动监视。在电气监控过程中，影响电气监控的因素很多，例如电解质的浓度，极板中活性物质的浓度，环境温度等，将在电气监控方面产生很大的差异。在不同的放电条件，使用和存储时间的情况下，即使是具有相同容量和相同容量的相同类型的锂电池，其功率监控也将大相径庭。1972年，美国科学家马斯在第二届世界电动汽车年会上提出了著名的马斯的三个定律。（1）对于任何给定的放电电流，锂电池燃料监控的电流接受率a与电池放电容量的平方根成反比，即式中：K1是放电电流常数，取决于放电电流的大小；C是锂电池发出的容量。锂电池的初始允许电流为Io=AC，因此I0=AC=K1（根号C）（2-3）（2） 对于任何给定的放电容量，锂电池电源监控电流的接受率a与放电电流Id的对数成正比，即a=K2logkId（2-4）式中，K2为放电容量常数，取决于放电容量。k是计算常数。（3） 以不同的放电率对锂电池进行放电后，最终的容许功率监视电流It（允许）为各放电率下的容许功率监视电流之和，即：它=I1+I2+I3+I4+...（2-5）其中：II，12,13,I4...是每个放电速率下允许的功率监视电流。结合马斯三定律，锂电池的总允许电流比可以表示为：a=It/Ct（2-6）式中，Ct=C1+C2+C3+C4+...是每小时的放电容量，即锂电池放电的总电量之和。根据马斯第三定律，在功率监控过程中，当功率监控电流接近锂电池独特的痕量气体生成监控曲线时，电池将在适当的时候用反向电流放电以消除电池的极化。锂电池功率监控可提高接收容量，如图3所示。即，通过反向电流放电，锂电池的允许电流曲线可以连续地向右移动，并且陡峭部分连续地增加，即，a值增加，极大地提高了电力监测速度并且缩短了电力监测时间。无人机锂电池监控电源的工作原理基于上述理论，考虑到铅酸电池本身的某些特性，本白皮书介绍的快速电源监视设备中使用的电源监视方法在整个电源监视过程中进行了电源预监视，脉冲高速电源监视，辅助电源监视，图2.7如图所示，有4个级别的电源监控。根据监视锂电池电量之前的剩余电量，它会进入另一个电量监视阶段。主动电源监控对于长时间不使用的电池，新电池或锂电池，在开始燃料监控时，快速燃料监控最初会影响电池寿命。为了避免该问题，需要对锂电池实施稳定的低电流电力监视以提高电池电压，并且当电池电压上升到阈值以容纳高电流电力监视时，执行高电流高速电力监视。脉冲快速电量监测在快速功率监视过程中，采用分层恒流脉冲快速功率监视方法将功率监视电流分为三个阶段，如图7所示。开始燃料监控时会使用大电流。随着电池容量的增加，电压逐渐增加并且电流水平开始降低，因此，随着锂电池端子电压的增加，脉冲宽度和燃料监控电流的宽度逐渐减小。这种方法消除了在电源监控接近完成时容易发生的振荡和瞬态监控问题。在脉冲式快速功率监测过程中，电池电压上升相对较快，当电压上升到辅助功率监测电压的阈值时，进入辅助功率监测阶段。补足电量监测快速电源监视完成后，电池可能未充满电。为了使电池以100%的功率充电，必须向电池添加功率监视功能。此阶段的电气监控采用恒压监控，可以快速恢复电池容量。此时，功率监视电流逐渐减小，并且当电流下降到某个阈值时，它将移至浮动充电步骤。浮电量监测该阶段主要用于补充锂电池自放电所消耗的能量。只要将电池连接到电源监控器并将电源监控器连接到电源，电源监控器就可以将电池连续充电到电源监控负载，从而使电池始终充满电。此是电量监控过程结束了。锂电池电量监测原理无人机锂电池功率监控的工作原理是指充放电原理。在功率监控期间，锂离子从正迁移到负，并嵌入石墨层中。在放电期间，锂离子从石墨晶体的阴极表面移动到阳极表面。因此，在对电池进行充电和放电的过程中，锂总是以锂离子的形式出现，而不是以金属锂的形式出现。通常，电池容量表示放电容量。可以看出，在无人机锂电池的充放电过程中，锂离子以正负电极的运动状态存在。将无人机锂电池与摇椅的图像进行比较，摇椅的两端是电池的两极，锂离子就像是伟大的运动员，在摇椅的两端之间来回移动。锂离子电池的功率监控特性曲线如图2.9所示。为了确保安全的电源监控，锂离子电池电源监控的首要要求是在电源监控期间不要改变电流。在电源监视过程中，电池电压逐渐升高。当电池端子电压达到4.2V（4.1V）时，它会改变。电气监视状态，即使用恒定电压进行恒定电压监视。随着功率监视过程的逐渐减少，电流随着电池单元的饱和而逐渐减小，并且当电流降至0.01CA时，认为功率监视已终止。C是一种表示电流的电池标称容量的方法。例如，如果电池容量为1000mAh，则1C的电源监视电流为1000mA，电池为mA而不是mAh，而0.01CA为10mA。当然，该规格表示为0.01C5A。设计方案方案一该方案的框图如图3.1所示该程序中使用的DC/DC转换电路将电池板输出的电压转换为监视无人机锂电池电池电量所需的电压值，而单片机可以控制电路转换，并使用按钮选择特定的值您也可以设定可以将显示部分设置为显示电路状态。从该图的框图中可以看出，该程序可以控制DC/DC转换器电路和显示模块，但是该程序是没有实时检测的外部电路，而不是根据外部电路的状况使用DC/DC实时控制来转换电路。方案二从图3中可以看出，为了弥补该方案的缺陷，该方案旨在检测电路状态并将信号从模拟到数字模块转换为微控制器。PWM控制芯片微控制器可以产生基本的控制模块和显示模块以应用PWM波形转换电路，但是这次使用软件将计划生成的PWM组件替换为芯片，从而使电路设计成为复杂的硬件组件。简化了良好的硬件电路，并且可以充分利用单片机的功能。总体设计的电源监控与前两种方法相比，整个方法不仅可以检测电源监控电路，而且还显示出根据电源监控电路主电路的信号处理分析控制单片机的优点。该显示电路可以在用于实现该解决方案的电路上显示PWM控制信号的工作状态，从而使硬件电路非常简单，节省了资源并提高了系统性能单片机的电量监测系统的结构设计电量监测过程及工作原理过程分析图4.1电量监测的电量监测电流、电压曲线图4.1：快速充电阶段（0〜t1），功率监视处于恒定电流1C功率监视状态，单片机可以控制快速功率监视时间，避免了过多的功率监视并知道缓慢的充电阶段（t1〜t2）。当在恒定电压下执行电池电量监视时，电池电量监视会呈指数下降，而当电池电压上升到指定值时，慢速充电结束并进入enter流电源。通过在监视阶段（t2〜t3）从单片机输出的PWM控制信号，功率监视可以以约0.09C的功率监视电流，在这种状态下，可以长时间监视电池以延长电池寿命。电量监控如何工作根据框图所示的系统结构示意图，铅酸蓄电池电源监控装置的原理图主要包括开关稳压器，斩波开关，控制器和辅助电源四部分，并提供过流保护。交流电流输入整流电路和辅助电源，辅助电源给单片机提供工作电压，然后输入半桥转换器，再使用TL494设计的电压控制和电流监控，用一半控制桥式转换器斩波开关智能控制电池电量监测，单片机可以控制灯的工作和停止，并可以看到该阶段电量监测的当前状态。在此图中，您需要首先设置值，然后在微控制器控制的每个阶段进行功率监控。LM7805稳压电路由于太阳能电池板的电压随太阳光的强度而波动，因此强阳光会增加太阳能电池板的电压。当日光强度降低时，太阳能电池板的输出电压自然降低。为无人机锂电池的电量监测系统设计了获得稳定的输出，本设计使用稳压器LM7805，该输出端口可以输出维持稳定输出电压所需的电压（5V）。在图中，C4和C7用于消除长期连接过程中由于电感效应引起的自激并降低纹波电压。电容器C6和C5在电路输出中的作用是通过消除高频电路产生的噪声来改善所用负载的瞬态响应。通常，耐压功能要强于电源的输入和输出电压。此外，在稳压器的输入和输出之间添加一个二极管可以避免损坏稳压器，从而保护LM7805。LM7805的输入电压为7V37V，最大工作电流可以达到1.5A，电路简单，输出电流大，工作稳定。即使电压不稳定，也可以使电池保持恒定的输出电压（5V）。最后，由单片机控制的电路可以正常，稳定地工作，具有成本效益，并且不需要消耗多余的材料。电量监控主电路的设计DC/DC转换是将直流电源转换为固定或可调电压的另一直流电源（也称为直流斩波器）的转换。当输出电压低于输入电源电压时，称为降压直流斩波器，即频率调制（1）降压电路。当输出电压高于输入电源电压时，称为升压直流斩波器。可以看出，主电路的核心主要由三部分组成：电感器L1，晶体管区域和连续电流二极管D1，它们构成了降压DC/DC转换电路。上面的Q2具有打开和放大PWM信号以驱动Q1开关的功能。信号采集与处理电路为了确保无人机锂电池能够完成安全的电源监控，该设计的电流采样处理电路图如下图4.5所示。电池电压连接到单芯片A/D接口。值得计算和处理通过A/D转换和单片机（即单片机）测得的电压。功率监控电流通过一个0.1Q采样电阻，所产生的电压由LM358放大，然后馈入微控制器的A/D接口进行采集。电压传感的输出电压直接转换为模数转换器，然后发送至A/D输入接口进行处理。单片机选择AT89C51单片机被称为混合信号处理器，因为它基于实际应用需求，并且在单个芯片上集成了多个模拟电路，数字电路模块和具有多种功能的微处理器，从而提供了“微型计算机”解决方案。该系列的单片机主要用于需要电池供电的便携式设备中。AT89C51介绍AT89C51是一款低电压，高性能CMOS8位微控制器，具有8K字节的可重复闪存只读程序存储器和256字节的随机存取数据存储器（RAM）。该设备采用ATMEL的高密度非易失性存储技术，与标准的MCS-52命令系统兼容，内置通用的8位中央处理器和闪存设备，并具有强大的功能。AT89C51微控制器可以提供更复杂的系统控制应用。AT89C51具有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/0）端口，并包括2个外部中断，3个16位可编程定时器计数器，2个全双工串行通信端口和2个读/写端口。AT89C51可以用通常的方式编程，但不能在线编程（S系列仅支持在线编程）。将通用微处理器与闪存（尤其是可擦写闪存）结合使用可以有效降低开发成本。主要特点：32个双向I/O端口256x8位内部RAM3个16位可编程定时器/计数器中断，时钟频率0-24MHz两个串行中断可编程的UART串行通道2个外部中断源总共8个中断源两条读写中断线・3级加密位与MCS52命令系统兼容•可以重复擦除8k（＞1000次）FlashROM单片机电路复位电路当系统处于正常运行状态时，上图使用按键复位，因此在电源监视电容器电源时，电容器的存储能量增加，这会降低微控制器复位端子的电平，因此必须手动按下此键。收集信号以提高电平后，微控制器将自动复位。MCU时钟电路可以使用单片机来驱动时钟定时逻辑电路，在工作过程中，您可以看到在时钟信号的控制下正在完成的所有工作。执行指令时，CPU控制器必须发出一系列特定的控制信号。单片机A/D转换ADC0809是基于模数转换的连续逼近原理的8位采样分辨率。它由8通道模拟开关，地址锁存器，解码器和A/D转换器组成。内部有8个多路复用器，可以根据信号地址进行锁存和解码，然后对8个模拟输入信号进行门A/D转换。多路复用器选择8个模拟通道，允许8个模拟输入和共享的A/D转无人机锂电池的电量监测系统设计换器转换。数字锁存器的A/D转换完成了三态输出锁存器。如果OE端子为高电平，则可以转换三态输出锁存器的数据。转换为A/D的数据必须在数据传输后传输到单片机进行处理。重要的问题是如何检查数据的A/D转换是否已完成传输，因为它只能在验证完成后才能传输。A/D转换电路图如图4.9所示。ADC0809引脚功能及功能IN0〜IN7：8个模拟输入端子。2-1〜2-8：8位数字输出端子。ADDA，ADDB，ADDC：3位地址输入线，用于门控8位模拟输入之一。ALE：地址锁存使能信号，输入端子，高电平有效START：启动A/D转换脉冲输入端子，通过输入正脉冲（最小宽度100ns）启动（脉冲上升沿复位0809，下降沿启动A/D转换）EOC：A/D转换结束信号，输出端子A/D转换完成时，此端子输出高电平（转换期间始终为低电平）。OE：数据输出使能信号，输入端子，高电平有效。A/D转换完成后，将高电平输入到此端子以打开输出3状态门并输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端子。时钟频率应低于640KHz。REF（+），REF（-）:参考电压。Vcc:电源（+5V）。GND：地线按键电路根据键盘与单片机的连接方式，分为独立键盘和矩阵键盘。独立的键盘彼此独立，每个按钮占用一个I/O端口线，并且每个I/O线路的按钮操作状态不会对其他按钮的操作状态产生不利影响。此按钮软件程序很简单，但是它更适合于具有更多I/O线（一条线只能连接到一个键）且键盘应用程序较少的系统。与独立键盘相比，矩阵键盘（也称为行键盘）使单芯片计算机的端口资源利用率提高了一倍。键盘震颤通常持续5到10毫秒。这种抖动会导致CPU多次处理关键操作，从而导致错误。因此，必须消除抖动的不利影响。防弹跳处理可提供稳定的键合和分离。为了准确确定关闭键的位置，必须对每个键进行编码。根据矩阵键盘的结构，使用行扫描方法识别按键。如果一行上没有关闭键，则每行的状态为高；如果一行上有关闭键，则该行为低。然后根据行号和行号计算关闭无人机锂电池的电量监测系统设计键的键码。扫描从第一列开始。也就是说，PA端口首先输出0FEH，然后PC端口进入行状态，以确定哪一行被取消。如果没有关闭键，则输出0FDH以检测下一行上键的关闭状态以保持扫描。在此设计中，键的数量设置为3,其中一个键用作重置按钮，另一键用作电压按钮。该设计为周期提供3V，3.5V，4.0V和4.5V的四个电压值。“电压选择”按钮可以选择一个电压输出，另一个电压选择开始燃料监控，安装电池以进行燃料监控，然后按下“启动燃料监控”按钮以连接系统。他们所有人都开始监视无人机的锂电池电量。因此，使用单独的密钥方法可以减少编程难度。数码管电路将几个由LED数字管组成的发光二极管封装在一起，以形成“8”字形的设备。连接线是内部制造的，只要可以引导出行程和公共电极即可。本设计使用4位LED数字管数码管段，带7或8个带小数点的数字管，数字管有阴阳两种，使用共阴极数字管8段LED阴极它接地。通常，二极管会导通并发光，根据设计，可以将数字电子管的正极组合设置为较高。单片机的电量监测系统的软件设计设计思维首先，主程序由两部分组成：初始化部分和循环主体部分。当执行循环体时，必要的任务模块将被一一调用，并且程序不会直接执行。每个任务都是一个子功能。也称为轮询机制。示例：如果主程序执行子功能，它将自动检查可执行文件并返回是否可以执行。每10毫秒选择一次按钮处理。PWM控制的调整不能太快，最好以200ms为周期。如果速度太快，则会影响数字电子管的屏幕，并且A/D采样率将相同。该子程序主要由四个部分组成，包括初始化程序，PWM波程序，键获取程序，信号获取和转换程序，从系统功能的角度可以分为功率监视子程序和功率子程序。该程序使用4个子例程程序。此设计中使用的PWM波形用于基于低电平和高电平输出的转换和延迟来控制开关管的占空比。也就是说，当输出为低电平时，输出信号被放大以驱动开关管截止，否则开关管导通为高电平。开关管的占空比由低电平与高电平之间的时间比（即PWM波的占空比）控制。本设计单片机采用AT89C51芯片，由于内部没有AD转换模块，因此需要外部转换模块，本设计采用ADC0809,一个是电压信号，另一个是电流信号，当对多个输入模拟量执行模数转换时，ADC0809采用时分多路复用方法。换句话说，AD转换器交替收集和转换两个信号。根据模数转换时间和控制条件设置旋转周期。单片机的电力监控系统全程序设计该设计由单片机程序控制以实现整个操作，其工作过程主要包括电路启动初始化，电路功能选择，输出选择和输出确定，单片机计算和输出PWM信号，定期数据采集和输出。PWM信号占空比调整处理程序的整个框架如下图5.1所示。单片机的电量监测系统的子程序的设计电路启动初始化初始设置初始操作环境是单片机操作，通常完成以下任务：清除片上RAM时，打开每个微控制器的电源，然后再次打开它，单片机就可以工作了。复位操作完成后，单片机寄存器被设置为另一个值，并且该值的很大一部分是未知的。在微控制器的复位完成这些未知值之后，正式工作后，将导致编无人机锂电池的电量监测系统设计程器无法控制，并且系统也可能受到损坏。因此，在微控制器运行之后，首先将其设置为0。此初始参数设置便于程序员掌握和简化系统工作。设置系统操作所需的参数，并设置计时器和中断设置。初始化过程的流程图如下图5.2所示。按键采集程序键盘子例程用于检测交换机是否处于有效的交换机状态，以确定是否启动系统。读取线路，读取并连接到该端口后，将存储该值以确定相关的缓存。检查端口后，端口会稍有延迟，以防止按键震颤故障。数据采集和模数转换程序数据采集主要由控制ADC0809的微控制器完成。该程序分为数据初始化，转换开始命令发送，转换结束等待，数据接收，处理和存储在高速缓存中。程序流程如图5.4所示。数码管显示子程序在启动时，我