一种移动机器人电源监测系统设计与实现

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1、一种移动机器人电源监测系统设计与实现：移动机器人电源系统供电质量直接影响到整个机器人系统运行的可靠性，作为操控者必须实时了解电源当前的状态，因此电源监测系统的设计至关重要。本文介绍了一种以集成电源监测芯片DS2788为核心的电源监测系统设计与实现的过程。采用单总线通讯技术实现了对移动机器人电源的监控，为操控者实时监测电源状态提供了可靠的依据。　　关键词：电源监测系统DS2788单总线　　：TP272：A：1007-9416(2011)11-0056-02　　　　移动机器人电源系统承担着为机器人及其各个系统的有效载荷提供动力的重要任务，电源系统供电质量的优劣直接影响机器人的工作状态。

2、要使移动机器人具有良好的工作特性，操控者必须对电源进行监测，实时了解电源当前的电压、电流以及温度等参数，在参数异常时及时采取相应的保护措施，提高系统的可靠性及执行任务的成功率。　　1、系统方案及工作原理　　目前对于电源监测系统的设计方案主要为：(1)使用单片机自行开发AD采集板，选择电流、电压和温度传感器作为敏感器件，利用单片机的总线接口作为通讯接口；(2)使用集成电源管理芯片，自行设计相应的外围电路。考虑到移动机器人本身就是一个子系统众多的复杂系统，使用集成电路可提高系统的稳定性、降低硬件复杂度，同时可提高数据的采集与监控过程的质量。在本设计中，选用MAXIM公司的DS2788集

3、成电源管理芯片作为系统核心。DS2788集电压、电流、温度测量于一身，同时能够将参数自动存储在片上EEPROM中，根据寄存器的内容，向计算机报告电池当前主要参数。　　本文介绍的电源监测系统一方面能够通过通讯口接收机器人计算机发送的控制命令，并根据命令开启电源监测功能，另一方面能够采集电源的性能参数，通过通讯口发送给计算机。其功能组成如图1所示。主要包括稳压电路、测量电路、通讯接口及系统程序等软硬件部分。系统采用成都英创公司的数据采集中枢EM9260作为主控计算机。　　2、系统硬件设计　　图2为系统硬件电路设计原理图。电路设计主要包括电源稳压设计、电压/电流测量设计、通讯接口设计。　

4、　2.1电源稳压　　移动机器人电源系统提供的标准电压为25.9V，为使设计简单，直接在系统中采用MAXIM公司的MAX6765稳压芯片，整合一个电源稳压部分，把电压降压至5V供给DS2788及相应的电路及芯片。　　2.2电压测量　　电压测量是否启动由主控计算机控制DS2788的VMA引脚实现。VMA是电压测量有效状态指示，该引脚在电压转换启动之前被驱动至高电平；在转换周期结束时被驱动至低电平，用以控制仅在电平转换期间把测量电压接入，减少系统的功耗。由于DS2788的电压测量范围为0-4.992V，设计时采用分压电路将机器人锂电池组的电压分出一部分供DS2788测量用。如图1所示，当

5、VMA输出高电平时，电池组的总电压直接加在分压电阻R1、R2上，分出一定比例的电压供DS2788测量之用。在VMA输出为低电平时，场效应管BSS84没有被触发导通，DS2788的测量端输入电平为0。分压后的测量精度会由分压的比例而定，同时也受到电阻精度的影响，因此分压电阻的选择非常重要。根据电路图所示，分压电路的传递函数为：，式中；＜1。在s平面上，该传递函数的零点与极点位于负轴上，其中极点靠近坐标原点，，。零、极点之间的比值为,改变和，能改变零、极点的位置。分压电路的频率特性为，其伯德图如图3所示。图3表明该X络对低频信号基本没有衰减作用，但能削弱高频噪声，通常选择较为合适。在本

6、设计方案中采用R1=910Ω,R2=100Ω,通过试验验证，在该比例放大系数下电压测量精度较高，能够满足设计需求。　　2.3电流测量　　电流测量相对简单，只需要在被测电池组和用电设备之间串联一个高精度微阻值的检流电阻Rs1，通过检测Rs1上的微小电压降检测出电池组的工作电流。Rs1阻值太大时，在有大电流经过Rs1时发热太多，会影响电阻的阻值，从而影响测量精度，而且对Rs1热稳定性也有较高的要求；阻值太小时，其上的电压降会非常小。由于电压测量的精度本身就受到一定的限制，电流测量的精度也会随之大大降低。综合平衡这两点来考虑，设计时选取20mΩ的高精度电阻来完成测量，DS2788SNS引

7、脚内接了15位的AD转换器，能够准确的测量出Rs1上的电压降。　　2.4通讯接口　　根据主控计算机EM9260板上通讯接口的占用情况，设计时选用UART端口来实现计算机与DS2788芯片的通讯。DS2788的通讯方式是MAXIM公司独有的单总线技术，要和其它串口相连，要求与其相连的数据线为开漏极输出，因此需要在两者之间加上一个缓冲电路[4]。考虑到电路复杂度及通讯的稳定性，本设计选用TexasInstruments公司的带开漏极输出双向缓冲器/驱动器SN74LVC2G