单片机技术在电源系统中的应用

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1、单片机技术在电源系统中的应用　　摘要：本文以Atmega48单片机为控制核心，利用单片机内部模数转换功能，通过对电池的充放电的电流、电压取样瞬时判断当前电池或负载的工作特性，将实时数据或故障现象通过LCD显示，同时通过CAN总线模块CSM100传至上位机。　　关键词：电源管理故障保护单片机　　机器人已经走入我们的生活，成为我们工作生活的重要一部分，他们时时刻刻为人类服务着。如：擦玻璃机器人、清扫机器人、排爆机器人，广泛应用于井下救援、管道安检等等，基本上涵盖了生活的各个领域，为我们提供了极大的便利。　　本系统基于巡更机器人而设计。巡更机器人是集视频信号、超声波传感器为一体的检测装置，通过

2、现场总线集总于上位机，它能够实时地把视频数据、位置和自身的工作状态传输至工控机，同时实现现场、远程控制，满足了夜巡的需要，可以把周围的路况信息通过摄像头的采集、经单片机处理反馈给显示器供用户参考，并通过无线通信传至远程的上位机，最终实现远距离控制，而取代了人工巡逻。本设计主要是给移动机器人提供电源管理功能，让机器人更高精度、高效率地工作，同时还应用于许多直流工控领域。　　一、系统方案设计　　根据系统的题目要求，本系统分为人机交互模块部分、单片机控制模块部分、信号采样处理部分、故障保护、充放电切换、零压保护、报警模块、电源模块、CAN通信模块。系统的控制过程如下：合上总开关，单片机初始化；

3、初始化完成后（确认没有故障时），继电器K接通主电路得电；正常运行时、液晶显示当前电流、电压；自行检测到故障（欠压、过载、温度）时，切断继电器K使电动机停止运行；同时这些电源工作状态时时通过CAN总线反馈给上位机，以便做出故障处理；在电池充满电后，自动切断充电器；在充电时，保证主电路断开。　　1.人机交互模块选择　　人机交互模块部分需要提供输入操作及信息的现实，使系统能够更加直观地为操作者提供相关设置及参数信息。在此模块部分的设计中应主要考虑到显示模块的设计。采用点阵式LCD，可以将用户输入的信息通过相应的图形或进度条及时显示出来，使用户自定义输入变得非常方便。而且，配合FlashROM中

4、的128×64点阵汉字库，可以实现汉字显示，使界面显得非常亲切。　　液晶显示模块以其微功耗、体积小、显示内容丰富、模块化、接口电路简单等诸多优点得到广泛应用。本设计能直观显示用户输入的信息，能够为用户提供菜单管理界面。　　2.单片机控制模块选择　　单片机模块部分是控制的核心，通过对电路中电流电压量的采样进行运算处理判断是否过流或欠压，根据结果执行相应的故障保护动作。同时通过液晶显示数据和当前设备工作状态。另一个重要功能就是和上位机完成CAN总线通信协议，接受或传达上位机的指令。　　AVR单片机是Atmel公司1997年推出的RISC单片机。RISC（精简指令系统计算机）是相对于CISC（

5、复杂指令系统计算机）而言的。RISC并非只是简单地减少指令，而是通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的。RISC优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令，并固定指令宽度，减少指令格式和寻址方式的种类，从而缩短指令周期，提高运行速度。由于AVR采用了RISC的这种结构，使AVR系列单片机都具备1MIPS/MHz（百万条指令每秒/兆赫兹）的高速处理能力。因此本设计选用Atmega48单片机作为系统的控制器。　　3.系统电路设计　　系统的硬件部分设计，包括主控电路、单片机控制电路、电源模组、驱动控制电路、液晶显示电路、故障保护电路，现场总线通信电路、信号采样处理电路、报警装置电路以

6、及部分电路模块的工作原理和各个模块之间的控制关系。　　二、主电路的设计　　在本电源管理系统中，主电路是通过较大功率的电流回路，最终输出供整机负载使用，负载包括行走电动机（伺服电动机），上位机、直流电动机、步进电动机和摄像头、各种传感器供电，所以电流较大。通过各个大容量继电器的控制通断来实现电路的各种启停、保护、模式转换等功能。　　1.驱动电路　　在本设计中有4组继电器，这些继电器线圈电压为直流24V驱动信号由单片机或其他方式接入。为了保证驱动信号不受干扰，笔者采用光电隔离器TLP521完全可满足要求。其原理以光为媒介传输电信号的一种电―光―电转换器件，由发光源和受光器两部分组成，把发光源

7、和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。光电耦合器的种类较多，常见有光电二极管型、光电三极管型、光敏电阻型、光控晶闸管型、光电达林顿型、集成电路型等。　　（1）启动、停止控制电路如图1所示。启动信号取自电池两端通过分压得到，通过光耦、三极管放大驱动继电器线圈，具有自锁和零压保护功能。　　（2）放电动作模式控制电路