因为在民用及国防等许多领域中的广泛使用， 空中机器人技能现已越来越被人们所注重， 并招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， 配备上传感器单元， 操控单元和伺服机构等设备以完成自主飞翔。而为了进步飞机的安全性， 需求规划一套设备监测体系， 实时的监测飞机的姿势信息， 机载设备的状况以及电源的状况等。
该渠道所运用的电源是两节锂电池串联组成的电池组， 运用锂离子电池的充放电特性， 规划了一套以mega16l 为中心的充放电办理体系。锂电池具有体积小、能量密度高、无回忆效应、循环寿数高、高电压电池和自放电率低一级长处， 与镍镉电池、镍氢电池不太相同的是有必要考虑充电、放电时的安全性，以避免特性劣化。因而在体系运转进程中， 为了维护锂电池的安全， 规划了一套欠压维护电路， 以避免电源办理体系因过用而产生电池特性和耐久性特性劣化。
电源办理体系整体结构
无人机电源办理体系是飞机完成自主飞翔的重要组成部分， 其大致结构如图1 所示。在该体系中， 运用AXI 公司出产的2212/ 34 类型发电机将动能转化为220V 交流电， 再通过整流稳压后输出11.6V 的直流电压， 可由该输出电压为两节锂电池充电。电源办理体系的操控器是meg a161单片机， 该操控器通过检测两节锂电池的电压巨细然后操控继电器开关来对电池进行充放电办理。
图1 电源办理体系结构
操控器收集到电源体系中的信息后， 通过无线传输设备将该数据实时传输给地上。地上监控渠道还能够发送一些指令给mega16l， 通过操控继电器开关来操控电池充放电， 然后完成监测和操控飞机的意图。机上电源模块由两节英特曼电池有限公司出产的锂电池组成， 电池组电量足够时电压为8?? 4V.电池的荷电量与整个供电体系的可靠性密切相关， 电池剩下电量越多， 体系的可靠性越高， 因而飞翔时能实时取得电池的剩下电量， 这将大大进步飞机的可靠性。
电源监控体系的完成
直升机能顺利完成飞翔使命， 足够的电源供给不可或缺。
由锂电池的特性可知， 在过度放电的状况下， 电解液因分化而导致电池特性劣化并形成充电次数下降。因而为了维护电池的安全， 电源体系在给操控体系供电前要通过欠压维护模块和稳压模块。为了猜测电源体系中剩下的电量， 这儿选用检测电源体系电压的办法， 在测得体系的电源电压后， 查找由放电曲线树立的数据库， 就能估量出电源体系中所剩下的电量。
单片机所需求的电源电压是2. 7 ~ 5.5V， 因而可为meg a16l 规划外部基准电压为2.5V， 该基准稳压电路如图2所示。所以体系要检测电池的电压， 需求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.操控器测得的电压值乘上电压分压缩小的倍数后， 就能得到电源体系中的实时电压。时间监测锂电池的用电状况， 避免电池过用现象呈现， 就能到达有用运用电池容量和延伸寿数的意图。
图2 基准电压电路
直流无刷电机电路
无刷直流电机是由电动机主体和驱动器组成， 是一种典型的机电一体化产品。直流无刷电机与一般直流电机具有相同的作业原理和使用特性， 而其组成是不相同的， 除了电机自身外， 前者还多一个换向电路， 直流无刷电动机的电机自身是机电能量转化部分， 它除了电机电枢、永磁励磁两部格外， 还带有传感器。该发电机的部分AC-DC 电路如图3 所示。
图3 无刷电机AC-DC 电路
充电电路
锂离子电池的充电特性和镍镉、镍氢电池的充电特性有所不同， 锂离子电池在充电时， 电池电压缓慢上升， 充电电流逐步减小， 当电压到达4.2V 左右时， 电压根本不变， 充电电流持续减小。因而关于改型充电器可先用先恒流后恒压充电方法进行充电， 详细充电电路如图4 所示。该电路选用LM2575($0.9360)ADJ 组成斩波式开关稳压器， 最大充电电流为1A.
图4 高效开关型恒流/ 恒压充电器部分电路
该电路作业原理如下： 当电池接入充电器后， 该电路输出恒定电流， 对电池充电。该充电器的恒流操控部分由双运放LM358($0.0737) 的一半、增益设定电阻R3 和R4 、电流取样电阻R5 和1. 23V 反应基准电压源组成。刚接入电池后， 运放LM358 输出低电平， 开关稳压器LM2575-ADJ 输出电压高， 电池开端充电。当充电电流上升到1A 时， 取样电阻R5 (50m 欧) 两头压降到达50mV， 该电压通过增益为25 的运放扩大后， 输出1.23V 电压， 该电压加到LM2575 的反应端， 安稳反应电路。
当电池电压到达8.4V 后， LM3420($0.9940) 开端操控LM2575ADJ 的反应脚。LM3420 使充电器转入到恒压充电进程， 电池两头电压安稳在8?? 4V.R6 、R7 和C3 组成补偿网络， 确保充电器在恒流/ 恒压状况下安稳作业。若输入电源电压中止， 二极管D2 和运放LM358 中的PNP 输入级反向偏置， 然后使电池和充电电路阻隔， 确保电池不会通过充电电路放电。当充电转入恒压充电状况时， 二极管D3 反向偏置， 因而运放中不会产生灌电流。
电源欠压维护
电源欠压维护由锂电池的电池放电特性易知， 当电池处于3.5V 时， 此刻电池电量行将用完， 应及时给电池充电， 不然电池电压将急剧下降直至电池损坏。所以规划了一套欠压维护电路如图5 所示， 运用电阻分压所得和由TL431($0.0625) 规划的基准电压比较， 将比较成果送人LM324($0.0900) 扩大电路然后触发由三极管构成的开关体系， 然后操控负载回路的通阻。实验证明， 当体系电压到达临界风险电压7V 时， 体系的输出电流仅为4mA， 然后避免了体系锂电池过度放电现象的产生。
图5 欠压维护电路
因为锂离子电池能量密度高， 因而难以确保电池的安全性。在过度充电状况下， 电池温度上升后能量将过剩， 所以电解液分化而产生气体， 因内压上升而产生自燃或决裂的风险;反之， 在过度放电状况下， 电解液因分化导致电池特性及耐久性劣化， 然后下降可充电次数。该充电电路和本办理体系能有用的防治锂电池的过充和过用， 然后确保了电池的安全， 进步锂电池的运用寿数。
本文规划了一套UAV 电源办理体系， 该体系具有自动操控充放电办理， 实时监测电池电压等功能。该体系现现已过调试和实验验证了其可行性， 可是为了确保飞机安全， 还要做更多的实验以确保无人机自主飞翔的安全和安稳。除此之外， 高低频滤波， 电池电量猜测等也是重要的方向， 需求深化的研讨。如今， 锂电池的运用范围越来越广， 其价格也相对适中，假如把握先进的科学的运用办法， 让锂电池发挥应有的最大功效， 将会节约很多的资源和财富。
